CN117080576A - 电化学装置以及电子装置 - Google Patents

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CN117080576A CN202311265630.7A CN202311265630A CN117080576A CN 117080576 A CN117080576 A CN 117080576A CN 202311265630 A CN202311265630 A CN 202311265630A CN 117080576 A CN117080576 A CN 117080576A
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Abstract

本申请公开了一种电化学装置，该电化学装置包括：电极组件和粘接件。电极组件为第一极片、第一隔离膜、第二极片以及第二隔离膜依次叠置并卷绕后形成的卷绕结构；第一极片具有位于卷绕结构最外圈的收尾部，第一极片包括第一集流体；粘接件包括基材层以及均设于基材层表面的第一粘性层和第二粘性层；基材层包括第一区段以及与第一区段相连的第二区段；第一区段与收尾部通过第一粘性层粘接固定，第二区段与第一区段通过第二粘性层粘接固定，以使得基材层环绕设置于卷绕结构的外周面，其中，3％Fc≤F2≤5％Fc＜F1。通过上述方式，本申请实施例能够电化学装置的安全性能。

Description

电化学装置以及电子装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电化学装置以及电子装置。
背景技术
常规卷绕式电极组件的最外圈通常采用集流体收尾，在保证电池的性能和寿命的前提下，适当减薄集流体可以提升电池的体积能量密度。然而，这会影响到集流体的机械强度，随着电池的充放电过程的反复膨胀最终会导致最外圈集流体应力集中而断裂，最外圈集流体断裂可能出现毛刺，存在潜在的短路风险，降低使用安全性。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供了一种电化学装置以及电子装置，旨在改善电极组件最外圈集流体易断裂的情形。
根据本申请的第一方面，提供一种电化学装置，包括电极组件和粘接件。所述电极组件为第一极片、第一隔离膜、第二极片以及第二隔离膜依次叠置并卷绕后形成的卷绕结构。所述第一极片具有位于所述卷绕结构最外圈的收尾部，所述第一极片包括第一集流体。
所述粘接件包括基材层以及均设于所述基材层表面的第一粘性层和第二粘性层。所述基材层包括第一区段以及与所述第一区段相连的第二区段。所述第一区段与所述收尾部通过所述第一粘性层粘接固定，所述第二区段与第一区段通过所述第二粘性层粘接固定，以使得所述基材层环绕设置于所述卷绕结构的外周面。其中，Fc为所述第一集流体断裂时所能承受的作用力，单位为N；F1为所述第一区段与所述收尾部之间的粘结力，单位为N；F2为所述第二区段与所述第一区段之间的粘结力,单位为N；3％Fc≤F2≤5％Fc＜F1。
本申请实施例涉及的电化学装置中，第一，发明人经研究发现将第二区段与第一区段之间的粘结力F1限定在此数值范围内，由于粘接件具有弹性，能够在电极组件可逆的循环膨胀区间内提供较佳的束缚力约束电极组件，使第一极片、第二极片、第一隔离膜和第二隔离膜均良好贴合以改善极片的界面问题，这一点将结合后续的实验数据展开说明。
第二，由于粘接件束缚卷绕结构后自身存在接合处，且接合处第一区段和第二区段之间的粘结力满足以上条件，因此，当电极组件膨胀应力超过第一区段和第二区段之间的粘结力时，接合处产生局部应力集中而失效，从而卷绕结构内各部件之间的层间作用力减小，卷绕结构此时较为松散，与第一隔离膜的收尾部相邻的部分第一极片可随着电极组件的膨胀而一同延展，不会让该部分第一极片的第一集流体断裂，进而提升了电化学装置的安全性能和循环性能。
在本申请一些实施例中，5％Fc＜Fs，其中，Fs为所述基材层断裂时所能承受的作用力，单位为N。这样设置的好处在于，在电极组件不可逆膨胀力逐渐超过第二区段与第一区段之间的粘结力这一阶段，粘接件的结构仍保持完整，从而基材层可继续分散部分电极组件的膨胀力，使得第一极片、第二极片、第一隔离膜和第二隔离膜直至第一区段和第二区段之间的粘结力失效以前均良好贴合。
在本申请一些实施例中，2＜F1/F2≤10。通过将F1/F2限定在上述数值范围内，既能够降低粘接件因膨胀速率过快而从电极组件上脱离的风险，还能使得电化学装置具有较佳的容量保持率，另外还保持较为合理的设计冗余，节省了电化学装置的制造成本。
在本申请一些实施例中，所述第一区段与所述收尾部通过所述第一粘性层粘接固定并部分重叠，沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分的长度W1；所述收尾部在所述电极组件的卷绕方向上的长度W2，W1、W2满足：1/3≤W1/W2≤1。W1/W2在此数值范围内，使得最外圈的部分第一极片与粘接件形成一个整体结构，这样可以使得最外圈的部分第一极片的整体抗拉强度得以提高，以适应体积能量密度更高的电化学装置。
在本申请一些实施例中，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层涂覆于所述第二集流体的至少一表面，所述第二活性物质层的涂覆面密度为80mg/1540.25mm2～110mg/1540.25mm2，所述第二活性物质层的活性物质包括硅材料，基于所述第二活性物质层中活性物质的总质量，所述硅材料的质量百分含量为5％～10％；
所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分断裂时所需的作用力为25N～30N。
