CN117542953A - 一种正极极片、电池及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正极极片、电池及用电装置，正极极片包括正极集流体、正极活性物质层及绝缘层；所述正极活性物质层设置于所述正极集流体的部分表面，部分所述正极集流体露出于所述正极活性物质层形成空箔区，所述绝缘层覆盖于所述空箔区上；所述绝缘层包括绝缘物质；所述绝缘物质包括第一绝缘无机填料，所述第一绝缘无机填料包括勃姆石、氧化镁；勃姆石和氧化镁联合使用可以阻止短路的进一步发生，从而提高安全性，比如针刺等；第二活性物质层与绝缘层不接触，避免重叠后造成重叠区域过压，不会影响该位置正极活性物质锂离子的脱出、嵌入及电子的传导和电池析锂，进而提高电池的性能。

Description

一种正极极片、电池及用电装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种正极极片、电池及用电装置。
背景技术
随着锂离子电池的大量普及，在用户端偶尔会出现因外力刺破锂离子电池导致的安全问题，其安全性能越来越受到人们的重视，尤其是一些手机爆炸事件的持续发酵，使得包括使用者、售后端及锂离子电池生产厂商都对锂离子电池的安全性能提出了新的要求。
当电池受到外力撞击或穿刺时，通常会发生四种短路模式：正极活性物质层-负极活性物质层，正极活性物质层-负极集流体，正极集流体-负极集流体，正极集流体-负极活性物质层。在这四种短路模式中，正极集流体-负极活性物质层及正极集流体-负极集流体的短路模式是四种短路模式中最为危险的，因为这两种短路模式发生时的短路功率比较大。
目前，在活性物质层覆盖部分中，一般采用双活性物质层结构在接近集流体的位置设置第一活性物质层，并在离集流体表面较远的位置设置第二活性物质层。第二活性物质层相较于第一活性物质层能够具有较高的能量密度，当碰撞或穿刺发生时，第一活性物质层能够增加集流体与其他接触物之间的接触电阻，实现对集流体的保护。但是在穿钉测试的过程中，集流体上的空集流体部分也会直接和钉子接触，进而造成可能的短路情况。
因此，通过在空集流体区上设置一层绝缘层可以有效的保护电极极片中的集流体，进而避免出现正极集流体-负极活性物质层或正极集流体-负极集流体的短路模式。
一般通过将绝缘层、第一活性物质层和第二活性物质层进行重叠，但是该结构重叠的区域会造成极片在辊压过程中受到压力过大，产生过压，在生产过程中出现极片脆断问题，同时，第二活性物质层涂覆在绝缘层上，影响该位置正极活性物质锂离子的脱出和嵌入，及电子的传导，造成电池析锂，这两种情况都会影响电池的性能；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。
发明内容
针对现有极片易出现脆断、电池析锂的问题，本发明提供了一种正极极片、电池及用电装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极集流体、正极活性物质层及绝缘层；所述正极活性物质层设置于所述正极集流体的部分表面，部分所述正极集流体露出于所述正极活性物质层形成空箔区，所述绝缘层覆盖于所述空箔区上；
所述绝缘层包括绝缘物质；所述绝缘物质包括第一绝缘无机填料，所述第一绝缘无机填料包括勃姆石、氧化镁；按重量份数计，所述勃姆石为10-85份，所述氧化镁为1-75份。
可选的，所述绝缘物质包括第一粘结剂，按重量份数计，所述第一粘结剂为10-40份，所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
可选的，所述正极活性物质层包括第一活性物质层和第二活性物质层，所述正极集流体的至少一个表面上设有所述第一活性物质层和所述绝缘层，所述第一活性物质层和所述绝缘层部分重叠，所述第二活性物质层设置在所述第一活性物质层远离所述正极集流体的表面，所述第二活性物质层与所述绝缘层不接触。
可选的，所述第一活性物质层包括第一活性物质；所述第一活性物质包括第一正极活性物质、第一导电剂、第二绝缘无机填料和第二粘结剂，按重量份数计，所述第一正极活性物质为50～98份，所述第一导电剂为0.1份-5份，所述第二绝缘无机填料为1份-90份，所述第二粘结剂为2份-15份。
可选的，所述第二活性物质层包括第二活性物质；所述第二活性物质包括第二正极活性物质、第二导电剂和第三粘结剂，按重量份数计，所述第二正极活性物质为90～99份，所述第二导电剂为0.5份-3份，所述第三粘结剂为0.8份-2份。
可选的，所述第一正极活性物质包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁钠、磷酸钒锂、磷酸钒钠、磷酸钒氧锂、磷酸钒氧钠、钒酸锂、锰酸锂、氧化铝陶瓷中的一种或多种；所述第一导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第二绝缘无机填料包括氧化铝陶瓷、勃姆石、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种；所述第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
可选的，所述第二正极活性物质包括钴酸锂、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂、钛酸锂中的一种或多种；所述第二导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第三粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
