CN116802851A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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CN116802851A CN202280006403.XA CN202280006403A CN116802851A CN 116802851 A CN116802851 A CN 116802851A CN 202280006403 A CN202280006403 A CN 202280006403A CN 116802851 A CN116802851 A CN 116802851A
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韩冬冬
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Abstract

提供一种电化学装置，其包括电极组件，所述电极组件包括电极极片，所述电极极片包括集流体，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有活性材料层，所述第二区域上设置有功能层，所述功能层包括有机聚合物和无机颗粒，其中，所述功能层的厚度为H1，1μm≤H1≤15μm，所述无机颗粒的Dv90满足：1μm≤Dv90≤4.5μm。本申请的电化学装置同时兼具高保液量、高安全性和良好的循环性能。还提供一种包括电化学装置的电子装置。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置和电子装置。
背景技术
二次电池(电化学装置)因其能量密度高、循环性能好、环保、安全且无记忆效应等优点，被广泛的应用于便携式电子产品、电动交通、能源储备等领域。目前，一方面，电解液在二次电池循环寿命中扮演着重要的角色，为保证电池的长循环寿命，需要在电池内部注入富余的电解液以弥补循环过程中电解液的消耗。另一方面，为了提升电池的能量密度，正负极极片的压实密度不断提高，高的压实密度导致电解液被正负极活性物质吸收的越来越少，而未被吸收的电解液则游离在包装袋(如铝塑膜)内部，从而容易导致电池外观涨液。此外，为了改善二次电池安全性能，往往还会牺牲二次电池的能量密度。因此，急需提供一种能够显著提高二次电池保液量以及安全性能的技术手段。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供了一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置。本申请的电化学装置兼具高保液量、高安全性和良好的循环性能。
在第一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括电极组件，该电极组件包括电极极片，电极极片包括集流体，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域上设置有活性材料层，第二区域上设置有功能层，功能层包括有机聚合物和无机颗粒，其中，功能层的厚度为H1，1μm≤H1≤15μm，无机颗粒的Dv90满足：1μm≤Dv90≤4.5μm。本申请的发明人研究发现，通过在极片未涂覆活性材料的集流体区域涂覆包括有机聚合物和无机颗粒的功能层，一方面，功能层中的有机聚合物能够吸收游离的电解液，在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失和提升其循环后期性能。另一方面，功能层中的无机颗粒可以避免电化学装置受外力刺穿时所产生的内短路从而造成的失效，进而有效提升电化学装置在穿刺测试中的安全性能表现。无机颗粒的Dv90会影响功能层的厚度，无机颗粒的Dv90过大时，会导致功能层的厚度过大。而功能层的厚度过大又会降低电化学装置的能量密度。本申请将功能层的厚度和无机颗粒的Dv90控制在上述范围内，电化学装置能够在满足高保液量和安全性能的前提下，具有低的能量密度损失和良好的循环性能。
在一些实施方式中，功能层能够吸收电解液。根据本申请的一些实施方式，5μm≤H1≤15μm。功能层主要用于吸收电解液，功能层的厚度过低时，功能层的电解液保有率较低，不利于电化学装置外观的改善和循环后期性能的提升。
根据本申请的一些实施方式，无机颗粒的0.1μm≤Dv10≤0.8μm。在一些实施方式中，无机颗粒的0.5μm≤Dv50≤2.0μm。在一些实施方式中，无机颗粒的1μm≤Dv90≤2.5Dv50。
根据本申请的一些实施方式，功能层在第二区域的覆盖度为80％至100％。覆盖度在上述范围时，能够提高电化学装置的安全性和提升其更多的保液量。
根据本申请的一些实施方式，无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，有机聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
根据本申请的一些实施方式，功能层的溶胀度为200％至800％。功能层的溶胀度低于200％时，功能层的电解液保有率较低，不利于电化学装置外观的改善。功能层的溶胀度大于800％时，功能层本身的稳定性差，循环过程中容易脱模，进而影响外观的改善效果以及后续循环的电性能。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为300％至600％。
