CN117577924A - 电极组件和包含该电池组件的电化学装置 - Google Patents

电极组件和包含该电池组件的电化学装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池组件，该电池组件包括正极、负极和布置在正极与负极之间的涂层，其中所述涂层具有刚性支撑层和熔融闭孔层，所述熔融闭孔层包括第一熔融闭孔层和第二熔融闭孔层，其中，所述第一熔融闭孔层布置在负极和所述刚性支撑层之间，所述第二熔融闭孔层布置在正极和所述刚性支撑层之间，并且其中，所述电池组件中不包括隔膜。本发明还涉及包括根据本发明所述的电池组件的电化学装置。

Description

电极组件和包含该电池组件的电化学装置
技术领域
本申请涉及储能领域。具体地，本发明涉及一种无隔膜的电极组件和用于该电池组件的涂层及其制造方法。
背景技术
随着大型储能、电动汽车、消费类电子等领域的持续高速发展，对于锂离子电池的需求也在持续增长。鉴于锂离子电池的能量密度、快充能力、安全可靠性等诸多性能越来越逼近极限，本领域中需要在技术上寻求新的突破，并针对化学体系、电芯结构、制造工艺进行创新，进而实现新一代锂离子电池综合能力的持续提升。
在上述锂离子的性能中，尤其是锂离子电池的安全可靠性正在备受瞩目，随着对于锂离子能量密度提升的挑战日趋严重，其中隔膜层作为确保锂离子电池中离子传导和电子绝缘的关键部件，对安全可靠性起到决定性的作用。然而，现有隔膜层的机械强度和热稳定较差，在高温等条件下很容易失效，进而引发电芯正负极短接，巨量放热最终起火失效。
因此，本领域需要这样的电池组件，该电池组件能够克服上述问题，尤其在保证安全可靠性的前提下，提高电池能量密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池组件，该电池组件具有根据本发明的涂层以替代现有的隔膜层，从而能够在运行时防止正负极短路并提供离子通路，且在发生热故障或机械安全失控时，能够大幅提高锂离子电池的安全边界，以保证电芯不起火爆燃。
根据本发明的一个实施方案，根据本发明的电池组件包括正极、负极和布置在正极与负极之间的根据本发明的涂层，其特征在于，所述涂层具有刚性支撑层和熔融闭孔层，所述熔融闭孔层包括第一熔融闭孔层和第二熔融闭孔层，其中，所述第一熔融闭孔层布置在负极和所述刚性支撑层之间，所述第二熔融闭孔层布置在正极和所述刚性支撑层之间，并且其中，所述电池组件中不包括隔膜。
根据本发明的涂层具有类似于三明治的结构，其中该涂层涂覆在极片的表面，该涂层的两侧分别靠近正负极且两侧且所述涂层的两侧均为熔融闭孔层，并且该涂层的刚性支撑层布置在两层熔融闭孔层之间。在高温下，上述刚性支撑层可以保证正负极极片不会直接接触，同时熔融闭孔层会发生熔融并将刚性支撑层中的空隙填充，进而阻断离子通路，并保持一定高温下仍不破溃，由此保证电芯不会发生内短路，并改善电芯整体的安全可靠性。同时，根据本发明的涂层具有比现有隔膜层更薄的厚度和更轻的重量，由此可以提高电芯的体积能量密度和质量能量密度。此外，根据本发明的涂层的孔隙率更高，提高了电芯的动力学。
根据本发明的一个实施方案，所述涂层具有一个刚性支撑层、一个第一熔融闭孔层和一个第二熔融闭孔层，所述第一熔融闭孔层与负极极片接触，且第二熔融闭孔层与正极极片接触。
根据本发明的一个实施方案，通过将负极浆料已知的方式涂布在集流体表面形成负极极片。
根据本发明的一个实施方案，通过将正极浆料已知的方式涂布在集流体表面形成正极极片。
根据本发明的一个实施方案，根据本发明的涂层还包括粘结剂、交联剂以及可选的引发剂。
根据本发明的一个实施方案，所述刚性支撑层包含刚性支撑材料和熔融闭孔材料。
根据本发明的一个实施方案，所述熔融闭孔层包含刚性支撑材料和熔融闭孔材料。
根据本发明的一个实施方案，基于所述刚性支撑层的总重量，所述刚性支撑层包括50重量％至95重量％、优选60重量％至80重量％的刚性支撑材料,0重量％至40重量％、优选15重量％至30重量％的熔融闭孔材料,0.5重量％至10重量％的粘结剂以及共计0.1重量％至5重量％的交联剂和引发剂。
根据本发明的一个实施方案，基于所述熔融闭孔层的总重量，所述熔融闭孔层包括0重量％至50重量％、优选10重量％至25重量％的刚性支撑材料，40重量％至99.5重量％、优选70重量％至85重量％的熔融闭孔材料和0.5重量％至10重量％的粘结剂。
