CN118043989A - 电化学装置和应用所述电化学装置的电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种电化学装置，包括正极极片、负极极片和隔离膜，隔离膜位于正极极片和负极极片之间。负极极片包括负极集流体和负极活性层，负极活性层包括中心区域和环绕中心区域外周缘设置的边缘区域。边缘区域的离子阻抗为30Ohm至54.5Ohm，且边缘区域的离子阻抗和中心区域的离子阻抗的比值为1:1.1～1:2，有利于在提升边缘区域相较于中心区域对锂离子的液相传输能力以提升电化学装置的安全性和循环稳定性的同时保障电化学装置的整体能量密度。还提供一种应用上述电化学装置的电子装置。
Description
技术领域
本申请涉及一种电化学供能领域，尤其涉及一种电化学装置以及一种应用所述电化学装置的电子装置。
背景技术
电化学装置尤其锂离子电池具备能量密度大、功率高、循环寿命长等优点，在消费类电子产品领域广泛应用。而随着其应用范围不断扩大，尤其是在电动自行车以及电动汽车中应用，对电化学装置的性能的要求也在不断地提高。而锂离子电池在使用时会产生热量，因此，如何保障或提升电化学装置的整体性能是目前面临的一个问题。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种有利于提升整体性能的电化学装置以及一种应用所述电化学装置的电子装置。
本申请第一方面提供一种电化学装置，包括正极极片、负极极片和隔离膜，隔离膜位于正极极片和负极极片之间。负极极片包括负极集流体和负极活性层，负极活性层包括中心区域和环绕中心区域外周缘设置的边缘区域。边缘区域的离子阻抗为30Ohm至54.5Ohm，且边缘区域的离子阻抗和中心区域的离子阻抗的比值为1:1.1～1:2。
在电化学装置中，每个极片的边缘区域的电场强度高于中心区域的电场强度且边缘区域易于电解液接触，由于现有技术中的极片的边缘区域和中心区域之间无差异设计，正极极片的边缘区域的脱锂速率以及脱锂量大于正极极片的中心区域的脱锂速率及脱锂量，导致负极极片的边缘区域单位时间内需接受的锂离子的数量大于负极极片的中心区域单位时间内需接受的锂离子的数量，从而使得负极极片的边缘区域容易出现析锂现象，影响电化学装置的安全性和循环稳定性。而本申请的上述电化学装置中，负极极片的边缘区域和中心区域差异化设计，通过设计负极极片边缘区域的离子阻抗低于负极极片中心区域的离子阻抗，有利于在不影响中心区域的对应的能量密度的前提下提升边缘区域相较于中心区域对锂离子的液相传输能力，从而有利于提升边缘区域相较于中心区域的嵌锂能力，降低负极极片的边缘区域的析锂风险，进而有利于提升电化学装置的安全性和循环稳定性。而具有上述特定范围离子阻抗的边缘区域以及离子阻抗与边缘区域的离子阻抗具有特定比值范围的中心区域，有利于在保障电化学装置的动力学性能的同时保障电化学装置的整体能量密度，以实现在保障电化学装置较高的能量密度的前提下提升动力学性能，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，边缘区域的离子阻抗和中心区域的离子阻抗的比值为1:1.2至1:2，从而有利于进一步地降低降低负极极片的边缘区域的析锂风险，以有利于进一步地提升电化学装置的安全性和循环稳定性。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜包括第一区域和环绕连接第一区域的外周缘设置的第二区域，第二区域与边缘区域在第一方向上层叠，且在垂直于第一方向的任一方向上，第二区域超出边缘区域。第二区域的离子电导率为0.1mS/cm至0.4mS/cm，且第二区域的离子电导率与第一区域的离子电导率的比值为1:5至1:1.2。
在上述可能的实施方式中，隔离膜对应负极极片的边缘区域的第二区域的离子电导率，小于隔离膜对应负极极片的中心区域的第一区域的离子电导率，有利于在保障隔离膜整体的离子电导率的前提下降低第二区域相较于第一区域的对锂离子的迁移能力即降低正极极片扩散到负极极片的边缘区域的锂离子的数量，从而有利于降低负极极片的边缘区域析锂带来的风险，进而有利于在保障电化学装置的容量的前提下提升电化学装置的安全性和循环稳定性。具有上述特定范围离子电导率的第二区域以及离子电导率与第二区域的离子电导率具有特定比值范围的第一区域，能够使得隔离膜整体具有较高的离子电导率的同时降低边缘区域析锂带来的风险，从而有利于使得电化学装置具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜的第二区域的抗刺穿强度为0.03kgf至0.1kgf，且隔离膜的第二区域的抗刺穿强度与隔离膜的第一区域的抗刺穿强度的比值为1.2:1至3:1。
在上述可能的实施方式中，基于负极极片的边缘区域容易出现析锂现象，通过设计隔离膜的第二区域的抗刺穿强度大于隔离膜的第一区域的抗刺穿强度，有利于在控制成本以及保障隔离膜整体的电导率的前提下避免析锂形成的锂枝晶刺穿隔离膜对应负极极片的边缘区域的第二区域，从而有利于提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性。具有上述范围抗刺穿强度的隔离膜的第二区域，以及抗刺穿强度与隔离膜的第二区域的抗刺穿强度具有特定比值范围的隔离膜的第一区域，能够有利于使得隔离膜整体具有较高的离子电导率的同时降低边缘区域析锂带来的风险，从而有利于使得电化学装置具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，在150摄氏度下保温1小时，隔离膜的第二区域的热收缩比例为3％至16.4％，且隔离膜的第二区域的热收缩比例与隔离膜的第一区域的热收缩比例的比值为1:1.1至1:5。
在上述可能的实施方式中，上述具有特定热收缩比例的隔离膜的第二区域，有利于提升隔离膜对应与负极极片的边缘区域的第二区域在高温下的抗收缩能力以降低在高温情况下由于隔离膜收缩导致的短路或自放电的风险，从而有利于提升电化学装置的高温循环稳定性。而隔离膜的第二区域的热收缩比例与隔离膜的第一区域的热收缩比例的差异化设计有利于同时保障第一区域的电导率以利于保障电化学装置的容量。上述特定比值范围的隔离膜的第二区域的热收缩比例与隔离膜的第一区域的热收缩比例，有利于使得电化学装置具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜的第二区域的电解液浸润性为50mm/min至90mm/min，隔离膜的第二区域的电解液浸润性大于隔离膜的第一区域的电解液浸润性，且差值为5mm/min至20mm/min。