根据本申请的一些实施方式，采用热重测试，功能层包含在280℃至460℃范围内具有放热峰的物质，这种物质可以是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等中的至少一种形成的聚合物。
根据本申请的一些实施方式，基于功能层的质量，有机聚合物的质量百分比含量为20％至90％。
根据本申请的一些实施方式，功能层与集流体间的粘结力为100N/m至600N/m。
根据本申请的一些实施方式，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿所述电化学装置的厚度方向，向所述电化学装置发射超声波，得到所述电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于所述信号反馈分布图中电化学装置的面积，超信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。超声波是一种需要依靠介质传播的机械波，当电极材料之间没有电解液的浸润时，超声波只能依靠电极材料颗粒间的直接接触实现传播，不规则的颗粒使得超声波发生大量的反射与折射，信号强度严重衰减，而当电解液可以完全浸润电极材料时，液体环境为超声波提供了良好的传播途径，相当一部分超声波不会受到颗粒的干扰从而保证了信号的强度。因此，无损超声波智能诊断系统测试中，电化学装置各处对超声波的信号反馈强度，能够很好地表征电化学装置内部电解液的分布及浸润情况，信号强度高的区域占比越高，电解液在电化学装置内部分布越均匀。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的平整度为0至0.5mm。
根据本申请的一些实施方式，电极组件为卷绕式电极组件，其中集流体的卷绕起始端和末端设置有第二区域，末端的第二区域上设置有功能层。
在第二方面，本申请提供一种电子装置，其包括第一方面的电化学装置。
本申请通过在极片未涂覆活性材料的集流体区域涂覆包括有机聚合物和无机颗粒的功能层，一方面，可以在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失、提升循环后期性能。另一方面，可以避免电化学装置受外力刺穿时所产生的内短路从而造成的失效，进而有效提升电化学装置在穿刺测试中的安全性能表现。
附图说明
图1为根据本申请的一些实施方式的电化学装置中电极极片的示意图，其中，1—集流体；2—活性材料层；3—功能层。
图2为根据本申请的一些实施方式的电化学装置中卷绕式电极组件的示意图，其中，1—集流体；2—活性材料层；3—功能层；4—卷绕末端；5—卷绕起始端，其中功能层设置在集流体的卷绕末端。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
一、电化学装置
本申请提供了一种电化学装置，其包括电极组件，该电极组件包括电极极片，电极极片包括集流体，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域上设置有活性材料层，第二区域上设置有功能层，功能层包括有机聚合物和无机颗粒，其中，功能层的厚度为H1，1μm≤H1≤15μm，无机颗粒的Dv90满足：1μm≤Dv90≤4.5μm。本申请的发明人研究发现，通过在极片未涂覆活性材料的集流体区域涂覆包括有机聚合物和无机颗粒的功能层，一方面，功能层中的有机聚合物能够吸收游离的电解液，在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失和提升其循环后期性能。另一方面，功能层中的无机颗粒可以避免电化学装置受外力刺穿时所产生的内短路从而造成的失效，进而有效提升电化学装置在穿刺测试中的安全性能表现。本申请将功能层的厚度和无机颗粒的Dv90控制在上述范围内，电化学装置能够在满足高保液量和安全性能的前提下，具有低的能量密度损失和良好的循环性能。
本申请中“第二区域”可指集流体上未设置活性材料层的空白区域。
根据本申请的一些实施方式，无机颗粒的Dv90为0.5μm、1.0μm、1.2μm、1.5μm、1.7μm、2.0μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm、3.0μm、3.1μm、3.3μm、3.5μm、3.7μm、3.9μm、4.0μm、4.2μm、4.4μm或这些值中任意两者组成的范围。无机颗粒的Dv90会影响功能层的厚度，无机颗粒的Dv90过大时，会导致功能层的厚度过大。而功能层的厚度过大又会降低电化学装置的能量密度。
根据本申请的一些实施方式，无机颗粒的0.1μm≤Dv10≤0.8μm，例如为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，无机颗粒的0.5μm≤Dv50≤2.0μm，例如为0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.2μm、1.5μm、1.7μm、1.9μm或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，无机颗粒的1μm≤Dv90≤2.5Dv50。
本申请中，Dv90表示该无机颗粒在体积基准的粒度分布中，90％的颗粒粒径小于该值。Dv50表示该无机颗粒在体积基准的粒度分布中，50％的颗粒粒径小于该值。Dv10表示该无机颗粒在体积基准的粒度分布中，10％的颗粒粒径小于该值。