在本申请一些实施例中，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层涂覆于所述第二集流体的至少一表面，所述第二活性物质层的涂覆面密度为80mg/1540.25mm2～110mg/1540.25mm2，所述第二活性物质层的活性物质包括硅材料，基于所述第二活性物质层中活性物质的总质量，所述硅材料的质量百分含量为10％～15％；
所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分断裂时所需的作用力为30N～35N。
在本申请一些实施例中，沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一粘性层靠近所述第二粘性层的一端未超出所述收尾部的终止端。这样的话，第二粘性层的粘接余量较大，减少了第一粘性层粘接固定于第一区段的情形，从而提升了电化学装置的良品率。
在本申请一些实施例中，沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一粘性层靠近所述第二粘性层的一端超出所述收尾部的终止端。除第一区段与收尾部的终止端通过第一粘性层粘接固定之外，第一区段还与第二卷绕部的终止端、第一隔离膜的终止端以及第二隔离膜的终止端粘接固定，从而前述四者在第一粘性层的粘接作用下形成一整体受力结构，以降低电极组件各部件受力不均匀带来的电化学装置寿命缩短的影响。
在本申请一些实施例中，所述第一极片还具有位于所述卷绕结构内圈的第一卷绕部，所述第一卷绕部与所述收尾部相连。所述第一区段与部分所述第一卷绕部均通过所述第一粘性层粘接固定。粘接件可直接包覆住第一卷绕部的单面第一活性物质层的末端，省去了在第一卷绕部2的单面第一活性物质层的末端涂覆保护胶的步骤，进而改善了因涂覆保护胶厚度不均所带来的因第一极片和第二极片末端界面间隙增大而析锂的情形。
在本申请一些实施例中，所述基材层包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。
在本申请一些实施例中，所述第一粘性层和所述第二粘性层各自独立地包括丙烯酸类化合物、丙烯酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、聚氨酯类化合物、松香树脂、萜烯树脂、酚醛树脂、石油树脂、环氧树脂、乙酸乙烯基类化合物、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺类化合物、硫化硅橡胶、呋喃树脂、甲醛树脂、聚酰亚胺类化合物、脲醛树脂、乙酸酯类化合物、苯乙烯、微晶蜡或苯乙烯与C2-C5的烯烃的共聚物中的至少一种。
根据本申请的第二方面，提供一种电子装置，包括如上所述的电化学装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为根据本申请第一方面提供的一种电化学装置的结构示意图；
图2为根据本申请的电化学装置中粘接件环绕设置于电极组件的外周面的一结构示意图；
图3为图2中示出的粘接件粘接固定于电极组件上整体结构沿A-A线的剖视图；
图4为图3中示出的粘接件粘接固定于电极组件上整体结构沿a-a线的局部剖切图；
图5为图3中示出的粘接件粘接固定于电极组件上整体结构A’处的局部放大图；
图6为根据本申请的电化学装置中粘接件环绕设置于电极组件的外周面的另一结构示意图；
图7为图3中粘接件粘接固定于电极组件上整体结构，自第一极片的收尾部处截取并处于展开状态下的结构示意图。
附图标记：10、壳体；20、电极组件；20a、中心孔；21、第一极片；211、第一卷绕部；212、收尾部；21a、第一活性物质层；21b、第一集流体；22、第一隔离膜；23、第二极片；231、起始部；232、第二卷绕部；23a、第二活性物质层；23b、第二集流体；24、第二隔离膜；30、第一极耳；40、第二极耳；50、粘接件；51、基材层；511、第一区段；512、第二区段；52、第一粘性层；53、第二粘性层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
图1为根据本申请第一方面提供的一种电化学装置的结构示意图，图2为根据本申请的电化学装置中粘接件环绕设置于电极组件的外周面的结构示意图，图3为图2中沿A-A线的剖视图。为便于描述，以电化学装置自身厚度方向为X方向(第一方向)、以电化学装置自身宽度方向为Y方向(第二方向)、以电化学装置自身高度方向为Z方向(第三方向)建立三维直角坐标系。在本申请一些实施例中，电极组件自身厚度方向和粘接件自身厚度方向均与电化学装置自身厚度方向相同；在本申请一些实施例中，电极组件中各极片叠置的方向与电化学装置自身厚度方向相同；在本申请一些实施例中，电极组件自身宽度方向和粘接件自身宽度方向均与电化学装置自身宽度方向相同；在本申请一些实施例中，电极组件自身高度方向和粘接件自身高度方向均与电化学装置自身高度方向相同；在本申请一些实施例中，电化学装置中各极耳的伸出方向与电化学装置自身高度方向相同或相反。
在本申请的描述中，应当说明的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
接下来，结合附图所例示的各实施方式对该电化学装置的具体构造展开描述，在不冲突的情况下，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征均可以相互组合。