在上述可能的实施方式中，上述特定的范围的隔离膜的第二区域的电解液浸润性，有利于提升隔离膜的第二区域与对应的负极极片的边缘区域之间的保液能力，从而有利于避免负极极片因电解液不足而出现的析锂风险，进而有利于提升电化学装置的安全性和循环稳定性。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜包括基材层、第一涂层和第二涂层，第一涂层和第二涂层均设于基材层在第一方向上的相背两侧。隔离膜的第一区域包括第一涂层和基材层对应第一涂层的部分，隔离膜的第二区域包括第二涂层和基材层对应第二涂层的部分。第一涂层包括第一粘接剂和分散于第一粘接剂中的第一陶瓷颗粒，第二涂层包括第二粘接剂和分散于第二粘接剂中的第二陶瓷颗粒。
在上述可能的实施方式中，由于隔离膜中包含第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒，有利于提升隔离膜的高温稳定性，并有利于增加隔离膜的抗刺穿能力以降低隔离膜被因析锂形成锂枝晶刺穿的风险，从而有利于提升电化学装置的高温稳定性、安全性以及循环稳定性。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，第二陶瓷颗粒的长径比为5至50，第二陶瓷颗粒的长径比与第一陶瓷颗粒的长径比的比值为1.1:1至5:1。
在上述可能的实施方式中，长径比越大即越扁平化的陶瓷颗粒的形成的膜层的抗刺穿能力和抗热收缩能力越强，而锂离子通过的路径则越曲折即不利于锂离子的快速传输。通过设计隔离膜的第二区域采用相较于隔离膜第一区域中的第一陶瓷颗粒更扁平化的第二陶瓷颗粒，有利于在保障隔离膜第一区域对锂离子的传输能力的前提下提升隔离膜第二区域的抗刺穿能力和抗热收缩能力，进而有利于在保障电化学装置整体容量的同时提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性。上述具有特定范围长径比的第二陶瓷颗粒以及长径比与第二陶瓷颗粒的长径比具有特定比值范围的第一陶瓷颗粒，有利于在保障隔离膜整体对锂离子的传输不至于过低的前提下提升隔离膜第二区域的抗刺穿能力和抗热收缩能力，从而有利于在保障电化学装置整体容量的同时提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，第二陶瓷颗粒在第二涂层中的含量为70wt％至95wt％，第二陶瓷颗粒在第二涂层中含量大于第一陶瓷颗粒在第一涂层中的含量，且差值为0.5％至20％。
在上述可能的实施方式中，隔离膜第二区域具有上述较高含量的第二陶瓷颗粒，有利于提升隔离膜第二区域的抗刺穿能力和抗热收缩能力，进而有利于提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性。而第二涂层和第一涂层中陶瓷颗粒含量的差异化设计有利于在保障隔离膜整体的抗刺穿能力和抗热收缩能力的同时还有利于保障隔离膜整体对锂离子的传输，从而有利于在保障电化学装置的容量的同时提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，边缘区域的迂曲度为1.04至3，边缘区域的迂曲度与中心区域的迂曲度的比值为1:1.05至1:3。
在上述可能的实施方式中，通过降低边缘区域的迂曲度以降低锂离子在边缘区域的液相传输阻碍，从而有利于提升边缘区域嵌锂能力，进而有利于降低边缘区域析锂带来的风险，提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性。边缘区域上述特定范围的迂曲度能够有利于保障边缘区域的嵌锂能力，而边缘区域与中心区域之间迂曲度的特定的比值范围则有利于在保障电化学装置整体能量密度的前提下提升边缘区域嵌锂能力。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，边缘区域包括第一负极活性物质，中心区域包括第二负极活性物质。第一负极活性物质的OI值为6至15，第二负极活性物质的OI值大于第一负极活性物质的OI值，且差值为1至5。
OI值表征的是极片的活性物质颗粒沿着极片的集流体的排列方向，指的是平行于极片的集流体方向与垂直于极片的集流体方向的比值。负极极片中，OI值越小，锂离子越容易嵌入。在上述可能的实施方式中，通过设计第一负极活性物质具有特定范围的OI值，以保障边缘区域的嵌锂能力，从而便于降低析锂带来的风险。而第二负极活性物质与第一负极活性物质之间OI值的差异化设计，有利于在保障电化学装置整体的容量的同时保障电化学装置整体的能量密度，进而有利于提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，边缘区域包括第一负极活性物质，中心区域包括第二负极活性物质。第一负极活性物质为核壳结构，包括第一核体以及包覆第一核体的第一壳体，第一壳体在第一负极活性物质中的含量为0.5wt％至20wt％。第二负极活性物质为核壳结构，包括第二核体以及包覆第二核体的第二壳体，第一壳体在第一负极活性物质中的含量与第二壳体在第二负极活性物质中的含量的比值为1.1:1至3:1。
在上述可能的实施方式中，核壳结构的第一负极活性物质和第二负极活性物质能够提升嵌锂能力，通过设计第一壳体在第一负极活性物质中的含量以便于使得第一负极活性物质具有特定范围的OI值，以保障边缘区域的嵌锂能力，从而便于降低析锂带来的风险。而第二负极活性物质与第一负极活性物质之间壳体含量的差异化设计，有利于在保障电化学装置整体的容量的同时保障电化学装置整体的能量密度，进而有利于提升电化学装置的整体性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜的第二区域的宽度为5毫米至13毫米，正极活性层的边缘区域的宽度为4毫米至12毫米。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，隔离膜包括多个第一区域以及多个第二区域，每个第二区域对应环绕连接一个第一区域形成一个层叠区，在第一方向上，每个层叠区位于相邻的正极极片和负极极片之间，隔离膜还包括至少一个连接区，每个连接区连接两个相邻的层叠区。