可选的，在所述正极集流体的长度方向上，所述第一活性物质层与所述绝缘层的重叠部分的长度为L1，所述L1满足：0mm≤L1≤5mm；在所述正极集流体的长度方向上，所述第二活性物质层和所述绝缘层之间设有间隙，所述间隙的长度为L2，所述L2满足：0mm≤L2≤5mm。
本发明另一方面提供了一种电池，包括如上述所述的正极极片、隔离膜及负极极片，所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极集流体的至少一个表面上设有所述负极活性物质层。
本发明再一方面提供了一种用电装置，包括如上述所述的电池。
根据本发明提供的正极极片，在无正极活性物质层覆盖的空箔区设置了绝缘层，从而在电池受到外力冲击或穿刺时防止电极极片间的短路，以提高电池及用电装置的安全性能，本申请的绝缘层包括勃姆石和氧化镁，发明人通过大量试验发现，勃姆石和氧化镁同时作为绝缘层填料时在提高绝缘性能上具有协同作用，其中，勃姆石具有绝缘性高，热稳定性好的优点，被用来作为绝缘层涂覆在集流体上，阻止内短路的发生，但勃姆石的膨胀系数较低，导热率低，氧化镁同样作为一种绝缘材料，同时具有高的热膨胀系数，导热率高，且会随着温度的升高，膨胀系数变大，当存在铝箔短路时、或者涂覆在铝箔周围的氧化镁受热膨胀，可以阻止短路的进一步发生，从而提高安全性，比如针刺等；尤其是，当绝缘层中勃姆石和氧化镁满足配比为10-85份：1-75份时，对于电池整体抗针刺的安全性能具有明显提高。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的正极极片结构厚度方向的截面示意图；
图2是本发明一实施例提供的极组厚度方向的截面示意图；
说明书附图中的附图标记如下：
11-正极集流体；111-第一端；112-第二端；12-第一活性物质层；121-第三端；122-第四端；13-绝缘层；131-第五端；132-第六端；14-第二活性物质层；141-第七端；142-第八端；21-负极集流体；22-负极活性物质层；3-隔离膜。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“侧面”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，在一实施例中，本发明一方面提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极集流体11、正极活性物质层及绝缘层13；所述正极活性物质层设置于所述正极集流体11的部分表面，部分所述正极集流体11露出于所述正极活性物质层形成空箔区，所述绝缘层13覆盖于所述空箔区上；
所述绝缘层13包括绝缘物质；所述绝缘物质包括第一绝缘无机填料，所述第一绝缘无机填料包括勃姆石、氧化镁；按重量份数计，所述勃姆石为10-85份，所述氧化镁为1-75份。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述勃姆石为30-65份，例如10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份或85份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述氧化镁为20-40份，例如1份、5份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
勃姆石具有绝缘性高，热稳定性好的优点，被用来作为绝缘层涂覆在集流体上，阻止内短路的发生，但勃姆石的膨胀系数较低，导热率低，氧化镁同样作为一种绝缘材料，同时具有高的热膨胀系数，导热率高，且会随着温度的升高，膨胀系数变大，当存在铝箔短路时、或者涂覆在铝箔周围的氧化镁受热膨胀，可以阻止短路的进一步发生，从而提高安全性，比如针刺等。
具体的，所述正极集流体11可以为铝箔或镍箔，进一步的，可以采用本领域常用的其他正极集流体11。
在一实施例中，所述绝缘物质包括第一粘结剂，按重量份数计，所述第一粘结剂为10-40份，所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第一粘结剂为20-30份，例如10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
第一粘结剂使得绝缘物质与正极集流体11可以有更好的粘结，避免绝缘物质从正极集流体11表面脱落，从而在电池受到外力冲击或穿刺时防止正极极片间的短路，以提高电池及用电装置的安全性能。
如图1所示，在一实施例中，所述正极活性物质层包括第一活性物质层12和第二活性物质层14，所述正极集流体11的至少一个表面上设有所述第一活性物质层12和所述绝缘层13，所述第一活性物质层12和所述绝缘层13部分重叠，所述第二活性物质层14设置在所述第一活性物质层12远离所述正极集流体11的表面，所述第二活性物质层14与所述绝缘层13不接触。
具体的，所述第一活性物质层12和所述绝缘层13部分重叠，因此，所述绝缘层13与所述第一活性物质层12在所述正极极片的长度方向上不存在任何的间隙，使正极集流体11在受到外力冲击或穿刺的状况下也不容易露出。
其重叠部分中被所述第一活性物质层12覆盖的所述绝缘层13能够对所述正极集流体11进行更好的绝缘隔离，因此具有较高的安全性能。同时，由于所述第二活性物质层14覆盖在所述第一活性物质层12表面，使得在穿钉或者撞击这种破坏力很大的外力下，所述第一活性物质层12也很难脱落，从而不会出现所述正极集流体11裸漏的情况，使得其电极组件更加安全。