首先，请一并参见图1至图3示出的示例，在本申请一些实施例中，该电化学装置包括：壳体10、电极组件20、第一极耳30、第二极耳40、粘接件50以及电解液(图未示)；其中，壳体10为前述各部件的安装支撑结构，电极组件20和电解液均容置于壳体10内，且电极组件20浸润于电解液中；电极组件20是由第一极片21、第一隔离膜22、第二极片23以及第二隔离膜24依次叠置并卷绕后形成大致呈扁平状的卷绕结构；粘接件50沿电极组件20的卷绕方向S环绕设置于卷绕结构的外周面，并对卷绕结构作用向内的约束载荷的状态约束；第一极耳30和/或第二极耳40至少部分设于壳体10内，第一极耳30与第一极片21电连接，第二极耳40与第二极片23电连接。该电化学装置被配置为通过第一极耳30和第二极耳40与外电路连接，具体来说，外电路可以是电子装置中的负载电路，从而电化学装置可将自身储存的电能输出；也可以是电子装置的电源输入电路，从而外部输入为电化学装置补充电能。
接下来，以电化学装置为二次电池举例说明。可以理解的是，本申请各实施例对二次电池的种类没有特别限制，其可以包括发生电化学反应的任何装置，例如，在本申请其他一些实施例中，二次电池可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。另外，为方便描述，以第一极片21为阴极片，第二极片23为阳极片为例对该电极组件20进行说明；然而，第一极片21亦可以是阳极片，相应地，第二极片23亦可以是阴极片。
在本申请的描述中，应当说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对于第一极片21，请结合图4一并参见图3示出的示例，在本申请一些实施例中，第一极片21包括第一卷绕部211以及沿电极组件20的卷绕方向S与第一卷绕部211一体连接的收尾部212。其中，第一卷绕部211位于卷绕结构的内圈，第一卷绕部211与第一极耳30电连接，收尾部212位于卷绕结构的最外圈，收尾部212与粘接件50粘接固定。具体而言，第一卷绕部211和收尾部212均包括第一活性物质层21a和第一集流体21b；第一卷绕部211和收尾部212的相同之处在于均是由第一活性物质层21a涂覆于第一集流体21b上形成的。第一卷绕部211和收尾部212的不同之处在于，第一卷绕部211是由第一活性物质层21a分别涂覆于第一集流体21b在第一方向X上呈相对设置的两表面形成的，收尾部212是由第一活性物质层21a涂覆于第一集流体21b在第一方向X的一表面形成的。作为示例，第一卷绕部211上的第一活性物质层21a分别涂覆于第一集流体21b面向卷绕结构的中心孔20a的表面以及第一集流体21b背向卷绕结构的中心孔20a的表面，收尾部212上的第一活性物质层21a仅涂覆于第一集流体21b面向卷绕结构的中心孔20a的表面，收尾部212背向卷绕结构的中心孔20a的表面与粘接件50粘接固定，以使得粘接件50沿电极组件20的卷绕方向S贴附在卷绕结构的外周面，在此应当说明的是，此处提及的卷绕结构的外周面指代的是收尾部212背向卷绕结构的中心孔20a的表面，即卷绕结构上除与第一极耳30和第二极耳40电连接之外的其他侧面。其中，第一卷绕部211的第一集流体21b与收尾部212的第一集流体21b一体成型，第一卷绕部211的第一活性物质层21a与收尾部212的第一活性物质层21a一体成型。
可以理解的是，在本申请各实施例中，第一集流体21b的种类均不受具体的限制，能够具有良好的耐腐蚀性能以及导电性能即可。例如，第一集流体21b可包括但不限于为Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合(合金)中的至少一种。作为示例，第一集流体21b可采用铝箔或镍箔制成。
还可以理解的是，在本申请各实施例中，第一活性物质层21a的各组分也不作具体限定，能够具有良好的电化学性能和耐久性即可。例如，第一活性物质层21a中第一活性物质可包括但不限于为LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoMnO4、Li2NiMn3O8等锂金属氧化物。或者，LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3Fe2(PO4)3和Li3V2(PO4)3等磷酸金属锂。作为示例，正极活性物质采用LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2制成。
对于第二极片23，请继续结合图4一并参见图3示出的示例，在本申请一些实施例中，第二极片23包括起始部231以及沿电极组件20的卷绕方向S与起始部231一体连接的第二卷绕部232。其中，起始部231位于卷绕结构的最内圈，并沿第一方向X与第一极片21的第一卷绕部211相对设置；第二卷绕部232位于卷绕结构的内圈，并沿第一方向X与第一极片21的收尾部212相对设置，第二卷绕部232与第二极耳40电连接。具体而言，起始部231和第二卷绕部232均包括第二活性物质层23a和第二集流体23b；起始部231和第二卷绕部232的相同之处在于均是由第二活性物质层23a涂覆于第一集流体21b上形成的。起始部231和第二卷绕部232的不同之处在于，起始部231是由第二活性物质层23a涂覆于第二集流体23b在第一方向X的一表面形成的，第二卷绕部232是由第二活性物质层23a分别涂覆于第二集流体23b在第一方向X上呈相对设置的两表面形成的。作为示例，起始部231上的第二活性物质层23a仅涂覆于第二集流体23b背向卷绕结构的中心孔20a的表面，第二卷绕部232上的第二活性物质层23a分别涂覆于第二集流体23b面向卷绕结构的中心孔20a的表面以及第一集流体21b背向卷绕结构的中心孔20a的表面，其中，起始部231的第二集流体23b与第二卷绕部232的第二集流体23b一体成型，起始部231的第二活性物质层23a与第二卷绕部232的第二活性物质层23a一体成型。