根据本发明的一个实施方案，所述刚性支撑材料为选自以下的任意一种或两种以上的混合物：HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷和石榴石陶瓷。
根据本发明的一个实施方案，所述熔融闭孔材料为选自以下的任意一种或两种以上的混合物：聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)和聚苯乙烯低聚物。
根据本发明的一个实施方案，所述熔融闭孔材料是PE材料微米小球，所述PE材料微米小球可以具有0.5μm至8μm的D50和/或2μm至15μm的D90。根据本发明的一个实施方案，熔融闭孔材料是具有约1.5μm的D50和约5μm的D90的PE材料微米小球。
根据本发明的一个实施方案，所述粘结剂可以选自如下的任意一种或至少两种的混合物：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇、聚氧化乙烯(PEO)、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氟氯乙烯及其衍生物中的至少一种，优选包含聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚氧化乙烯等及其衍生物。
根据本发明的一个实施方案，存在于刚性支撑层中的粘结剂和存在于熔融闭孔层中的粘结剂是同一种粘结剂。
根据本发明的一个实施方案，所述交联剂可以选自如下的任意一种或至少两种的混合物：多异氰酸酯、六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)、N-羟甲基丙烯酰胺、碳二亚胺、三羟甲基丙烷、氮丙啶、过氧化二异丙苯、丙烯酸丁酯、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、双酚A环氧树脂、丙烯酸酯衍生物、含腈基聚合物、苯乙烯、氟乙烯、丙烯腈、丙烯酸胺、醋酸乙烯酯、烷基乙烯基醚、环氧烷烃或氧杂环丁烷衍生物。
根据本发明的一个实施方案，所述引发剂可以选自如下的任意一种或至少两种的混合物：过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、三氟化硼、五氟化磷、四氯化钛、四氯化锡或二氯化锌。
根据本发明的一个实施方案，所述涂层可具有5s/100cm3至300s/cm3的透气度。
根据本发明的一个实施方案，所述涂层具有20％至50％的孔隙率和/或20nm至2μm的平均孔径。
根据本发明的一个实施方案，所述涂层具有2μm至20μm的厚度，例如2μm至20μm，优选7μm至20μm，更优选7μm至11μm的厚度。
根据本发明的一个实施方案，基于所述涂层的总厚度，所述刚性支撑层具有30％至70％的厚度，且所述熔融闭孔层具有总计30％至70％的厚度。
根据本发明的一个实施方案，所述第一熔融闭孔层与所述第二熔融闭孔层具有相同的厚度。
根据本发明的一个实施方案，所述第一熔融闭孔层与所述第二熔融闭孔层具有不同的厚度，其中所述第一熔融闭孔层与所述第二熔融闭孔层的厚度的比在0.2至5的范围内。
根据本发明的一个实施方案，所述第一熔融闭孔层与所述第二熔融闭孔层具有相同的组成。
根据本发明的一个实施方案，根据本发明的电池组件设置有根据本发明的涂层，使得在130℃-200℃的温度下，所述熔融闭孔材料可实现熔融闭孔功能且不会破溃，并且所述涂层的离子电导率≤10-9S/cm。
本发明的目的还在于，提供一种电化学装置，所述电化学装置包括根据本发明的电池组件。
在根据本发明的一个实施方案中，所述电化学装置为电池。
附图简述
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加容易理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示意性示出了根据本发明的电池组件的涂层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。本领域技术人员基于本申请提供的技术方案及所给出的实施例，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试)。