根据本申请的一些实施方式，功能层的厚度H1为1.5μm、2.0μm、3.0μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm、8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10μm、10.5μm、11μm、11.5μm、12μm、12.5μm、13μm、13.5μm、14μm、14.5μm或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，功能层能够吸收电解液。功能层主要用于吸收电解液，功能层的厚度过低时，功能层的电解液保有率较低，不利于电化学装置外观的改善和后期循环性能的提升。功能层的厚度过高时，会降低电化学装置的能量密度。在一些实施方式中，5μm≤H1≤15μm。
根据本申请的一些实施方式，功能层在第二区域的覆盖度为80％至100％。覆盖度在上述范围时，能够提高电化学装置的安全性和提升其更多的保液量。
本申请中，功能层在第二区域的覆盖度表示功能层对第二区域表面的覆盖程度，通过以下方式确定：在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从电化学装置中拆出。放在85℃烘箱进行烘干，分别测量功能层的面积W3，以及极片中所有空白集流体的总面积W2，则功能层在第二区域的覆盖度为W3/W2×100％。
根据本申请的一些实施方式，无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，有机聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
在一些实施方式中，丙烯酸类单体包括式I所示的化合物中的至少一种，
其中，R1选自氢或C1-C10烷基、卤素取代的C1-C10烷基。根据本申请的一些实施例，R1选自C1-C6烷基、卤素取代的C1-C6烷基。在本申请的一些实施例中，R1选自甲基、乙基、含氟乙基、丙基、含氟丙基、丁基、含氟丁基、戊基或含氟戊基。
在一些实施方式中，丙烯酸类单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸中的至少一种。
在一些实施方式中，丙烯酸酯类单体包括式II所示的化合物中的至少一种，
其中，R2选自氢、C1-C10烷基或卤素取代的C1-C10烷基；R3选自C1-C10烷基、卤素取代的C1-C10烷基。根据本申请的一些实施例，R2选自氢、C1-C6烷基或卤素取代的C1-C6烷基；R3选自C1-C6烷基、卤素取代的C1-C6烷基。在本申请的一些实施例中，R2选自氢、甲基、乙基或丙基；R3选自甲基、乙基、含氟乙基、丙基、含氟丙基、丁基、含氟丁基、戊基或含氟戊基。
在一些实施方式中，丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、乙基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、乙基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、乙基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯或丙烯酸戊酯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，苯乙烯类单体包括式III所示的化合物中的至少一种，
其中，n为1-5的整数，例如2、3或4；每个R4相同或不同，独立地选自氢、C1-C10烷基或卤素取代的C1-C10烷基；R5和R6相同或不同，独立地选自氢、C1-C10烷基或卤素取代的C1-C10烷基。根据本申请的一些实施例，R4选自氢、C1-C6烷基或卤素取代的C1-C6烷基；R5和R6相同或不同，独立地选C1-C16烷基或卤素取代的C1-C6烷基。在本申请的一些实施例中，R4、R5和R6独立地选自氢、甲基、乙基或丙基。
在一些实施方式中，苯乙烯类单体包括苯乙烯、甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，形成该有机聚合物的原料包括纯丙乳液，苯丙乳液或丙烯酸酯乳液中的至少一种。在一些实施方式中，该有机聚合物包括纯丙乳液，苯丙乳液或丙烯酸酯乳液中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，形成该有机聚合物的原料包括纯丙乳液和苯丙乳液。在一些实施方式中，基于纯丙乳液和苯丙乳液的总质量，纯丙乳液的质量含量为50％至90％、苯丙乳液的质量含量为10％至50％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的溶胀度为200％至800％。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为220％、250％、270％、320％、350％、370％、390％、400％、420％、450％、470％、500％、520％、540％、570％、600％、620％、650％、670％、700％、720％、750％、770％或这些值中任意两者组成的范围。功能层的溶胀度低于200％时，功能层的电解液保有率较低，不利于电化学装置外观的改善。功能层的溶胀度大于800％时，功能层本身的稳定性差，循环过程中容易脱模，进而影响外观的改善效果以及后续循环的电性能。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为300％至600％。