可以理解的是，在本申请各实施例中，第二集流体23b的种类均不受具体的限制，能够具有良好的耐腐蚀性能以及导电性能即可。例如，第二集流体23b可包括但不限于为Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合(合金)中的至少一种。作为示例，第二集流体23b可采用铜箔制成。
还可以理解的是，在本申请各实施例中，第二活性物质层23a的各组分也不作具体限定，能够具有良好的电化学性能和耐久性即可。例如，第二活性物质层23a中第二活性物质可包括但不限于为石墨和硬碳等碳材料，或者Si、Si合金和Li4Ti5O12等。作为示例，第二活性物质包括硅材料，基于第二活性物质层23a中活性物质的总质量，硅材料的质量百分含量为5％～10％，其中，第二活性物质层23a的涂覆面密度为80mg/1540.25mm2～110mg/1540.25mm2。
卷绕该电极组件20时，可先卷绕第二极片23，待第二极片23的起始部231卷入后，再卷绕第一极片21的第一卷绕部211。所以卷绕时，第二极片23围绕卷绕中心的卷入相位超前于第一极片21围绕卷绕中心的卷入相位，正如图3或图6所示中，起始部231的首端与第二卷绕部232的首端均超出第一卷绕部211的首端一定距离；则第二极片23围绕卷绕结构的中心孔20a的截止相位超前于第二极片23围绕卷绕中心的截止相位，正如图3或图6所示中，第二卷绕部232的末端也分别超出收尾部212的末端以及第一卷绕部211的末端一定距离。这样设置的好处在于，一方面沿电极组件20的卷绕方向S，第二极片23预留出overhang区域以改善第二极片23端部的析锂情形；另一方面，第二极片23沿卷绕方向S的两端与第一极片21沿卷绕方向S的两端错开，也改善了当该电化学装置处于冲击工况下，因两极片端部的毛刺刺穿隔离膜而互相接触出现短路的情形。在此应当说明的是，第二极片23上活性物质层的涂覆面积应当大于第一极片21上活性物质层的涂覆面积，这是因为在二次电池充电过程中，第一极片21上的金属离子会经电解液向第二极片23迁移，若第一极片21的涂覆面积较大，则进入电解液中的金属离子较多，若无法完全迁移至第二极片23，则可能在第二极片23表面产生金属离子析出的问题。当然，可以理解的是，第一隔离膜22、第一极片21、第二隔离膜24以及第二极片23的卷绕方式实则是多样的，用户可根据实际使用需求进行适应性调整，而不仅限于以前述的卷绕方式完成卷绕。
对于粘接件50，请结合图5和图6再次参见图3示出的示例，在本申请一些实施例中，粘接件50大致呈柔性片状结构，其包括基材层51以及均设于基材层51表面的第一粘性层52和第二粘性层53。基材层51包括第一区段511以及沿电极组件20的卷绕方向S与第一区段511一体连接的第二区段512，在此应当说明的是，此处提及的第一区段511具体是指以基材层51的起始端为起点沿电极组件20的卷绕方向S卷绕至下一圈与起点相重叠的点之间的区段，第二区段512具体是指与起点相重叠的点沿电极组件20的卷绕方向S卷绕至以基材层51的终止端为终点之间的区段；第一区段511与收尾部212通过第一粘性层52粘接固定，第二区段512与第一区段511通过第二粘性层53粘接固定，以使得基材层51环绕设置于卷绕结构的外周面。
粘接件50满足：3％Fc≤F2≤5％Fc＜F1，其中，Fc为第一集流体21b断裂时所能承受的作用力，单位为N；F1为第一区段511与收尾部212之间的粘结力，单位为N；F2为第二区段512与第一区段511之间的粘结力,单位为N。
本申请实施例涉及的电化学装置中，第一，发明人经研究发现将第二区段512与第一区段511之间的粘结力F1限定在此数值范围内，由于粘接件50具有弹性，能够在电极组件20可逆的循环膨胀区间内提供较佳的束缚力约束电极组件20，使第一极片21、第二极片23、第一隔离膜22和第二隔离膜24均良好贴合以改善极片的界面问题，这一点将结合后续的实验数据展开说明。
第二，由于粘接件50束缚卷绕结构后自身存在接合处，且接合处第一区段511和第二区段512之间的粘结力满足以上条件，因此，当电极组件20膨胀应力超过第一区段511和第二区段512之间的粘结力时，接合处产生局部应力集中而失效，从而卷绕结构内各部件之间的层间作用力减小，卷绕结构此时较为松散，与第一隔离膜22的收尾部212相邻的部分第一极片21可随着电极组件20的膨胀而一同延展，不会让该部分第一极片21的第一集流体21b断裂，进而提升了电化学装置的安全性能和循环性能。
第三，当该电化学装置中第一极片21采用铝箔制成，且壳体10采用铝塑膜制成时，因粘接件50具有绝缘性，即使壳体10在冲坑等加工过程中壳体10的聚丙烯层产生了局部受损，第一集流体21b与壳体10的铝层接触也难以提供电子通道，从而改善因壳体10的铝层腐蚀，水汽通过腐蚀的铝塑膜进入到壳体10内部和电解液发生反应而产生胀气的情形。
进一步地，在本申请一些实施例中，粘接件50还满足：2＜F1/F2≤10。例如，F1/F2的值可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10或为其间的任意范围。当F1/F2的值过小(例如小于2)，意味着第一区段511与收尾部212之间的粘结力和第二区段512与第一区段511之间的粘结力差异较小，若电极组件20不可逆的膨胀力快速增加的幅度较大，便增大了粘接件50直接脱离电极组件20的风险；当F1/F2的值过大(例如大于10)，意味着第一区段511与收尾部212之间的粘结力和第二区段512与第一区段511之间的粘结力差异较大，也就是说，F1/F2的设计冗余过大，进而增加了电化学装置的制造成本。