术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A或B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B或C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
从图1中可以看出，从负极集流体到正极集流体依次布置有负极极片、第一熔融闭孔层、刚性支撑层、第二熔融闭孔层以及正极极片，其中负极极片与负极集流体接触且正极极片与正极集流体接触。如图1所示，刚性支撑层中除了刚性支撑材料和熔融闭孔材料以外还含有粘结剂、和交联剂以及引发剂，第一熔融闭孔层和第二熔融闭孔层中除了刚性支撑材料和熔融闭孔材料以外还含有粘结剂。其中示出的各个元件仅为示例性的，各个元件的分布、尺寸以及数量并不受附图中示例的限制。
正极
根据本发明的一些实施方式，正极包括正极集流体和正极极片，其中通过将正极浆料以已知的方式施加在正极集流体上来形成正极极片，所述正极浆料包含正极活性材料，该正极活性材料包括但不限于：钴酸锂(LiCoO2)、锂镍钴锰(NCM)三元材料、磷酸亚铁锂(LiFePO4)或锰酸锂(LiMn2O4)。
根据本发明的一些实施方式，正极浆料还包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极浆料与集流体的结合。在一些实施方式中，粘结剂包括：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等。
根据本发明的一些实施方式，导电材料包括但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施方式中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。在一些实施方式中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银。在一些实施方式中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
根据本发明的一些实施方式，正极集流体包括但不限于：铝箔。
负极
根据本发明的一些实施方式，负极包括负极集流体和负极极片，其中通过将负极浆料以已知的方式施加在负极集流体上来形成负极极片，所述负极浆料包含负极活性材料，该负极活性材料包括但不限于：天然石墨、人造石墨、中间相炭微球、软炭、硬炭、钛酸锂和硅碳复合材料。
根据本发明的一些实施方式，所述负极浆料还包括粘结剂，所述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、聚四氟乙烯及聚六氟丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯和环氧树脂中的一者或多者。
根据本发明的一些实施方式，负极还可包括位于所述负极极片和所述负极集流体之间的导电涂层，所述导电涂层包括碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯等导电剂中的一者或多者。在一些实施方式中，负极集流体可以包括铜箔、铝箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。
熔融闭孔材料
根据本发明的一些实施方式，熔融闭孔材料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯低聚物，尤其具有在1万至30万之间，优选3万至15万之间的重均分子量Mw和/或根据DSC的90℃至150℃，优选105℃至130℃的玻璃化温度Tg的烯烃的低聚物。
刚性支撑材料
根据本发明的一些实施方式，刚性支撑材料包括但不限于HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷和石榴石陶瓷。刚性支撑材料尤其可以是具有高强度、高温稳定性以及高亲水性的刚性材料。
电化学装置