本申请的第二方面提供一种电子装置，包括本体和如上所述的电化学装置，电化学装置与本体电连接用于对本体进行供电。本申请的上述电子装置中，负极极片的边缘区域和中心区域差异化设计，通过设计负极极片边缘区域的离子阻抗低于负极极片中心区域的离子阻抗，有利于在不影响中心区域的对应的能量密度的前提下提升边缘区域相较于中心区域对锂离子的液相传输能力，从而有利于提升边缘区域相较于中心区域的嵌锂能力，降低负极极片的边缘区域的析锂风险，进而有利于提升电化学装置的安全性和循环稳定性。而具有上述特定范围离子阻抗的边缘区域以及离子阻抗与边缘区域的离子阻抗具有特定比值范围的中心区域，有利于在保障电化学装置的动力学性能的同时保障电化学装置的整体能量密度，以实现在保障电化学装置较高的能量密度的前提下提升动力学性能，进而提升电化学装置的整体性能。通过提升电化学装置的整体性能(包括能量密度、安全性和循环稳定性)以提升使用该电化学装置的电子装置的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本申请一实施方式的电化学装置的结构示意图。
图2为本申请一实施方式的电化学装置的剖面示意图。
图3为本申请一实施方式的负极极片沿垂直于厚度方向的剖面示意图。
图4为本申请一实施方式的隔离膜沿垂直于厚度方向的俯视图。
图5为本申请一实施方式的电化学装置沿厚度方向的局部剖面放大示意图。
图6为本申请另一实施方式的电极组件的剖面示意图。
图7为本申请一实施方式的电子装置的结构示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合实施例一起介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下，如果有用到，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多种”的含义是两种或两种以上。
进一步，当描述本申请的实施方式时使用“可”指“本申请的一个或多个实施方式”。
本文使用的专业术语是为了描述具体实施方式的目的并且不旨在限制本申请。如本文所使用，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应进一步理解，术语“包括”，当在本说明书中使用时，指存在叙述的特征、数值、步骤、操作、要素和/或组分，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、要素、组分和/或其组合。
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。本申请中记载的数据范围值如无特别说明均应包括端值。
本申请的电化学装置以锂离子电池作为示例来说明其效果。
锂离子电池的能量密度通常通过提高电极中活性材料的容量和电压以及提高电极中活性物质的含量的方式来提高，其中，提升活性材料的压实密度以及制备较厚的电极活性层均可以提高活性物质的含量。
在锂离子电池中，极片的边缘区域和中心区域的电场强度、电势及极化均存在差异，导致极片的边缘区域和主体区域的电化学反应不均一，而上述电化学反应不均一的现象随着活性层厚度的增加和活性层压实密度的增加会更加明显，从而恶化电池的整体性能(包括但不仅限于影响循环寿命、出现热安全性问题等)并制约活性层厚度和压实密度的大幅提升。
鉴于此，本申请实施方式提供了一种电化学装置以及一种应用所述电化学装置的电子装置。
请参阅图1，为本申请实施方式的一种电化学装置100。请结合参阅图2，电化学装置100包括正极极片10、负极极片30和隔离膜50。隔离膜50设于正极极片10和负极极片30之间。如图2所示，正极极片10、隔离膜50和负极极片30可依次沿厚度方向X即第一方向交替层叠形成叠片式电极组件A，或正极极片10、隔离膜50、负极极片30依次层叠后绕中心轴卷绕以形成卷绕式电极组件(图未示)。下面，将以叠片式电极组件A为例进行后续说明。
电化学装置100还包括壳体20和电解液60，电解液60和电极组件A收纳在壳体20内。壳体20可为采用封装膜例如但不仅限于铝塑膜封装得到的包装袋，即电化学装置可为软包电池。壳体20也可为但不仅限于钢壳电池、铝壳电池等现有技术中公开的壳体。
正极极片10包括正极集流体11和设置在正极集流体11至少一个表面的正极活性层13。在本实施方式中，如图2所示，可只在正极集流体11的一侧设置正极活性层13，也可正极集流体11的相背的两个表面分别设置正极活性层13。
正极集流体11可以使用铝箔或镍箔等，也可为任何现有技术中公开的复合集流体，例如但不仅限于前述导电箔和聚合物基底结合形成的集流体。
正极活性层13包括正极活性物质，正极活性物质包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物(即，锂化插层化合物)。在一些实施方式中，正极活性物质可以包括锂过渡金属复合氧化物。该锂过渡金属复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。在一些实施方式中，正极活性物质可包括但不仅限于钴酸锂(LiCoO2)、锂镍锰钴三元材料(NCM)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)等中的至少一种。在一些实施方式中，还可进一步地对正极活性物质(前述各物质)进行掺杂改性或包覆改性。
掺杂改性可为阳离子掺杂、阴离子掺杂或阴阳离子复合掺杂，掺杂改性的目的是在正极活性材料晶格中掺杂一些阳离子、阴离子或复合离子，抑制阳离子的混排，有助于减少首次不可逆容量，尤其可以使NCM的层状结构更完整，晶体结构的稳定性更高，颗粒破碎、晶体结构损坏的概率更低，从而对改善锂离子电池的循环性能和热稳定性有利。掺杂改性的具体方法不受限制，可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法掺杂，也可以在烧结阶段进行干法掺杂。在一些实施方式中，阳离子掺杂元素可包括但不仅限于Al、Zr、Ti、B、Mg、V、Cr、Zn、Y等中的一种或几种。阴离子掺杂元素可包括但不仅限于F、P、S等中的一种或几种，其中，F除了可以促进正极活性物质的烧结，使正极活性物质的结构更加稳定外，还能够在循环过程中稳定正极活性物质和电解液之间的界面，从而对改善锂离子电池的循环性能有利。