可选地，在本申请一些实施例中，粘接件50还满足：5％Fc＜Fs,Fs＝Ks×σs，其中，Fs为基材层51断裂时所能承受的作用力，单位为N
。如此设置，在电极组件20不可逆膨胀力逐渐超过第二区段512与第一区段511之间的粘结力这一阶段，粘接件50的结构仍保持完整，从而基材层51可继续分散部分电极组件20的膨胀力，使得第一极片21、第二极片23、第一隔离膜22和第二隔离膜24直至第一区段511和第二区段512之间的粘结力失效以前均良好贴合。
在本申请一些实施例中，第一粘性层52和所述第二粘性层53各自独立地包括丙烯酸类化合物、丙烯酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、聚氨酯类化合物、松香树脂、萜烯树脂、酚醛树脂、石油树脂、环氧树脂、乙酸乙烯基类化合物、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺类化合物、硫化硅橡胶、呋喃树脂、甲醛树脂、聚酰亚胺类化合物、脲醛树脂、乙酸酯类化合物、苯乙烯、微晶蜡或苯乙烯与C2-C5的烯烃的共聚物中的至少一种。优选地，丙烯酸酯类化合物可以包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸-2-乙基已基酯中的至少一种；乙酸酯类化合物可以包括但不限于乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯或乙酸丁酯中的至少一种；苯乙烯与C2-C5的烯烃的共聚物可以包括但不限于苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯共聚物中的至少一种。其中，C2-C5的烯烃可以是乙烯、丙烯、丁烯、丁烯的同分异构体、戊烯或戊烯的同分异构体。通过选择上述化合物，使第一区段511与处于卷绕结构最外圈的收尾部212之间的粘结力F1和第二区段512与第一区段511之间的粘结力F2能够满足本申请的要求，从而改善电化学装置的安全性能。
可以理解的是，本申请各实施例对上述第一粘性层52和第二粘性层53的材料的分子量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如聚氨酯类化合物、松香树脂、萜烯树脂、石油树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺类化合物、硫化硅橡胶、呋喃树脂、甲醛树脂、聚酰亚胺类化合物、脲醛树脂、微晶蜡的分子量依次可以为40000至60000、250至350、800至1300、500至1000、400至600、30000至50000、600至700、30000至50000、500至1000、12000至17000、40000至50000、8000至15000、400至600。除此以外，上述第一粘性层52和第二粘性层53的材料也可以为市售常规的满足本申请要求的材料。
在本申请一些实施例中，基材层51的材料包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。通过选择上述材料，得到的粘接件50的基材具有良好的弹性，可随电极组件20的可逆膨胀而延展或收缩，进而改善电化学装置的安全性能。
还可以理解的是，本申请各实施例对粘接件50的具体构造不作具体限定，只要能够在电极组件20在一定膨胀区间内提供较佳的束缚力约束电极组件20，并当电极组件20的膨胀力超过第一区段511和第二区段512之间的粘结力后，第一区段511和第二区段512之间的粘结力失效的要求即可。例如，如图3所示，第一粘性层52设于第一区段511面向卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的表面，并与收尾部212面向卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的表面粘接固定；第二粘性层53设于第二区段512面向卷绕结构的中心孔20a的表面，并与第一区段511背向卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的表面粘接固定，其中，第二粘性层53与第一粘性层52沿电极组件20的卷绕方向S部分接合。作为示例，粘接件50为绝缘胶纸，这样的话，粘接件50即可方便地被制造并应用在卷绕结构上。又例如，如图6所示，在本申请其他一些实施例中，第一粘性层52设于第一区段511面向卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的表面，第二粘性层53设于与第二区段512相重叠的第一区段511背向卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的部分表面，此时第二区段512上不再设有第二粘性层53，即是说第二区段512不再具有粘性，这样的话，在拉伸粘接件50后便可直接将第二区段512贴附在第二粘性层53上，第二粘性层53由于与第二区段512初次粘接固定，因此第一区段511和第二区段512之间的有效接触面积较大，第一区段511和第二区段512之间的粘结力也较高。
如图7所示，在本申请一些实施例中，第一区段511与收尾部212通过第一粘性层52粘接固定并部分重叠，沿电极组件20的卷绕方向S，第一区段511和收尾部212互相重叠部分的长度为W1；收尾部212在电极组件20的卷绕方向S上的长度为W2，W1、W2满足；1/3≤W1/W2≤1。例如，W1/W2的值可以为1/3、1/2、4/5、2/3、1或为其间的任意范围。W1/W2在此数值范围内，使得最外圈的部分第一极片21与粘接件50形成一个整体结构，这样可以使得最外圈的部分第一极片21的整体抗拉强度得以提高，以适应体积能量密度更高的电化学装置。