根据本申请的一些实施方式，采用热重测试，功能层包含在280℃至460℃范围内具有放热峰的物质。
根据本申请的一些实施方式，基于功能层的质量，有机聚合物的质量百分比含量为20％至90％，例如20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，基于功能层的质量，有机聚合物的质量百分比含量为40％至70％。
根据本申请的一些实施方式，功能层与集流体间的粘结力为100N/m至600N/m。
根据本申请的一些实施方式，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿所述电化学装置的厚度方向，向所述电化学装置发射超声波，得到所述电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于所述信号反馈分布图中电化学装置的面积，超信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。超声波是一种需要依靠介质传播的机械波，当电极材料之间没有电解液的浸润时，超声波只能依靠电极材料颗粒间的直接接触实现传播，不规则的颗粒使得超声波发生大量的反射与折射，信号强度严重衰减，而当电解液可以完全浸润电极材料时，液体环境为超声波提供了良好的传播途径，相当一部分超声波不会受到颗粒的干扰从而保证了信号的强度。因此，无损超声波智能诊断系统测试中，电化学装置各处对超声波的信号反馈强度，能够很好地表征电化学装置内部电解液的分布及浸润情况，信号强度高的区域占比越高，电解液在电化学装置内部分布越均匀。
根据本申请的一些实施方式，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为35％、38％、40％、45％、47％、50％、53％、55％、57％、60％、63％、65％、67％、70％、73％、75％、77％、80％、83％、85％、87％、90％、92％、94％或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为50％至95％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的电解液保有率为40％至120％。在一些实施方式中，功能层的电解液保有率为45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、105％、110％、115％或这些值中任意两者组成的范围。在电化学装置出货外观满足要求的情况下，提高电解液保有率，有利于提升电化学装置后期的循环稳定性。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的平整度为0至0.5mm。
根据本申请的一些实施方式，电极组件为卷绕式电极组件，其中集流体的卷绕起始端和末端设置有第二区域，末端的第二区域上设置有功能层。
根据本申请的一些实施方式，该活性材料层为正极活性材料层和/或负极活性材料层。
根据本申请的一些实施方式，正极活性材料层包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。在一些实施方式中，正极活性材料可以包括钴酸锂、镍锰钴酸锂、镍锰铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、硅酸铁锂、硅酸钒锂、硅酸钴锂、硅酸锰锂、尖晶石型锰酸锂、尖晶石型镍锰酸锂和钛酸锂中的至少一种。在一些实施方式中，粘结剂可以包括各种粘合剂聚合物，例如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚烯烃类、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、改性聚偏氟乙烯、改性SBR橡胶或聚氨酯中的至少一种。在一些实施例中，可以使用任何导电的材料作为导电剂，只要它不引起化学变化即可。导电剂的示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或它们的混合物。
根据本申请的一些实施方式，负极活性材料层包括负极活性材料、粘结剂和导电剂。在一些实施方中，负极活性材料可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金或过渡金属氧化物。在一些实施方式中，负极活性材料包括碳材料或硅材料中的至少一种，碳材料包括石墨、硬碳中的至少一种，硅材料包括硅、硅氧化合物、硅碳化合物或硅合金中的至少一种。在一些实施方式中，粘结剂包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、水性丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩甲醛或苯乙烯-丙烯酸共聚树脂中的至少一种。在一些实施方式中，可以使用任何导电的材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。在一些实施方式中，导电材料包括导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、科琴黑、导电石墨或石墨烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，集流体为正极集流体和/或负极集流体。在一些实施方式中，正极集流体可以采用金属箔片或复合集流体。例如，可以使用铝箔。复合集流体可以通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子基材上而形成。在一些实施方式中，负极集流体可以为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。