包覆改性是在正极活性物质表面形成一层包覆层，起到隔绝电解液和正极活性物质直接接触的作用，这样可以在很大程度上减少电解液与正极活性物质之间的副反应，减少过渡金属溶出，提高正极活性物质的电化学稳定性，包覆层的存在还可以减少正极活性物质在反复充放电过程中晶体结构的坍塌，降低颗粒破碎、晶体结构损坏的概率，从而对改善锂离子电池的循环性能有利。包覆改性的具体方法不受限制，可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法包覆，也可以在烧结阶段进行干法包覆。在一些实施方式中，包覆层可选自但不仅限于碳层、石墨烯层、氧化物层、无机盐层或导电高分子层等中的一种或几种。其中，氧化物可为但不仅限于Al、Ti、Mn、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的一种或几种元素形成的氧化物；无机盐可为但不仅限于Li2ZrO3、LiNbO3、Li4Ti5O12、Li2TiO3、LiTiO2、Li3VO4、LiSnO3、Li2SiO3、LiAlO2、AlPO4、AlF3中的一种或几种；导电高分子可为但不仅限于聚吡咯(PPy)、聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)或聚酰胺(PI)等中的一种或几种。
正极活性层13还包括粘结剂，用以粘结正极活性材料颗粒从而便于形成膜层，同时还能够提高正极活性层13与正极集流体11之间的结合力。在一些实施方式中，正极活性层13中的粘结剂可包括但不仅限于聚乙烯醇、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、聚偏氟乙烯(PVDF)、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、环氧树脂或尼龙等中的至少一种。
正极活性层13还包括导电剂，导电剂可包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或其任意组合。在一些实施方式中，基于碳的材料可包括但不仅限于自天然石墨、人造石墨、碳黑(SP)、碳纳米管(CNT)、乙炔黑、科琴黑、碳纤维(例如气相生长碳纤维)或其任意组合。在一些实施方式中，基于金属的材料可包括但不仅限于金属粉或金属纤维，例如铜、镍、铝或银。在一些实施方式中，导电聚合物可为聚亚苯基衍生物。
负极极片30包括负极集流体31和设置在负极集流体31至少一个表面的负极活性层33。在本实施方式中，如图2所示，负极集流体31的相背的两个表面可分别设置负极活性层33。
负极集流体31可以使用铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔或碳基集流体等中的至少一种，也可为任何现有技术中公开的复合集流体，例如但不仅限于前述导电箔和聚合物基底结合形成的集流体。
请结合参阅图2和图3，负极活性层33包括中心区域331和环绕中心区域331的外周缘设置的边缘区域333。但负极极片30对应形成叠片式电极组件A时，如图3所示沿厚度方向X观察，边缘区域333呈环状(如图3所示的矩形环)环绕中心区域331。而负极极片30对应形成卷绕式电极组件的情况下，当负极极片30平铺开即未卷绕时，沿负极极片30的厚度方向观察，边缘区域333呈环状(如图3所示的矩形环)环绕中心区域331；而当负极极片30卷绕形成卷绕式电极组件时，边缘区域333包括负极活性层33卷绕的起始端部和收尾端部以及负极活性层33沿卷绕中心轴相对设置的两端部。
在一些实施方式中，边缘区域333的宽度可为4mm至12mm，例如可为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm或为前述任意两个相邻数值之间的任何具体数值。该宽度是指边缘区域333背离中心区域331的外周缘的任意一位置处即整个负极活性层33的外周缘的任意一位置处至相邻的边缘区域333连接中心区域331的内周缘的最近处的距离。
由于负极活性层33在形成时需经过压合工序，因此压合前相邻或者相接设置的中心区域331的外边缘和边缘区域333的内边缘在压合后彼此混合形成一过渡区域335。即负极活性层33还包括过渡区域335，过渡区域335连接边缘区域333的内周缘和中心区域331的外周缘。在一些实施方式中，过渡区域335的宽度可为0.02mm至0.5mm。
另外，由于负极活性层33在形成时需要经过压合工序，因此压合前后各区域的厚度会发生变化。其中，边缘区域333可向远离中心区域331的方向延展，而由于中心区域331被边缘区域333环绕，压合时中心区域331的可活动空间被边缘区域333限制，因此，中心区域331的厚度通常大于边缘区域333的厚度。在一些实施方式中，中心区域331的厚度与边缘区域333的厚度的差值可小于1微米，有利于提升正极极片10和负极极片30构成的电极组件的平整度，从而有利于提升电化学装置整体的平整度。
在本实施方式中，边缘区域333的离子阻抗小于中心区域331的离子阻抗。在电化学装置中，每个极片的边缘区域的电场强度高于中心区域的电场强度且边缘区域易于电解液接触，由于现有技术中的极片的边缘区域和中心区域之间无差异设计，正极极片的边缘区域的脱锂速率以及脱锂量大于正极极片的中心区域的脱锂速率及脱锂量，导致负极极片的边缘区域单位时间内需接受的锂离子的数量大于负极极片的中心区域单位时间内需接受的锂离子的数量，从而使得负极极片的边缘区域容易出现析锂现象，影响电化学装置的安全性和循环稳定性。而上述负极极片30的边缘区域333和中心区域331差异化设计，通过设计负极极片30的边缘区域333的离子阻抗低于负极极片30的中心区域331的离子阻抗，有利于在不影响中心区域331的对应的能量密度的前提下提升边缘区域333相较于中心区域331对锂离子的液相传输能力，从而有利于提升边缘区域333相较于中心区域331的嵌锂能力，降低负极极片30的边缘区域333的析锂风险，进而有利于提升电化学装置100的安全性和循环稳定性。具体的，边缘区域333的离子阻抗与中心区域331的离子阻抗的比值为1:1.1至1:2，而边缘区域333的离子阻抗为30Ohm至54.5Ohm，有利于在保障电化学装置100的动力学性能的同时保障电化学装置100的整体能量密度，以实现在保障电化学装置100较高的能量密度的前提下提升动力学性能，进而提升电化学装置100的整体性能。在一些实施方式中，边缘区域333的离子阻抗与中心区域331的离子阻抗的比值可选自1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。边缘区域333的离子阻抗可选自为30Ohm、35Ohm、40Ohm、50Ohm、54.5Ohm或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。在一些实施方式中，边缘区域333的离子阻抗和中心区域331的离子阻抗的比值为1:1.2至1:2。