根据本发明的一些实施方式，根据本发明的电化学装置包括但不限于：电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、蓄电系统等。为了满足该电化学装置对锂离子电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
根据本发明的一些实施方式，所述电化学装置可以是平板电脑、手机、笔记本电脑等。该电化学装置通常要求轻薄化，可以采用锂离子电池作为电源。
根据本发明的一些实施方式，所述电化学装置包括根据本发明的电池组件。
测试方法
通过以下测试方法对通过实施例1至22获得的电池组件和通过对比例1至3获得的电芯进行性能测试：
1.测定体积能量密度的方法：
试验在20℃±5℃的环境温度下进行，
0.5C CC至截止电压，随后CV至0.05C，静置5min后，0.2C放电至截止电压，得到电芯的总放电能量W；
测量电芯长宽高的极大值a，b，h，通过a*b*h计算得到电芯体积V；
W/V即可得到电芯的体积能量密度。
2.测定质量能量密度均值的方法
试验在20℃±5℃的环境温度下进行，
0.5C CC至截止电压，随后CV至0.05C，静置5min后，0.2C放电至截止电压，得到电芯的总放电能量W；
通过电子天平对电芯称重，即可得到电芯重量M；
W/M即可得到电芯的质量能量密度。
3.测定Fresh电芯极片表面析锂情况(充电倍率极限)的方法
测试在20℃±5℃的环境温度下进行，
对Fresh电芯以XC CC至截止电压，随后CV至0.05C，静置5min后，拆开电芯，观测极片表面是否有灰色锂金属析出。通过将电芯在不同充电倍率(C-rate)下充电，可识别出无灰色锂金属材质析出的最大充电倍率，即为Fresh电芯充电倍率极限。
4.穿钉测试
对每个实施例或对比例获得的电芯进行10次测试，如果在一次穿钉测试之后电芯即没有起火也没有爆炸，则认为该次测试通过。当在10次测试中有X次测试通过时，记录为10过X，例如，在10次测试中有3次测试通过，记录为10过3。
测试在20℃±5℃的环境温度下进行；
将接有热电偶的锂电池(热电偶的触点固定在电池大表面上)置于通风橱中，
用直径5mm的无蚀锈钢针以10mm/s的速度刺穿电池最大表面的中心位置，并保持5秒，
随后将钢针拔出并静置0.5h。
5.测定热箱测试1h通过温度极限(℃)的方法
Fresh电芯0.5C CC至截止电压，随后CV至0.05C，静置5min后，得到满充态的电芯，
将上述电芯放入加热箱体中，随后对箱体以5℃/min的速度加热至Y℃，并保温1h，随后使箱子自然冷却至室温；
如果电芯既没有起火也没有爆炸，则认为该次测试通过；
通过将电芯在不同温度下进行箱测试，即可识别出电芯不起火不爆炸的温度极限，即为Fresh电芯热箱测试1h通过温度极限(℃)。
6.1C倍率过充测试
测定失效时的SOC比例，其中截止测试电压达到20V算作未失效。
7.测定循环容量保持率
在45℃下进行500次循环后测定循环容量保持率。
实施例1
借助于以下步骤实施根据本发明的电池组件：
(1)将负极活性材料高能量密度人造石墨、SiOx材料、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂PAA、粘结剂丁苯橡胶、导电剂导电炭黑以重量比82.8％:14.6％:0.6％:0.6％:0.6％:0.8％进行混合以形成混合物，向该混合物中加入去离子水并在真空搅拌机作用下获得负极浆料，该负极浆料具有40％至49％的固含量和2000至6000mPa·s的粘度；
(2)以常规涂覆方式通过挤压式涂布机将步骤(1)中获得的负极浆料涂覆在5μm厚的铜箔上。在完成涂覆后进行烘干和冷压，以形成负极极片；
(3)将刚性支撑材料Al2O3、PE材料微米小球、粘结剂PVDF、交联剂(六甲氧基甲基三聚氰胺)和引发剂(偶氮二异丁腈)以重量比80％：15％：4％：0.5：0.5％进行混合以形成混合物，在该混合物中加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)并在真空搅拌机的作用下获得刚性支撑层浆料A，其中固含量为45％至55％，粘度为2500至5000mPa·s；