进一步的，所述第二活性物质层14与所述绝缘层13不接触，避免重叠后造成重叠区域过压，发生正极极片脆断的问题。而且，所述第二活性物质层14与所述绝缘层13不接触，不会影响该位置正极活性物质锂离子的脱出、嵌入及电子的传导，不会造成电池析锂，进而不会影响电池的性能。
本申请电池采用双活性物质层结构的正极极片，并在无活性物质层覆盖的空集流体部分设置了绝缘层13，并通过将绝缘层13与第一活性物质层12重叠使正极集流体11被完全的覆盖，从而在电池受到外力冲击或穿刺时防止正极极片间的短路，以提高电池及用电装置的安全性能；所述第二活性物质层14与所述绝缘层13不接触，避免重叠后造成重叠区域过压，不会影响该位置正极活性物质锂离子的脱出、嵌入及电子的传导，不会造成电池析锂，进而不会影响电池的性能。
在一实施例中，所述第一活性物质层12包括第一活性物质；所述第一活性物质包括第一正极活性物质、第一导电剂、第二绝缘无机填料和第二粘结剂，按重量份数计，所述第一正极活性物质为50～98份，所述第一导电剂为0.1份-5份，所述第二绝缘无机填料为1份-90份，所述第二粘结剂为2份-15份。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第一正极活性物质为60～80份，例如50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份、70份、71份、72份、73份、74份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份、91份、92份、93份、94份、95份、96份、97份或98份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第一导电剂为2份-4份，例如1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2.份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份、3.0份、3.1份、3.2份、3.3.份、3.4份、3.5份、3.6份、3.7份、3.8份、3.9份或4.0份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第二绝缘无机填料为30～80份，例如1份、5份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份或90份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第二粘结剂为5-10份，例如2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、11份、13份、14份或15份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在一实施例中，所述第二活性物质层14包括第二活性物质；所述第二活性物质包括第二正极活性物质、第二导电剂和第三粘结剂，按重量份数计，所述第二正极活性物质为90～99份，所述第二导电剂为0.5份-3份，所述第三粘结剂为0.8份-2份。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第二正极活性物质为92～97份，例如90份、91份、92份、93份、94份、95份、96份、97份、98份或99份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第二导电剂为1份-2份，例如0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2.份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份或3.0份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在优选的实施例中，按重量份数计，所述第三粘结剂为1-1.5份，例如0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2.0份中的任一点值或任两个点值组成的范围值。
在一实施例中，所述第一正极活性物质包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁钠、磷酸钒锂、磷酸钒钠、磷酸钒氧锂、磷酸钒氧钠、钒酸锂、锰酸锂中的一种或多种；所述第一导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第二绝缘无机填料包括氧化铝陶瓷、勃姆石、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种；所述第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
在优选的实施例中，所述第一正极活性物质包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。