在一些实施方式中，边缘区域333的迂曲度可小于中心区域331的迂曲度，在保障中心区域331对应的能量密度的同时，通过降低边缘区域333的迂曲度以降低锂离子在边缘区域333的液相传输阻碍，从而有利于提升边缘区域333嵌锂能力，进而有利于降低边缘区域333析锂带来的风险，提升电化学装置整体的安全性和循环稳定性。具体的，边缘区域333的迂曲度与中心区域331的迂曲度的比值可为1:1.05至1:3。在一些实施方式中，边缘区域333的迂曲度可为1.04至3。边缘区域333上述特定范围的迂曲度能够有利于保障边缘区域333的嵌锂能力，而边缘区域333与中心区域331之间迂曲度的特定的比值范围则有利于在保障电化学装置100整体能量密度的前提下提升边缘区域333嵌锂能力。在一些实施方式中，边缘区域333的迂曲度与中心区域331的迂曲度的比值可选自1:1.05、1:1.1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。边缘区域333的迂曲度可选自1.04、1.08、1.1、1.5、1.8、2、2.3、2.5、2.7、3或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。
边缘区域333包括第一负极活性物质，中心区域331包括第二负极活性物质。在一些实施方式中，第一负极活性物质的OI值可为6至15，例如可选自6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。OI值表征的是极片的活性物质颗粒沿着极片的集流体的排列方向，指的是平行于极片的集流体方向与垂直于极片的集流体方向的比值。负极极片中，OI值越小，锂离子越容易嵌入。通过设计第一负极活性物质具有特定范围的OI值，以保障边缘区域333的嵌锂能力，从而便于降低析锂带来的风险。
第二负极活性物质的OI值可大于第一负极活性物质的OI值。在一些实施方式中，第二负极活性物质的OI值与第一负极活性物质的OI值的差值可为1至5，例如可选自1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。第二负极活性物质与第一负极活性物质之间OI值的差异化设计，有利于在保障电化学装置100整体的容量的同时保障电化学装置100整体的能量密度，进而有利于提升电化学装置100的整体性能。
第一负极活性物质呈颗粒状，且可为核壳结构。具体的，第一负极活性物质包括第一核体以及包覆第一核体的第一壳体。其中，第一核体可包括但不仅限于石墨，第一壳体可包括但不仅限于无定形碳。石墨可选自人造石墨、天然石墨、改性石墨中的一种或几种。第一壳体在第一负极活性物质中的含量可为0.5wt％至20wt％，以便于使得第一负极活性物质具有特定范围的OI值，以保障边缘区域333的嵌锂能力，从而便于降低析锂带来的风险。在一些实施方式中，第一壳体在第一负极活性物质中的含量可选自0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、18wt％、20wt％或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。
第二负极活性物质呈颗粒状，且可为核壳结构。具体的，第二负极活性物质包括第二核体以及包覆第核体的第二壳体。其中，第二核体可包括但不仅限于石墨，第二壳体可包括但不仅限于无定形碳。石墨可选自人造石墨、天然石墨、改性石墨中的一种或几种。第一壳体在第一负极活性物质中的含量可大于第二壳体在第二负极活性物质中的含量。在一些实施方式中，第一壳体在第一负极活性物质中的含量与第二壳体在第二负极活性物质中的含量的比值可为1.1:1至3:1，例如，可选自1.1:1、1.25:1、1.5:1、1.75:1、2:1、2.3:1、2.5:1、2.7:1、3:1或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。上述第二负极活性物质与第一负极活性物质之间壳体含量的差异化设计，有利于在保障电化学装置100整体的容量的同时保障电化学装置100整体的能量密度，进而有利于提升电化学装置100的整体性能。
边缘区域333包括第一粘结剂，用以粘结第一负极活性物质颗粒从而便于形成膜层。中心区域331包括第二粘结剂，用以粘结第二负极活性物质颗粒从而便于形成膜层。同时，第一粘结剂和第二粘结剂还能够提高负极活性层33与负极集流体31之间的结合力。在一些实施方式中，第一粘结剂和第二粘结剂可分别包括但不仅限于聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、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(SBR)、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等中的一种或者几种。
请结合参阅图2和图4，隔离膜50可包括第一区域50a和环绕连接第一区域50a的外周缘设置的第二区域50b，其中，第二区域50b与负极极片30的边缘区域333在厚度方向X上层叠，并且在垂直于厚度方向X的任意一方向上，第二区域50b超出边缘区域333。也就是说，第二区域50b还与负极极片30的中心区域331的一部分或者过渡区域335的至少部分在厚度方向X上层叠。在一些实施方式中，所述隔离膜50的第一区域50a的宽度可为5毫米至13毫米。
如图2所示，当电极组件A包括多个正极极片10和多个负极极片30时，任意相邻的正极极片10和负极极片30之间的隔离膜50独立设计。
在一些实施方式中，第二区域50b的离子电导率小于第一区域50a的离子电导率，有利于在保障隔离膜50整体的离子电导率的前提下降低第二区域50b相较于第一区域50a的对锂离子的迁移能力即降低正极极片10扩散到负极极片30的边缘区域333的锂离子的数量，从而有利于降低负极极片30的边缘区域333析锂带来的风险，进而有利于在保障电化学装置100的容量的前提下提升电化学装置100的安全性和循环稳定性。