(4)将刚性支撑材料Al2O3、PE材料微米小球和粘结剂PVDF以重量比30％：65％：5％进行混合以形成混合物，向该混合物中加入NMP，并在真空搅拌机作用下获得熔融闭孔层浆料B，其中固含量为35％至45％，粘度为2000至4000mPa·s；
(5)采用凹版涂覆的工艺将上述浆料按照浆料B-浆料A-浆料B的顺序，依次在负极极片的涂覆有负极浆料的表面进行涂覆，随后进行多次烘干、滚压和分条，以获得表面涂覆有根据本发明的涂层的负极极片；
(6)将二次复合颗粒NCM811材料、PVDF、导电炭黑按照质量比97.5％:1.4％:1.1％进行混合，加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)，在真空搅拌机作用下获得正极浆料，该正极浆料具有70％至80％的固含量和3500至6500mPa·s的粘度。通过常规的涂覆方式用挤压式涂布机将该正极浆料涂覆在10μm厚的铝箔上。随后烘干、冷压、分条，以形成正极极片；
(7)将上述正极极片模切后叠片制备裸电芯，其中无需添加隔膜层。将裸电芯放入包装袋中，并经受注液，化成，分容，静置等操作步骤以形成电芯；
其中，本实施例中获得的根据本发明的涂层的厚度为11μm，孔隙率约20％，平均孔径约500nm，其中通过涂覆浆料A形成的相应的刚性支撑层厚度约7.2μm；通过涂覆浆料B形成的相应的两层熔融闭孔层的厚度均约1.9μm。
实施例2-7，9-19
实施例2至7以及9至19采用了和实施例1相同的实施步骤。
实施例1至22的工艺参数的改变示出于下表1中。
表1
其种HMMM代表六甲氧基甲基三聚氰胺，LLZO代表锂镧钛氧(Li7La3Zr2O12)石榴石陶瓷；
其中刚性支撑层和熔融闭孔层的配方中各组分的比以重量比示出。
实施例8
实施例8采用了与实施例1相似的操作步骤，区别在于，在步骤(5)中，采用多层涂覆的工艺将上述浆料按照浆料B-浆料A-浆料B的顺序，同步一次性涂覆在负极极片的涂覆有负极浆料的表面，随后一次烘干、滚压、分条，以获得具有根据本发明的涂层的负极极片。上述根据本发明的涂层的厚度为约20μm，孔隙率约40％，平均孔径约200nm，其中通过涂覆浆料A形成的相应的刚性支撑层厚度约13μm；；通过涂覆浆料B形成的相应的两层熔融闭孔层的厚度均约3.5μm。
实施例20
实施例20采用了与实施例1相似的操作步骤，区别在于，在步骤(5)中，采用多层涂覆的工艺将上述浆料按照浆料B-浆料A-浆料B的顺序，同步一次性涂覆在负极极片的涂覆有负极浆料的表面，随后采用红外辅助烘干的特殊工艺，调整烘干过程浆料迁移方式，实现浆料层间差异平滑过渡，由此在刚性支撑层与熔融闭孔层的界面处形成厚度为0.6μm的过渡层，该过渡层中的刚性支撑材料与熔融闭孔材料的比在7：3至2：7的范围内。然后，进行滚压和分条以获得具有根据本发明的涂层的负极极片。上述根据本发明的涂层的厚度为约7μm，孔隙率约40％，平均孔径约200nm，其中通过涂覆浆料A形成的相应的刚性支撑层厚度约3.5μm；通过涂覆浆料B形成的相应的两层熔融闭孔层的厚度均约1.8μm。
实施例21
实施例21采用了与实施例1相似的操作步骤，区别在于，根据本发明的涂层的厚度为约7μm，孔隙率约40％，平均孔径约200nm，其中通过涂覆浆料A形成的相应的刚性支撑层厚度约3.5μm；靠近负极极片的熔融闭孔层的厚度均约为：3.0μm，靠近正极极片的熔融闭孔层的厚度均约为：0.6μm。
实施例22
实施例22采用了与实施例1相似的操作步骤，区别在于，根据本发明的涂层的厚度为约7μm，孔隙率约40％，平均孔径约200nm，其中通过涂覆浆料A形成的相应的刚性支撑层厚度约3.5μm；靠近负极极片的熔融闭孔层的厚度均约为：2.3μm，靠近正极极片的熔融闭孔层的厚度均约为：1.2μm。
对比例1
通过以下步骤实施对比例1的电芯：
(1)将负极活性材料高能量密度人造石墨、SiOx材料、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂PAA、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑)以重量比82.8％:14.6％:0.6％:0.6％:0.6％:0.8％进行混合以形成混合物，向该混合物中加入去离子水并借助于真空搅拌机获得负极浆料，该负极浆料具有40％至49％的固含量和2000至6000mPa·s的粘度，通过常规涂覆方式用挤压式涂布机将该负极浆料涂覆在5μm厚的铜箔上，随后烘干、冷压、分条，以形成负极极片；