本申请的电极组件还包括隔离膜，本申请电极组件中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的至少一种。
聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
本申请的电化学装置还包括电解液。可用于本申请的电解液可以为现有技术中已知的电解液。
在一些实施方式中，电解液包括有机溶剂、锂盐和可选的添加剂。根据本申请的电解液的有机溶剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的有机溶剂。根据本申请的电解液中使用的电解质没有限制，其可为现有技术中已知的任何电解质。根据本申请的电解液的添加剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液添加剂的添加剂。在一些实施例中，有机溶剂包括，但不限于：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯或丙酸乙酯。在一些实施例中，有机溶剂包括醚类溶剂，例如包括1，3-二氧五环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)中的至少一种。在一些实施例中，锂盐包括有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。在一些实施例中，锂盐包括，但不限于：六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂Li(N(SO2F)2)(LiFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C2O4)2(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)(LiDFOB)。
在一些实施例中，本申请的电化学装置包括，但不限于：所有种类的一次电池、二次电池或电容。在一些实施例中，电化学装置是锂二次电池。在一些实施例中，锂二次电池包括，但不限于：钠离子二次电池、锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
二、电子装置
本申请进一步提供了一种电子装置，其包括本申请第一方面所述的电化学装置。
本申请的电子设备或装置没有特别限定。在一些实施例中，本申请的电子设备包括但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和电容器等。
在下述实施例及对比例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
实施例及对比例
功能层浆料制备：将粘结剂(具体组成见下表)、无机颗粒(具体组成见下表)，溶剂混合均匀，制成浆料，其中，浆料中粘结剂与无机颗粒的质量比为17:3。该浆料需控制：粘度200-3000mPa·S，固含量35％-50％。其中，溶剂根据粘结剂的种类选择。当粘结剂为水性时，可选用水性溶剂(如去离子水等)；当粘结剂为油性时，可选用油性溶剂(如N-甲基吡咯烷酮等)。
电极极片的制备：将上述制成的浆料涂覆在集流体的目标区域(如图2所示的，集流体的卷绕末端)，经过烘干溶剂得到涂覆有功能层的极片。在未涂覆功能层的区域涂覆含有活性材料的浆料，再经过烘干、辊压，得到所述电极极片。
其中，含有活性材料的浆料为正极活性材料浆料或负极活性材料浆料。具体地，正极活性材料浆料为：将钴酸锂、导电碳、聚偏氟乙烯按照质量比96:2:2混合，加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)制成的浆料。负极活性材料浆料为：将石墨、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照质量比98:1:1混合，加入去离子水制成的浆料。
二次电池的制备：将正极、隔离膜(PE多孔聚合物薄膜)、负极按顺序叠好，使隔离膜处于正极和负极之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装铝塑膜中，注入电解液(溶剂为体积比为1:1的EC和DMC，基于电解液的质量，LiPF6的质量浓度为12.5％的溶液)，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成二次电池的制备。
测试方法
1、功能层的厚度
a)在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从二次电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层；
b)将上述涂有功能层的极片(包括集流体)放进85℃烘箱，烘30min至60min，保证功能层内部电解液全部烘干，用万分尺测量烘干后涂有功能层的极片(包括集流体)至少10个不同点的厚度，记所有测试点的厚度均值为T1；