在一实施例中，所述第二正极活性物质包括钴酸锂、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂、钛酸锂中的一种或多种；所述第二导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第三粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
在优选的实施例中，所述第二正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。
如图1所示，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述第一活性物质层12与所述绝缘层13的重叠部分的长度为L1，所述L1满足：0mm≤L1≤5mm。
具体的，如图1所示，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述正极集流体11包括第一端111和第二端112，所述第一活性物质层12位于所述正极集流体11的第一端111，所述绝缘层13位于所述正极集流体11的第二端112。
具体的，所述第一活性物质层12位于所述正极集流体11的第一端111，所述绝缘层13位于所述正极集流体11的第二端112，所述第一活性物质层12和所述绝缘层13部分重叠，所述绝缘层13与所述第一活性物质层12对所述正极极片的表面进行完全覆盖，所述正极极片的长度方向上不存在任何的间隙，使正极集流体11在受到外力冲击或穿刺的状况下也不容易露出。
如图1所示，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述第一活性物质层12包括第三端121和第四端122，所述绝缘层13包括第五端131和第六端132，所述第二活性物质层14包括第七端141和第八端142，所述第一活性物质层12的第四端122与所述绝缘层13的第五端131相互堆叠以形成重叠部分。
具体的，将绝缘层13的第五端131在重叠部分中覆盖在第一活性物质层12的第四端122上所需要的工艺公差要求低，能够降低制成所需的时间与成本。而且，所述重叠部分中被所述第一活性物质层12覆盖的所述绝缘层13能够对所述正极集流体11进行更好的绝缘隔离，因此具有较高的安全性能。
如图1所示，在一实施例中，在所述正极极片的厚度方向上，所述正极集流体11的第二端112与所述绝缘层13的第六端132的边缘平齐；从而使所述绝缘层13可以有效的保护正极极片中的正极集流体11，进而避免出现正极集流体11-负极活性物质层22或负极集流体21正极活性物质层的短路模式，其中绝缘层13对正极集流体11的空集流体部分的覆盖度越高，避免短路的作用越明显。本申请的正极极片中的重叠部分，通过上述绝缘层13与所述第一活性物质层12的相互堆叠及覆盖能够避免两者交界处的集流体暴露，以确保绝缘层13对正极集流体11的覆盖度，并提高正极极片的安全性能。
具体的，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述第一活性物质层12的第四端122与所述绝缘层13的第五端131重叠部分的长度为L1，所述L1满足：0mm≤L1≤5mm。
在一些实施例中，第一活性物质层12的第四端122在正极极片的长度方向上的边缘与绝缘层13的第五端131在正极极片的长度方向上的边缘在正极极片的长度方向上的距离小于或等于5mm。即，第一活性物质层12与绝缘层13在正极极片的长度方向上的重叠部分的长度小于或等于5mm。
在优选实施例中，第一活性物质层12与绝缘层13在正极极片的长度方向上的重叠部分的长度为2.0mm；例如，0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5mm这些数值中任意两者组成的范围。
如图1所示，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述第二活性物质层14和所述绝缘层13之间设有间隙，所述间隙的长度为L2，所述L2满足：0mm≤L2≤5mm。
具体的，在一实施例中，在所述正极集流体11的长度方向上，所述第二活性物质层14的第八端142和所述绝缘层13的第五端131之间设有间隙，所述间隙的长度为L2，所述L2满足：0mm≤L2≤5mm。
在一些实施例中，所述第二活性物质层14的第八端142在正极极片的长度方向上的边缘与绝缘层13的第五端131在正极极片的长度方向上的边缘在正极极片的长度方向上的距离大于或等于0mm。即，第二活性物质层14与绝缘层13在正极极片的长度方向上的间隙部分的长度大于或等于0mm。
在优选实施例中，第二活性物质层14与绝缘层13在正极极片的长度方向上的间隙部分的长度为2.0mm；例如，0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5mm这些数值中任意两者组成的范围。
如图1所示，在一些实施例中，在所述正极极片的厚度方向上，所述第一活性物质层12的厚度为a，所述第二活性物质层14的厚度为b，所述绝缘层13的厚度为c，a、b、c的单位为μm；a、b、c满足关系式：b>a，b>c+a。
在一些实施例中，第一活性物质层12的厚度为0.1μm至20μm。在一优选实施例中，第一活性物质层12的厚度为0.5μm至15μm。在另一优选实施例中，第一活性物质层12的厚度为2μm～8μm。
在一些实施例中，第二活性物质层14的厚度为30μm至120μm。在一优选实施例中，第二活性物质层14的厚度为35μm至100μm。在另一优选实施例中，第二活性物质层14的厚度为40μm～90μm。