具体的，第二区域50b的离子电导率可为0.1mS/cm至0.4mS/cm，例如0.1mS/cm、0.15mS/cm、0.2mS/cm、0.25mS/cm、0.3mS/cm、0.35mS/cm、0.4mS/cm或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。第二区域50b的离子电导率与第一区域50a的离子电导率的比值可为1:5至1:1.2，例如1:5、1:4.5、1:4、1:3.5、1:3、1:2.5、1:2、1:1.5、1:1.2或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。具有上述特定范围离子电导率的第二区域50b以及离子电导率与第二区域50b的离子电导率具有特定比值范围的第一区域50a，能够使得隔离膜50整体具有较高的离子电导率的同时降低边缘区域333析锂带来的风险，从而有利于使得电化学装置100具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置100的整体性能。
在一些实施方式中，基于与隔离膜50的第二区域50b对应的负极极片30的边缘区域333容易出现析锂现象，隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿强度可大于隔离膜50的第一区域50a的抗刺穿强度，有利于在控制成本以及保障隔离膜50整体的电导率的前提下避免析锂形成的锂枝晶刺穿隔离膜50对应负极极片30的边缘区域333的第二区域50b，从而有利于提升电化学装置100整体的安全性和循环稳定性。具体的，隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿强度与隔离膜50的第一区域50a的抗刺穿强度的比值可为1.2:1至3:1。在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿强度可为0.03kgf至0.1kgf。具有上述范围抗刺穿强度的隔离膜50的第二区域50b，以及抗刺穿强度与隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿强度具有特定比值范围的隔离膜的第一区域50a，能够有利于使得隔离膜50整体具有较高的离子电导率的同时降低边缘区域333析锂带来的风险，从而有利于使得电化学装置100具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置100的整体性能。
在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的热收缩比例可为3％至16.4％，例如可为3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、13％、16.4％或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。上述具有特定热收缩比例的隔离膜50的第二区域50b，有利于提升隔离膜50对应与负极极片30的边缘区域333的第二区域50b在高温下的抗收缩能力，从而有利于提升电化学装置100的循环稳定性。在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的热收缩比例可小于隔离膜50的第一区域50a的热收缩比例。隔离膜50的第二区域50b的热收缩比例与隔离膜50的第一区域50a的热收缩比例的差异化设计有利于同时保障第一区域50a的电导率以利于保障电化学装置100的容量。具体的，隔离膜50的第二区域50b的热收缩比例与隔离膜50的第一区域50a的热收缩比例的比值可为1:1.1至1:5，有利于使得电化学装置100具有较高的容量的同时具有较好的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置100的整体性能。在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的热收缩比例与隔离膜50的第一区域50a的热收缩比例的比值可选自1:1.1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。
在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的电解液浸润性可为50mm/min至90mm/min，例如50mm/min、55mm/min、60mm/min、65mm/min、70mm/min、75mm/min、80mm/min、85mm/min、90mm/min或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。在一些实施方式中，隔离膜50的第二区域50b的电解液浸润性可大于隔离膜50的第一区域50a的电解液浸润性。具体的，隔离膜50的第二区域50b的电解液浸润性与隔离膜50的第一区域50a的电解液浸润性的差值可为5mm/min至20mm/min，例如可为5mm/min、7mm/min、10mm/min、13mm/min、15mm/min、18mm/min、20mm/min或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。上述特定的范围的隔离膜50的第二区域50b的电解液浸润性，有利于提升隔离膜50的第二区域50b与对应的负极极片30的边缘区域333之间的保液能力，从而有利于避免负极极片30因电解液不足而出现的析锂风险，进而有利于提升电化学装置100的安全性和循环稳定性。
在一些实施方式中，请结合参阅图5，隔离膜50可包括基材层51、第一涂层53a和第二涂层53b，第一涂层53a和第二涂层53b均设于基材层51在厚度方向X上的相背两侧。
基材层51可为但不仅限于多孔结构的无纺布、膜或复合膜，其材质可包括但不仅限于聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。聚乙烯可包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。其中聚乙烯和聚丙烯，对改善短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电化学装置100的稳定性。