c)将功能层用物理或化学方法去除，但不能损伤对应的集流体，用万分尺测量涂有功能层的集流体至少10个不同点的厚度，记所有测试点的厚度均值为T0；
d)功能层厚度为：(T1-T0)。
2、无机颗粒粒度测试
颗粒粒度测试方法参照GB/T 19077-2016。所用测试设备为马尔文公司生产的Mastersizer 3000。测试所用颗粒折射率为1.8，一个样品测试三次，颗粒粒度最终取三次测试的平均值测得Dv10，Dv50和Dv90。
3、功能层热重测试
在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从二次电池中拆出。从极片上刮粉，将粉末至于热重测试仪中，设置温度范围20℃至600℃，升温速率5℃/min，气体氛围为氮气。
4、功能层在第二区域的平均覆盖度
在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从电化学装置中拆出。放在85℃烘箱进行烘干，分别测量功能层的面积W3，以及极片中所有空白集流体的总面积W2，功能层在第二区域的平均覆盖度为W3/W2×100％。
5、超声检测
使用无损超声波智能诊断设备(型号：UBSC-LD)，沿二次电池的厚度方向，向二次电池发射超声波(50MHZ、400mV)，得到电池各处对超声波的信号反馈分布图。使用积分软件，例如JMP软件计算出信号反馈分布图中电池测试的总面积为S，信号强度≥1333mV的区域面积为S1，则信号强度≥1333mV的区域的占比为：S1/S×100％。
6、粘结力
采用高铁拉力机90°角法测试功能层与集流体的粘结力，即：
将二次电池中涂有功能层的部分极片制成条状，沿长度方向从极片的一端将极片的一部分通过双面胶粘附在钢板上；然后将钢板固定在高铁拉力机相应位置，拉起未被粘在钢板上的极片，通过连接物或直接将极片放入夹头内夹紧，待夹口拉力在大于0kgf且小于0.02kgf时，即可开始用高铁拉力机测试，最终测得平稳区域的拉力平均值记为功能层与集流体的粘结力。
7、电解液保有率
a)在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从二次电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层。然后用裁片机裁切涂有功能层的集流体；
b)用电子天平分别称取上述裁取的涂有功能层的集流体(包括集流体)至少3次，分别记为m1；m2；m3……，求得平均值m；
c)将上述称量后的涂有功能层的集流体(包括集流体)放进85℃烘箱，烘30min至60min，保证功能层内部电解液全部烘干，然后再次分别称取干燥后的涂有功能层的集流体重量至少3次，分别记为M1；M2；M3……，求得平均值M；
d)将功能层用物理或化学方法去除，但不能损伤对应的集流体，称取对应集流体的重量至少3次，分别记为G1；G2；G3……，求得平均值G；
e)功能层的电解液保有率记为：R＝(m-M)/(M-G)×100％。
8、溶胀度
a)胶膜制备：在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从二次电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层。然后用裁片机裁切涂有功能层的集流体，放入碳酸二甲酯DMC中浸泡去除溶解在功能层中的电解液，将其取出烘干，再将其放入水中将功能层溶解形成溶液，将此溶液倒入胶膜制备模具中，如有气泡提起去除；将模具放入60℃烘箱12h，烘烤结束后，观察胶膜的外观及硬度；如没有完全干燥，继续烘烤，直到烘干为止；
b)将制备好的胶膜用剪刀裁成小条；
c)将胶膜小条称重，记录初始重量a；放入小瓶中，加入电解液(溶剂为体积比为1:1的EC和DMC，基于电解液的质量，LiPF6的质量浓度为12.5％的溶液)，超过胶膜2～3cm，密封好小瓶，放入真空干燥炉，温度85℃，6h；
d)测试胶膜溶胀度：将胶膜取出，用无尘纸擦拭干净，记录此时胶膜重量b。
溶胀度＝(b-a)/a×100％。做3个平行样，将得到的溶胀度进行算数平均即得到该功能层的溶胀度。
9、平整度
采用激光扫描法测试二次电池的平整度。具体地，利用光学设备，将二次电池的整个轮廓扫描后制作成3D模型，然后计算整体的厚度值与断面的厚度值的差值，记为P，该差值即为二次电池的平整度。若P≤0.5mm，则此时二次电池的平整度OK，符合要求；若P＞0.5mm，则此时平整度NG，不符合要求。
10、穿钉通过率
将待测的二次电池以0.05C的倍率恒流充电至设计满充电压，随后以设计满充电压充电至电流为0.025C(截止电流)，使二次电池达到满充状态，记录测试前二次电池外观。在25±3℃环境中对电池进行穿钉测试，钢钉直径4mm，穿刺速度30mm/s，穿钉位置位于二次电池几何中心，测试进行3.5min或电极组件表面温度降到50℃以后停止测试，以10个二次电池为一组，观察测试过程中二次电池状态，以二次电池不燃烧、不爆炸为判定标准。
11、撞击测试
1)、满充:在25±3℃环境下，以0.7C的倍率恒流(CC)充电至4.45V，随后4.45V恒压(CV)充电至0.02C；记录测试电池的开路电压(OCV)/交流内阻(IMP)并拍照；
2)、将直径为的圆棒放在二次电池中间(垂直极耳方向)
3)、用9.1±0.1Kg的重锤，距离圆棒61±2.5cm高处，垂直自由状态落下。
4)、二次电池表面温度降到50℃以后停止测试，记录OCV/IMP并拍照。
5)、以10个二次电池为一组，观察测试过程中二次电池状态，以二次电池不燃烧、不爆炸为判定标准。