在一些实施例中，绝缘层13的厚度大于0.1μm，以达到一定的绝缘效果。在另一些实施例中，绝缘层13的厚度为1μm至30μm。在另一些实施例中，绝缘层13的厚度为5μm至25μm。
如图2所示，在一实施例中，本发明另一方面提供了一种电池，包括如上述所述的正极极片、隔离膜3及负极极片，所述负极极片包括负极集流体21和负极活性物质层22，所述负极集流体21的至少一个表面上设有所述负极活性物质层22。
具体的，所述隔离膜3可以是本领域各种适用于锂离子电池的隔离膜材料，例如，可以是包括但不限于单层PP(聚丙烯)、单层PE(聚乙烯)、聚偏氟乙烯、芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺，聚酰胺、聚酯和天然纤维等中的一种或多种的组合。具体的，所述负极极片包括负极活性物质层22，所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂；所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、硬碳、硅材料、锂金属材料中的一种或多种。
所述负极活性物质层中的导电剂、粘结剂、增稠剂可以是各种适用于锂离子电池的物质，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。例如，所述导电剂可以是石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维等中的一种或多种；再例如，所述粘结剂可以是丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylic resin)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)及羧甲基纤维素改性材料等中的一种或多种；
所述负极极片还包括负极集流体，所述负极材料层覆盖于所述负极集流体的表面。本申请负极中除负极集流体之外的部分均称之为负极材料层。
所述负极集流体选自可传导电子的金属材料，优选的，所述负极集流体包括不锈钢、Al、Ni、锡、铜、镍、钛、铁等金属或它们的合金，在更优选的实施例中，所述负极集流体选自铜箔。
本申请的电池还包括电解质，电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。
在一些实施例中，采用的电池的制备法如下：将上述正极极片、隔离膜3、负极极片按顺序卷绕或堆叠成电极组件，之后装入例如铝塑膜中，注入电解液，化成、封装，即制成锂离子电池。
虽然上面部分示范性实施例以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本申请之后应可理解，在不违背本申请的精神下，本申请的电池的具体实例能够包括所有种类的一次电池或二次电池。特别地，该电池是锂二次电池，包括锂金属二次电池、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。
本发明再一方面提供了一种用电装置，包括如上述所述的电池。
本申请实施例的用电装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何用电装置。在一些实施例中，用电装置可以包括，但不限于，电子烟、电子蒸汽装置、无线耳机、扫地机器人、无人飞机、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。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
1)正极片的制备
第一活性物质层的制备：
将第一正极活性物质磷酸铁锂、第一导电剂导电炭黑和碳纳米管、第二绝缘无机填料氧化铝陶瓷和第二粘结剂聚偏氟乙烯按照预设的重量比以预设的顺利加入在N-甲基吡咯烷酮溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的第一活性物质浆料；
第二活性物质层的制备：
将第二正极活性物质钴酸锂、第二导电剂导电炭黑和碳纳米管、和第三粘结剂聚偏氟乙烯按照预设的重量比以预设的顺序加入在N-甲基吡咯烷酮溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的第二活性物质浆料；
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为80:5:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
正极片的涂布：
将第一活性物质浆料经挤压式涂布机或凹版机涂覆在正极集流体的第一端，将绝缘层物质浆料经挤压式涂布机或凹版机涂覆在正极集流体的第二端，将第二活性物质浆料经涂布机涂覆在第一活性物质层的表面，所述第一活性物质层与所述绝缘层的重叠部分的长度为2mm，所述第二活性物质层和所述绝缘层之间的间隙长度为5mm；进行烘干、辊压、裁切、制片制备出正极片。
2)负极片的制备
负极浆料制备：将负极活性物质人造石墨、负极增稠剂羧甲基纤维素钠和负极粘结剂丁苯橡胶按重量比为97.7:1.3:1.0在去离子水和N-甲基吡咯烷酮混合溶剂中充分搅拌混合均匀制成负极浆料；
涂布：将负极浆料涂布在负极集流体表面，进行烘干、辊压、裁切、制片制备出负极片；
3)电池的制作：
将正极片、隔离膜以及负极片按顺序叠好，使隔膜处于正负极中间，起到隔离作用，然后卷绕能到裸电芯。将裸电芯至于外包装袋中，注入相应电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，完成锂离子电池的制备，依次得到电池。