隔离膜50的第一区域50a包括第一涂层53a和基材层51对应第一涂层53a的部分，隔离膜50的第二区域50b包括第二涂层53b和基材层51对应第二涂层53b的部分。第一涂层53a可包括第一粘接剂和分散于第一粘接剂中的第一陶瓷颗粒，第二涂层53b可包括第二粘接剂和分散于第二粘接剂中的第二陶瓷颗粒。陶瓷(第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒)具有优良的耐高温性、耐热收缩性能和穿刺强度，有利于提升隔离膜50的高温稳定性，同时还有利于增加隔离膜50的抗刺穿能力以降低隔离膜50被因析锂形成锂枝晶刺穿的风险，进而有利于提高电化学装置100的高温稳定性、安全性能以及循环稳定性。在一些实施方式中，第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒可包括但不仅限于氧化铝，例如可选自但不仅限于纯氧化铝颗粒、勃姆石颗粒等。
第二陶瓷颗粒的长径比可大于第一陶瓷颗粒的长径比。长径比越大即越扁平化的陶瓷颗粒的形成的膜层的抗刺穿能力和抗热收缩能力越强，而锂离子通过的路径则越曲折即不利于锂离子的快速传输。因此，通过设计隔离膜50的第二区域50b采用相较于隔离膜50的第一区域50a中的第一陶瓷颗粒更扁平化的第二陶瓷颗粒，有利于在保障隔离膜50的第一区域50a对锂离子的传输能力的前提下提升隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿能力和抗热收缩能力，进而有利于提升电化学装置100整体的安全性和循环稳定性。具体的，第二陶瓷颗粒的长径比与第一陶瓷颗粒的长径比的比值可为1.1:1至5:1，例如1.1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1或前述任意相邻两个比值之间的任意具体比值。在一些实施方式中，第二陶瓷颗粒的长径比可为5至50，例如可为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。上述具有特定范围长径比的第二陶瓷颗粒以及长径比与第二陶瓷颗粒的长径比具有特定比值范围的第一陶瓷颗粒，有利于在保障隔离膜50整体对锂离子的传输不至于过低的前提下提升隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿能力和抗热收缩能力，从而有利于在保障电化学装置100整体容量的同时提升电化学装置100整体的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置100的整体性能。
在一些实施方式中，第二陶瓷颗粒在第二涂层53b中含量可为70wt％至95wt％，例如70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。隔离膜50的第二区域50b具有较高含量的第二陶瓷颗粒，有利于提升隔离膜50的第二区域50b的抗刺穿能力和抗热收缩能力，进而有利于提升电化学装置100整体的安全性和循环稳定性。第二陶瓷颗粒在第二涂层53b中含量可大于第一陶瓷颗粒在第一涂层53a中的含量。具体的，第二陶瓷颗粒在第二涂层53b中含量与第一陶瓷颗粒在第一涂层53a中的含量的差值可为0.5％至20％，例如0.5wt％、3wt％、5wt％、8wt％、10wt％、15wt％、17wt％、20wt％或前述任意相邻两个数值之间的任意具体数值。第二涂层53b和第一涂层53a中陶瓷颗粒含量的差异化设计有利于在保障隔离膜50整体的抗刺穿能力和抗热收缩能力的同时还有利于保障隔离膜50整体对锂离子的传输，从而有利于在保障电化学装置100的容量的同时提升电化学装置100整体的安全性和循环稳定性，进而提升电化学装置100的整体性能。
第一粘接剂和第二粘接剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。
如图6所示，在一些实施方式中，当电极组件A包括多个正极极片10和多个负极极片30时，电极组件A可包括一个隔离膜50大致呈蛇形依次绕设于正极极片10的两侧以及/或者负极极片30的两侧。具体的，隔离膜50可包括多个第一区域50a以及多个第二区域50b，每个第二区域50b对应环绕连接一个第一区域50a形成一个层叠区50c。每个层叠区50c位于相邻的正极极片10和负极极片30之间。隔离膜50还可进一步地包括至少一个连接区50d，每个连接区50d连接两个相邻的层叠区50c。
电解液60的状态可以是凝胶态、固态和液态中的一种或多种。液态电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四苯硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(SO2CF3)2、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(SO2CF3)3)、二草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的一种或多种。例如，锂盐选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、腈化合物、其它有机溶剂或它们的组合。碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。
请参阅图7，上述电化学装置100可应用于电子装置200。电子装置200还包括本体201，电化学装置100与本体201电连接用于对本体201进行供电。电子装置200可包括但不仅限于笔记本电脑、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。
下面通过对比例和实施例对本申请进行具体说明。可以理解的，本申请中各参数不仅限于对比例及实施例中记载的内容，具体可根据实际需要进行选择。
实施例1
负极极片的制备：
将负极活性物质石墨(无定形碳的包覆量为2.5wt％、OI值为12)、粘结剂SBR、粘结剂CMC按照质量比97.4:1.4:1.2的比例加入去离子水中混合分散制备第一负极浆料(固含量为48％)，并将第一负极浆料通过挤压涂布于6微米的铜集流体上，烘干形成第一电极片，第一负极浆料对应形成第一活性层(对应中心区域)。
将负极活性物质石墨(无定形碳的包覆量为5wt％、OI值为9)、粘结剂SBR、粘结剂CMC按照质量比97.4:1.4:1.2的比例加入去离子水中混合分散制备第二负极浆料(固含量为48％)，并通过凹版在第一电极片的第一活性层的外周缘向外涂布第二负极浆料，烘干后形成第二电极片，第二负极浆料对应固化形成第二活性层(对应边缘区域)。