(2)将二次复合颗粒NCM811材料、PVDF、导电炭黑按照质量比97.5％:1.4％:1.1％进行混合，加入NMP，在真空搅拌机作用下获得正极浆料，该正极浆料具有70％至80％的固含量和3500至6500mPa·s的粘度，通过常规涂覆方式用挤压式涂布机将浆料涂覆在10μm厚的铝箔上，随后烘干、冷压、分条，以形成正极极片；
(3)将从步骤(1)获得的负极极片和从步骤(2)获得的正极极片模切后与厚度为11μm的隔膜一起叠片制备裸电芯，其中隔膜为市售可得的常规隔膜，例如来自恩捷公司的市售隔膜，该隔膜具有7μm厚的PE作为基底，并在基底两侧各涂覆2μm厚的Al2O3陶瓷涂层。将裸电芯放入包装袋中并经受注液，化成，分容，静置等操作步骤以形成对比例1的电芯。
对比例2
通过以下步骤实施对比例2的电芯：
(1)将负极活性材料高能量密度人造石墨、SiOx材料、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂PAA、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑)以重量比82.8％:14.6％:0.6％:0.6％:0.6％:0.8％进行以形成混合物，向该混合物中加入去离子水并在真空下借助于搅拌机获得负极浆料，该负极浆料具有40％至49％的固含量和2000至6000mPa·s的粘度，通过常规涂覆方式用挤压式涂布机将该负极浆料涂覆在5μm厚的铜箔上，并烘干和冷压；
随后将Al2O3陶瓷颗粒材料和粘结剂PVDF以重量比95％:5％进行混合以形成混合物，向该混合物中加入NMP并借助于真空搅拌机获得刚性支撑层浆料(固含量为45％至55％，粘度为2500至5000mPa·s)，采用凹版涂覆的工艺将上述刚性支撑层浆料涂覆在负极极片的涂覆有负极浆料的表面上，然后再次烘干、滚压、分条，以形成具有刚性支撑层的负极极片。此刚性支撑层的厚度为11μm，孔隙率约40％；
(2)与对比例1相同；
(3)将从步骤(1)获得的负极极片和从步骤(2)获得的正极极片模切后叠片制备裸电芯，其中无需添加隔膜层，将裸电芯放入包装袋中并经受注液，化成，分容，静置等操作步骤以形成对比例2的电芯。
对比例3：
通过以下步骤实施对比例3的电芯
(1)将负极活性材料高能量密度人造石墨、SiOx材料、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂PAA、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑)以重量比82.8％:14.6％:0.6％:0.6％:0.6％:0.8％进行混合以形成混合物，向该混合物中加入去离子水并借助于真空搅拌机获得负极浆料，该负极浆料具有40％至49％的固含量和2000至6000mPa·s的粘度，通过常规涂覆方式用挤压式涂布机将该负极浆料涂覆在5μm厚的铜箔上，并烘干和冷压；
随后将PE材料微米小球、粘结剂PVDF以重量比93％:7％进行混合以获得混合物，向该混合物中加入NMP并借助于真空搅拌机获得熔融闭孔层浆料(固含量为35％至45％，粘度为2000至4000mPa·s)，采用凹版涂覆的工艺将上述熔融闭孔层浆料涂覆在负极极片的涂覆有负极浆料的表面上，然后再次烘干、滚压、分条，以形成具有熔融闭孔层的负极极片。此熔融闭孔层的厚度为11μm，孔隙率约40％；
(2)与对比例1相同；
(3)将从步骤(1)获得的负极极片和从步骤(2)获得的正极极片模切后叠片制备裸电芯，其中无需添加隔膜层，将裸电芯放入包装袋中并经受注液，化成，分容，静置等操作步骤以形成对比例3的电芯。
在下表2中示出对比例1至3中使用的隔膜或涂层的性质。
对通过实施例1至22获得的电池组件和通过对比例1至3获得的电芯进行性能测试，其中在20℃±5℃的环境温度下测定体积能量密度(Wh/kg)，质量能量密度均值(Wh/kg)，Fresh电芯极片表面析锂情况，在此即充电倍率极限，并进行穿钉测试；此外，测定热箱测试1h通过温度极限(℃)；进行1C倍率过充测试，并测定失效时的SOC比例，其中截止测试电压达到20V算作未失效；在45℃下进行500次循环后测定循环容量保持率。测试结果总结在下表3中。