实施例2
实施例2用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为84:1:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例3
实施例3用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为75:10:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例4
实施例4用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为65:20:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例5
实施例5用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为55:30:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例6
实施例6用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为45:40:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例7
实施例7用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为35:50:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例8
实施例8用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为25:60:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例9
实施例9用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为15:70:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
实施例10
实施例10用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为10:75:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
对比例1
对比例1用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将勃姆石、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为85:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料；
对比例2
对比例2用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
绝缘层的制备：
将氧化镁、第一粘结剂聚丙烯酸共聚物按重量比为85:15在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的绝缘层物质浆料。
对比例3
对比例3用于对比说明本发明公开的锂离子电池的负极片、电解液、电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
将第一活性物质浆料经挤压式涂布机或凹版机涂覆在正极集流体的第一端，将绝缘层物质浆料经涂布机涂覆在正极集流体的第二端，将第二活性物质浆料经涂布机涂覆在第一活性物质层的表面，所述第一活性物质层与所述绝缘层的重叠部分的长度为2mm，所述第二活性物质层和所述绝缘层之间的间隙长度为0mm；进行烘干、辊压、裁切、制片制备出正极片。
对比例4
对比例4用于对比说明本发明公开的锂离子电池的负极片、电解液、电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
将第一活性物质浆料经挤压式涂布机或凹版机涂覆在正极集流体的第一端，将绝缘层物质浆料经涂布机涂覆在正极集流体的第二端，将第二活性物质浆料经涂布机涂覆在第一活性物质层的表面，所述第一活性物质层与所述绝缘层的重叠部分的长度为2mm，所述第二活性物质层和所述绝缘层的重叠部分的长度为2mm；进行烘干、辊压、裁切、制片制备出正极片。
对比例5
对比例5用于对比说明本发明公开的锂离子电池的负极片、电解液、电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
对比例5没有绝缘层。
性能测试
电池穿钉测试：
取实施例1-3和对比例1-5中化成后的锂离子电池各10块在常温(25±3℃)下以0.5C电流恒定电流充电至电压4.45V，进一步在4.45V恒定电压下充电至电流0.05C，使其处于4.45V满充状态。之后在常温条件下对锂离子电池进行穿钉实验，采用直径为3.0mm钉子(钢钉，材质为碳钢，于轴成30度，针尖60度，钢钉总长为100mm)，以30mm/s的穿钉速度穿钉，穿钉深度以钢钉锥度穿过锂离子电池为准，观察锂离子电池是否产烟、起火或爆炸。若没有则认为锂离子电池通过穿钉测试。
电池循环测试方法：