进一步地，第一区段511和收尾部212互相重叠部分断裂时所需的作用力为25N～30N。这是因为第一区段511和收尾部212互相重叠部分断裂时所需的作用力低于25N难以起到保护收尾部212的第一集流体21b的作用，高于30N会导致电极组件20膨胀应力难以释放造成电极组件20内部各极片结构变形影响到安全性。当然，第一区段511和收尾部212互相重叠部分的拉伸强度并非一直保持不变的，其可以根据电化学装置膨胀难易程度进行适应性调整，例如，在本申请其他一些实施例中，其他条件均保持不变时，第二活性物质层23a中的硅材料质量百分含量为10％～15％，第一区段511和收尾部212互相重叠部分断裂时所需的作用力为30N～35N。这是因为随着电化学装置中硅含量越多，膨胀应力越来越大，需要提升第一区段511和收尾部212相互重叠部分断裂时所需的作用力以改善收尾部212的第一集流体21b断裂。
继续如图5所示，在本申请一些实施例中，基材层51的首端邻近于第一极片21的第一卷绕部211的终止端，基材层51的末端环绕卷绕结构的至少一圈后贴附在基材层51的首端相重叠的部分，沿电极组件20的卷绕方向S，第一粘性层52靠近第二粘性层53的一端未超出收尾部212的终止端。这样设置的好处在于，第二粘性层53的粘接余量较大，减少了第一粘性层52粘接固定于第一区段511的情形，从而提升了电化学装置的良品率。可替代地，如图6所示，在本申请另一些实施例中，沿电极组件20的卷绕方向S，第一粘性层52靠近第二粘性层53的一端超出收尾部212的终止端。这样设置的好处在于，除第一区段511与收尾部212的终止端通过第一粘性层52粘接固定之外，第一区段511还与第二卷绕部232的终止端、第一隔离膜22的终止端以及第二隔离膜24的终止端粘接固定，从而前述四者在第一粘性层52的粘接作用下形成一整体受力结构，以降低电极组件20各部件受力不均匀带来的电化学装置寿命缩短的影响。
进一步地，第一区段511不仅与第一极片21的收尾部212通过第一粘性层52粘接固定，还与部分第一卷绕部211通过第一粘性层52粘接固定。这样设置的好处在于，粘接件50可直接包覆住第一卷绕部211的单面第一活性物质层21a的末端，省去了在第一卷绕部211的单面第一活性物质层21a的末端涂覆保护胶的步骤，进而改善了因涂覆保护胶厚度不均所带来的因第一极片21和第二极片23末端界面间隙增大而析锂的情形。
在此应当说明的是，上述各实施例中各部件提及的终止端、末端、起始端、首端均是以卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a作参照的，以各部件靠近卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的一端为起始端或者首端，以各部件远离卷绕结构的卷绕结构的中心孔20a的一端为终止端或者末端。
对于壳体10的形状和构造，壳体10的形状应满足与电极组件20的形状相匹配，以达到良好地电接触和结构稳定性的使用需求；壳体10的构造应满足将外界环境的水汽与壳体10内部的电解液隔绝开，且防止电解液腐蚀包装的使用需求。作为示例，如图1所示，在本申请一些实施例中，壳体10亦大致呈扁平状，其可采用但不限于铝塑膜、钢塑膜等复合材料制成。较优地，壳体10采用铝塑膜制成。然而，壳体10的构造并不局限于此，壳体10还可以采用但不限钢合金、铝合金等硬质金属材料制成。
本申请对粘接件50的制备方法没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，可以包括但不限于以下步骤：将第一粘性层52中所用的物质溶于溶剂得到第一粘性层52浆料，将第二粘性层53中所用的物质溶于溶剂得到第二粘性层53浆料，将第一粘性层52浆料和第二粘性层53浆料分别涂覆在基材层51沿自身厚度方向的同一表面上，烘干处理得到粘接件50。
电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：第一极片21、第一隔离膜22、第二极片23以及第二隔离膜24自上而下依次层叠后，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件20，粘贴粘接件50固定住电极组件20最外圈后将电极组件20放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。其中，本申请对正极极片、隔离膜、负极极片和电解液的材料和制备方法，可以采用本领域已知的材料和制备方法，本申请对此不做限定。
本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。本申请提供的电化学装置具有良好的安全性能，从而本申请提供的电子装置具有良好的安全性能。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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锂离子电容器等。
下面结合实施例及对比例，进一步阐述本申请。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
Fc、F1、F2和Fs的测试
Fc为第一集流体断裂时所能承受的作用力，将测试试样用冲切机冲切出20mm×100mm的样品，并通过将样品固定到高铁拉力机的测试夹具上测试样品断裂时所能承受的作用力，拉伸速度5mm/min，拉力机两夹具中间标准距离为50mm。记录第一集流体断裂时作用力，每个样品测试10组平行样，取最终的平均值记为Fc。其中，测试试样为第一集流体，在制样时，需要去除第一极片上的活性物质层得到第一集流体，然后再进行测试。