表3
结合表1至3和以上实施例以及对比例的具体描述可以看出，根据本发明的电池组件在体积能量密度、质量能量密度和充电倍率极限均获得良好表现，尤其，通过穿钉测试的结果可以看出根据本发明的电池组件获得了更好的安全可靠性。此外，通过比较500次循环后的容量保持率，可以看出根据本发明的电池组件还获得了更优异的耐久性。
比较实施例11至16可以进一步看出，当以根据本发明的优选实施方案来设置刚性支撑层和熔融闭孔层的配方时，可以获得各项性能优异的电池组件。
虽然已经说明和描述了本申请的一些示例性实施方式，然而本申请不限于所公开的实施方式。相反，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求中描述的本申请的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方式进行一些修改和改变，这些修改和改变都落入本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种电池组件，包括正极、负极和布置在正极与负极之间的涂层，其特征在于，所述涂层具有刚性支撑层和熔融闭孔层，所述熔融闭孔层包括第一熔融闭孔层和第二熔融闭孔层，其中，所述第一熔融闭孔层布置在负极和所述刚性支撑层之间，所述第二熔融闭孔层布置在正极和所述刚性支撑层之间，并且其中，所述电池组件中不包括隔膜。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述涂层还包括粘结剂、交联剂以及可选的引发剂。
3.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述刚性支撑层包含刚性支撑材料和熔融闭孔材料，和/或所述熔融闭孔层包含刚性支撑材料和熔融闭孔材料。
4.根据权利要求1所述的电池组件，基于所述刚性支撑层的总重量，所述刚性支撑层包括50重量％至95重量％、优选60重量％至80重量％的刚性支撑材料，0重量％至40重量％、优选15重量％至30重量％的熔融闭孔材料,0.5重量％至10重量％的粘结剂以及共计0.1重量％至5重量％的交联剂和引发剂。
5.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，基于所述熔融闭孔层的总重量，所述熔融闭孔层包括0重量％至50重量％、优选10重量％至25重量％的刚性支撑材料，40重量％至99.5重量％、优选70重量％至85重量％的熔融闭孔材料和0.5重量％至10重量％的粘结剂。
6.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述刚性支撑材料为选自以下的任意一种或两种以上的混合物：HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷和石榴石陶瓷。
7.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述熔融闭孔材料为选自以下的任意一种或两种以上的混合物：聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯低聚物。
8.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述涂层具有5s/100cm3至300s/cm3的透气度和/或20％-50％的孔隙率和/或20nm至2μm的平均孔径。
9.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述涂层具有2μm至20μm的总厚度，其中基于所述涂层的总厚度，所述刚性支撑层具有30％至70％的厚度，且所述熔融闭孔层具有总计30％至70％的厚度。
10.一种电化学装置，其特征在于，该电化学装置包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池组件。
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