取实施例1-3和对比例1-5中的化成后的锂离子电池在常温(25±3℃)下进行充放电循环500周，循环制式为0.5C电流恒定电流充电至电压4.45V，进一步在4.45V恒定电压下充电至电流0.05C，搁置10分钟，以0.5C电流恒流放电至3.0V，搁置10分钟，依次进行循环充放电至第500周，记录电池放电容量保持率，容量保持率计为第500周放电容量/第3周放电容量。
实施例1～10和对比例1～5得到的测试结果填入表1。
表1
结论：
如上表1所示，实施例1-10与对比例1-3相比，本申请的电极极片通过对第一活性物质层与绝缘层设置交叠的重叠部分能够有效的提升穿钉测试的穿钉通过率及重物冲击测试的重物冲击通过率，进而增加电化学装置的安全性能，并且对其能量密度基本没有多大影响。
通过比较对比例4与实施例1相比可知，当绝缘层与第二活性物质层之间存在间隔的部分时，可以避免电极极片重叠后造成重叠区域过压，发生正极极片脆断的问题。而且，所述第二活性物质层与所述绝缘层不接触，不会影响该位置正极活性物质锂离子的脱出、嵌入及电子的传导，不会造成电池析锂，进而不会影响电池的循环性能。
通过上述实施例的比较，可以清楚的理解本申请的电极极片，能够有效提升其电化学装置的安全性能，并且减少对能量密度的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正极极片，其特征在于：所述正极极片包括正极集流体、正极活性物质层及绝缘层；所述正极活性物质层设置于所述正极集流体的部分表面，部分所述正极集流体露出于所述正极活性物质层形成空箔区，所述绝缘层覆盖于所述空箔区上；
所述绝缘层包括绝缘物质；所述绝缘物质包括第一绝缘无机填料，所述第一绝缘无机填料包括勃姆石、氧化镁；按重量份数计，所述勃姆石为10-85份，所述氧化镁为1-75份。
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于：所述绝缘物质包括第一粘结剂，按重量份数计，所述第一粘结剂为10-40份，所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于：所述正极活性物质层包括第一活性物质层和第二活性物质层，所述正极集流体的至少一个表面上设有所述第一活性物质层和所述绝缘层，所述第一活性物质层和所述绝缘层部分重叠，所述第二活性物质层设置在所述第一活性物质层远离所述正极集流体的表面，所述第二活性物质层与所述绝缘层不接触。
4.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于：所述第一活性物质层包括第一活性物质；所述第一活性物质包括第一正极活性物质、第一导电剂、第二绝缘无机填料和第二粘结剂，按重量份数计，所述第一正极活性物质为50～98份，所述第一导电剂为0.1份-5份，所述第二绝缘无机填料为1份-90份，所述第二粘结剂为2份-15份。
5.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于：所述第二活性物质层包括第二活性物质；所述第二活性物质包括第二正极活性物质、第二导电剂和第三粘结剂，按重量份数计，所述第二正极活性物质为90～99份，所述第二导电剂为0.5份-3份，所述第三粘结剂为0.8份-2份。
6.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于：所述第一正极活性物质包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁钠、磷酸钒锂、磷酸钒钠、磷酸钒氧锂、磷酸钒氧钠、钒酸锂、锰酸锂中的一种或多种；所述第一导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第二绝缘无机填料包括氧化铝陶瓷、勃姆石、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种；所述第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的正极极片，其特征在于：所述第二正极活性物质包括钴酸锂、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂、钛酸锂中的一种或多种；所述第二导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；所述第三粘结剂包括聚偏氟乙烯、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、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶及中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于：在所述正极集流体的长度方向上，所述第一活性物质层与所述绝缘层的重叠部分的长度为L1，所述L1满足：0mm≤L1≤5mm；所述第二活性物质层和所述绝缘层之间设有间隙，所述间隙的长度为L2，所述L2满足：0mm≤L2≤5mm。
9.一种电池，其特征在于：包括如权利要求1-8任意一项所述的正极极片、隔离膜及负极极片，所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极集流体的至少一个表面上设有所述负极活性物质层。
10.一种用电装置，其特征在于：包括如权利要求9所述的电池。
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