F1为粘接件的第一区段与第一极片的收尾部之间的粘结力，在制样时，将粘接件以及与之邻近的第一极片的收尾部的重叠部分作为一个整体取下来，然后裁切为20mm×100mm的测试试样(如试样长度不足，可以使用等宽的纸片，粘结在测试试样受拉的一端，延长测试试样总长度，便于夹具夹紧试样端)。将测试试样对第一终止段的那一面使用高粘胶纸(3M胶纸)固定到高铁拉力机的测试夹具上，进行粘结力测试，剥离角度为90°，拉伸速度50mm/min,单次拉伸位移30mm，每个样品测试10组平行样，取最终的平均值记为F1。
F2为粘接件的第二区段与第一区段之间的粘结力，在制样时，将粘接件第二区段以及与之邻近的第一区段的重叠部分作为一个整体取下来，然后裁切为20mm×100mm的测试试样(如试样长度不足，可以使用等宽的纸片，粘结在测试试样受拉的一端，延长测试试样总长度，便于夹具夹紧试样端)。将测试试样对第二终止段的那一面使用高粘胶纸(3M胶纸)固定到高铁拉力机的测试夹具上，进行粘结力测试，剥离角度为90°，拉伸速度50mm/min,单次拉伸位移30mm，每个样品测试10组平行样，取最终的平均值记为F2。
Fs为基材层断裂时所能承受的作用力，将测试试样用冲切机冲切出20mm×100mm的样品，之后借助厚度计(或千分尺)在未承受荷重的前提下测出基材层两大面之间的距离，并将样品固定到高铁拉力机的测试夹具上测试样品断裂时所能承受的作用力，拉伸速度5mm/min，拉力机两夹具中间标准距离为50mm。记录基材层断裂时所能承受的作用力，每个样品测试10组平行样，取最终的平均值记为FS，由于测试试样为基材层，在制样时，需要去除粘接件表面设置的第一粘性层和第二粘性层得到基材层，使用酒精等有机溶剂去除，然后再进行测试。
断裂测试
25℃下,以1.0C恒定电流将锂离子电池充电到4.25V，然后4.25V恒压充电到0.05C，静止10min；然后以4.0C恒流放电到2.0V，静止15min。以上为一个循环，依照上述循环到400圈。在第400圈循环后拆解电芯，确认电极组件最外圈收尾部的第一集流体断裂情况。
容量保持率测试
对上述制备的各二次电池进行容量保持率测试，在25℃下，将二次电池以1.5C恒流充电至4.48V，再恒压充电至0.05C，静置10min，之后以0.5C恒流放电至3.0V，此为首次循环，重复上述过程，对锂离子电池循环400次后的容量保持率，容量保持率(％)＝400次循环后的放电容量/首次循环后的放电容量×100％。
实施例1-1
第一极片的制备
将第一活性物质三元锂(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)、粘结剂、导电剂导电炭黑(Super P)按质量比94:3:3溶于分散剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀制成正极浆料，然后用涂膜机将第一活性浆料均匀涂布在第一集流体铝箔的正反两个表面上，之后在85℃下烘干，得到第一活性物质层。在一定压力下对正极极片进行辊压。然后进行冷压、分条、裁片得到第一极片。其中，第一活性浆料的压实密度为3.5g/cm3。
第二极片的制备
将第二活性物质人造石墨、纳米硅、粘结剂丁苯橡胶、导电剂导电炭黑(Super P)按质量比74:20:5:1与去离子水混合均匀制成负极浆料，之后用涂膜机将负极浆料均匀涂覆在第二集流体铜箔的正反两面上，然后在85℃下烘干，形成第二活性物质层。对第二极片进行辊压。然后进行冷压、分条、裁片得到第二极片。其中，第二活性浆料的压实密度为1.6g/cm3。
电解液的制备
在干燥氩环境下，使LiPF6以成为1Mol/L的方式溶解于将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)以分别成为20wt％、30wt％、40wt％、10wt％的方式混合而成的非水溶剂中，添加碳酸亚乙烯酯1wt％和氟代碳酸亚乙酯5wt％，即得电解液。
第一隔离膜、第二隔离膜的制备
采用厚度为7μm的多孔聚乙烯薄膜。
锂离子电池的制备
第一极片、第一隔离膜、第二极片以及第二隔离膜自上而下依次层叠后，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，粘贴粘接件固定住电极组件最外圈后将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，之后化成、抽气成型，得到锂离子电池。
对比例1-1至1-2、对比例2-1至2-2、实施例1-1至实施例1-5、实施例2-1至实施例2-8，除了按照表1调整相关参数以外,其余与实施例1-1相同。
各实施例和对比例的相关制备参数及性能测试如表1所示。
表1
将实施例1-1至1-5与对比例1-1相比可知，当F1、F2中的至少一者小于Fc时，F2会最先受到电极组件膨胀应力影响而功能失效，从而电极组件内部各层间距可随电极组件膨胀应力的增大而增大，使得电极组件最外圈第一集流体不会发生断裂。这点同样可结合实施例2-1至2-6与对比例2-1相比后可得。
继续将实施例1-1至1-5与对比例1-2以及对比例1-3相比可知，F1、F2满足3％Fc≤F2≤5％Fc＜F1时，电化学装置的400次循环保持率明显优于对比例。这是主要因为经发明人研究发现此类型电化学装置的膨胀应力在3％Fc～5％Fc的数值范围时，电极组件的膨胀应力由可逆膨胀力转换为不可逆膨胀力，因此将F1设定于此数值范围内，使得粘接件在电极组件处于不可逆的循环膨胀区间内及时脱离的同时，还使得粘接件能够在电极组件处于可逆的循环膨胀区间内提供较佳的束缚力约束电极组件。这点同样可结合实施例2-1至2-6与对比例2-2以及对比例2-3相比可知。