12、自由跌落测试
1)、将二次电池满充，0.5C CC to 4.45V，4.45V CV to 0.02C；
2)、满充结束后，测试并记录样品的OCV、IMP，检查外观并拍照；
3)、将二次电池从高度1.8m自由跌落至光滑大理石表面；
4)、跌落顺序(6面4角)：前面、右侧、背面、左侧、上面、下面、上左、上右、下左、下右，每个面/角连续做1次跌落为1轮；
5)、每轮测试结束后均要测试并记录OCV、IMP，检查外观，一组样品共跌落5轮，以10个二次电池为一组；
6)、所有失效二次电池单独拍照；
7)、跌落结束后，将样品静置24h，测试并记录OCV、IMP；
8)、结束测试后，检查外观并拍照；
9)、不破损、不漏液、不冒烟、不着火、压降小于15mv为判定标准。
13、25℃/45℃循环容量保持率
采用Land CT2001A，25℃/45℃(±3℃)的环境中下测试循环性能。将二次电池在0.2C的电流密度下先恒流充电至4.45V，然后4.45V恒压充电至电流小于50μA；此后再在0.2C的电流密度下恒流放电至3.0V，记录第一次循环的放电容量为初始容量C0，重复上述充放电循环500圈，记录第500圈循环的放电容量为C500，则第200圈的循环容量保持率＝C500/C0×100％。
测试结果
表1-1
表1-2
从表1的数据可以看出，在一定的范围内，功能层的厚度是影响电解液保有率、≥1333mV波数区域占比、平整度及容量保持率的关键因素，当满足5μm≤H≤15um时，有助于进一步提高二次电池的外观平整度和提升其循环后期性能。
表2-1
注：粘结剂各组分的百分含量均为质量分数含量
表2-2
从表2-1和表2-2的数据可以看出，粘结剂的成分会直接影响其溶胀度，进而影响电解液保有率、≥1333mV波数区域占比、平整度和循环容量保持率，在保证功能层稳定的情况的下，溶胀度越大，电解液保有率和≥1333mV波数区域占比越大，相应的电池容量保持率越好。
表3-1
注：粘结剂各组分的百分含量均为质量分数含量
表3-2
从表3-1和表3-2的数据可以看出，无机颗粒种类会影响二次电池的安全性能，主要是由于不同种类的无机颗粒，其形貌不同，无机颗粒的形貌会影响涂层的外观(如平整度)，从而会影响电池的安全性能。从实施例中，使用勃姆石，二次电池的安全性能较好。
表4-1
表4-2
从表4-1和表4-2的数据可以看出，功能层的覆盖度直接影响电池的安全性能和电性能，覆盖度越高，电池的性能越好，覆盖度在80％～100％时，电池的性能更佳。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括电极组件，所述电极组件包括电极极片，所述电极极片包括集流体，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有活性材料层，所述第二区域上设置有功能层，所述功能层包括有机聚合物和无机颗粒，
其中，所述功能层的厚度为H1，1μm≤H1≤15μm，所述无机颗粒的Dv90满足：1μm≤Dv90≤4.5μm。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，5μm≤H1≤15μm。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述无机颗粒满足如下条件(a)至(c)中的至少一者：
(a)所述无机颗粒的0.1μm≤Dv10≤0.8μm；
(b)所述无机颗粒的0.5μm≤Dv50≤2.0μm；
(c)所述无机颗粒的1μm≤Dv90≤2.5Dv50。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层在所述第二区域的覆盖度为80％至100％。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述有机聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层满足如下条件(d)至(f)中的至少一者：
(d)所述功能层的溶胀度为200％至800％；
(e)采用热重测试，所述功能层包含在280℃至460℃范围内具有放热峰的物质；
(f)基于所述功能层的质量，所述有机聚合物的质量百分比含量为20％至90％。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足如下条件(g)至(i)中的至少一者：
(g)所述功能层与所述集流体间的粘结力为100N/m至600N/m；
(h)采用无损超声波智能诊断系统测试，沿所述电化学装置的厚度方向，向所述电化学装置发射超声波，得到所述电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于所述信号反馈分布图中电化学装置的面积，超信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％；
(i)所述电化学装置的平整度为0至0.5mm。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电极组件为卷绕式电极组件，所述集流体的卷绕起始端和末端设置有第二区域，所述末端的第二区域上设置有所述功能层。
10.一种电子装置，包括权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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