此外，通过对比实施例1-1与实施例1-2可知，即使在其他条件均保持不变的前提下改变F1也不会影响电化学装置的400次循环容量保持率，并且对比实施例1-2至实施例1-5的数据可知，电化学装置的400次循环容量保持率主要受到F2的影响，具体地，随着F2的增大，电化学装置400次循环容量保持率也逐渐增加。这点同样结合实施例2-2至实施例2-6的数据分析可知。
最后，单独比较对比例1-3与实施例1-5可知，若F1/F2≤2，则意味着F2＞1N，也就是说此时F2超出电化学装置的正常膨胀应力范围内，这会使得电极组件受到不可逆膨胀力的影响而降低了电化学装置400次循环容量保持率；或者意味着F1＜2N,也就是说F1与F2之间的差异较小，粘接件易随电极组件膨胀应力的快速增大而脱落。单独比较对比例2-3与实施例2-2亦是同理，故2＜F1/F2≤10，既能够降低粘接件因膨胀速率过快而从电极组件上脱离的风险，还能使得电化学装置具有较佳的容量保持率。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括电极组件和粘接件，所述电极组件为第一极片、第一隔离膜、第二极片以及第二隔离膜依次叠置并卷绕后形成的卷绕结构，所述第一极片具有位于所述卷绕结构最外圈的收尾部，所述第一极片包括第一集流体；
所述粘接件包括基材层以及均设于所述基材层表面的第一粘性层和第二粘性层，所述基材层包括第一区段以及与所述第一区段相连的第二区段，所述第一区段与所述收尾部通过所述第一粘性层粘接固定，所述第二区段与第一区段通过所述第二粘性层粘接固定，以使得所述基材层环绕设置于所述卷绕结构的外周面；其特征在于，
3％Fc≤F2≤5％Fc＜F1，其中，
Fc为所述第一集流体断裂时所能承受的作用力，单位为N；
F1为所述第一区段与所述收尾部之间的粘结力，单位为N；
F2为所述第二区段与所述第一区段之间的粘结力,单位为N。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，5％Fc＜Fs，其中，Fs为所述基材层断裂时所能承受的作用力，单位为N。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，2＜F1/F2≤10。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一区段与所述收尾部通过所述第一粘性层粘接固定并部分重叠，沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分的长度W1；
所述收尾部在所述电极组件的卷绕方向上的长度W2，W1、W2满足：1/3≤W1/W2≤1。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层涂覆于所述第二集流体的至少一表面，所述第二活性物质层的涂覆面密度为80mg/1540.25mm2～110mg/1540.25mm2，所述第二活性物质层的活性物质包括硅材料，基于所述第二活性物质层中活性物质的总质量，所述硅材料的质量百分含量为5％～10％；
所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分断裂时所需的作用力为25N～30N。
6.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层涂覆于所述第二集流体的至少一表面，所述第二活性物质层的涂覆面密度为80mg/1540.25mm2～110mg/1540.25mm2，所述第二活性物质层的活性物质包括硅材料，基于所述第二活性物质层中活性物质的总质量，所述硅材料的质量百分含量为10％～15％；
所述第一区段和所述收尾部互相重叠部分断裂时所需的作用力为30N～35N。
7.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一粘性层靠近所述第二粘性层的一端未超出所述收尾部的终止端；或者
沿所述电极组件的卷绕方向，所述第一粘性层靠近所述第二粘性层的一端超出所述收尾部的终止端。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片还具有位于所述卷绕结构内圈的第一卷绕部，所述第一卷绕部与所述收尾部相连；
所述第一区段与部分所述第一卷绕部均通过所述第一粘性层粘接固定。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述基材层包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者；和/或
所述第一粘性层和所述第二粘性层各自独立地包括丙烯酸类化合物、丙烯酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、聚氨酯类化合物、松香树脂、萜烯树脂、酚醛树脂、石油树脂、环氧树脂、乙酸乙烯基类化合物、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺类化合物、硫化硅橡胶、呋喃树脂、甲醛树脂、聚酰亚胺类化合物、脲醛树脂、乙酸酯类化合物、苯乙烯、微晶蜡或苯乙烯与C2-C5的烯烃的共聚物中的至少一种。
10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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