在20t的压力以及20m/min的速度下冷压形成冷压负极(边缘区域的迂曲度为2，离子阻抗为30Ohm；中心区域的迂曲度为4，离子阻抗为60Ohm)，并模切形成负极极片。负极极片中过渡区域的宽度W过渡为0.2mm，边缘区域的宽度W边为4.0mm，中心区域的厚度比边缘区域的厚度大0.5微米即△Tk为0.5微米，且边缘区域的厚度Tk边为120微米。负极极片的尺寸大致为72mm*82mm。
正极极片的制备：
将正极活性材料钴酸锂、粘结剂PVDF、导电剂SP、导电剂CNT和导电剂VGCF(即气相生长碳纤维)按照质量比97.0:1.5:0.43:0.86:0.21的比例加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合分散制备正极浆料(固含量为75％)，并将正极浆料通过挤压涂布于厚度为9微米的铝箔集流体上，烘干形成电极片，其中，正极浆料对应形成正极活性层。
在80t的压力以及20m/min的速度下冷压形成冷压电极片，并模切形成正极极片。其中，正极活性层的厚度为100微米。正极极片的尺寸大致为70mm*80mm。
隔离膜的制备：
将陶瓷勃姆石(长径比为3.3)、粘接剂聚丙烯酸树脂(PAA)按照质量比80:20混合分散形成第一涂覆浆料，将上述第一涂覆浆料通过凹版涂布于作为基材层的PE膜(厚度为5微米)上并烘干，所述第一涂覆浆料对应固化形成第一涂层。所述第一涂层的厚度为2微米。
将陶瓷勃姆石(长径比为10)、粘接剂PAA按照质量比90:10混合分散形成第二涂覆浆料，将上述第二涂覆浆料通过凹版绕第一涂覆层的外周缘向外涂布于PE膜上并且涂布宽度为7mm，烘干获得隔离膜。其中，所述第二涂覆浆料对应固化形成第二涂层。所述第二涂层的厚度为2微米。所述隔离膜中与第一涂层对应的第一区域的离子电导率0.75mS/cm，抗刺穿强度0.04kgf，热收缩比为18％，EL浸润性为60mm/min。所述隔离膜中与第二涂层对应的第二区域的离子电导率0.25mS/cm，抗刺穿强度0.06kgf，热收缩比为6％，EL浸润性为70mm/min。
锂离子电池的制备：
将上述正极极片、隔离膜以及上述负极极片依次交替层叠形成叠片式电极组件，焊接极耳后置于电池壳并注入电解液(1M LiPF6 in EC:DEC:EMC:已二腈＝32.83:32.83:32.83:1.51)后封装并化成后形成锂离子电池即电化学装置。
对比例1
对比例1相较于实施例1的区域在于1)负极极片的制备以及2)隔离膜的制备
1)负极极片的制备：将负极活性物质石墨(无定形碳的包覆量为2.5wt％、OI值为12)、粘结剂SBR、粘结剂CMC按照质量比97.4:1.4:1.2的比例加入去离子水中混合分散制备负极浆料(固含量为48％)，并将负极浆料通过挤压涂布于6微米的铜集流体上，烘干形成负极活性层，而后在20t的压力以及20m/min的速度下冷压形成冷压负极(负极活性层各区域的迂曲度为4，离子阻抗为60Ohm)，并模切形成负极极片。负极活性层的厚度为120微米。
2)隔离膜的制备：将陶瓷勃姆石(长径比为10)、粘接剂聚丙烯酸树脂(PAA)按照质量比80:20混合分散形成涂覆浆料，将上述涂覆浆料通过凹版涂布于作为基材层的PE膜(厚度为5微米)上并烘干制得隔离膜，其中，所述涂覆浆料对应形成涂层。所述涂层的厚度为2微米。所述隔离膜的离子电导率0.75mS/cm，抗刺穿强度0.04kgf，热收缩比为18％，EL浸润性为60mm/min。
按上述实施例的步骤以及下述表1-4和6-10制备与实施例1-18对应的叠片式的锂离子电池，并按上述对比例1的步骤以及上述表1制备与对比例2对应的叠片式的锂离子电池，实施例1-18以及对比例1-2对应的锂离子电池除表中参数外的其他参数都相同。
分别对上述各实施例和各对比例进行如下性能测试：25℃析锂窗口、25℃capacity retention(即容量保持率)@500cls以及45℃capacity retention@500cls。其中，测试结果记载于表1-2和表5-10中。各性能测试的方法具体如下所述。
25℃析锂窗口：锂离子电池在25℃下n C(目标倍率)恒流充电至截止电压，然后在截止电压下恒压充电直至电流＜0.05C，静置5min后02C DC放电至截止电压。按照前述充放电流程进行循环10次。再n C(目标倍率)恒流充电至截止电压，然后在截止电压下恒压充电直至电流＜0.05C，静置5min后拆解电芯，观察阳极表面是否有析锂。最大无析锂的倍率nmaxC即为析锂窗口。
25℃capacity retention@500cls：锂离子电池在25℃下0.2C恒流充电至截止电压，然后在截止电压下恒压充电直至电流＜0.05C，静置5min后02C DC放电至截止电压。按照前述充放电流程进行循环，第500次循环02C DC容量与第1次循环02C DC容量的比值即为25℃capacity retention@500cls。测试得到的比值越大，表示锂离子电池的循环性能越好。
45℃capacity retention@500cls：锂离子电池在45℃下0.2C恒流充电至截止电压，然后在截止电压下恒压充电直至电流＜0.05C，静置5min后02C DC放电至截止电压。按照前述充放电流程进行循环，第500次循环02C DC容量与第1次循环02C DC容量的比值即为45℃capacity retention@500cls。测试得到的比值越大，表示锂离子电池的循环性能越好。
表1
表2
表3
表4
表5
| 25℃析锂窗口(C) | 25℃capacity retention@500cls | 45℃capacity retention@500cls | |
| 实施例1 | 1.5 | 90％ | 85％ |
| 实施例9 | 1.0 | 83％ | 78％ |
| 实施例10 | 1.8 | 93％ | 88％ |
| 对比例1 | 0.5 | 67％ | 64％ |
表6
表7
表8
表9
表10
由表1的数据可知，通过差异化设计负极极片30的边缘区域333和中心区域331，能够改善锂离子电池的析锂情况，降低析锂带来的风险，同时能够提升锂离子电池的容量保持率，进而提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。由表2的数据可知，负极极片30的边缘区域333的宽度越宽，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。由表3至表7的数据可知，通过差异化设计隔离膜50的第一区域50a和第二区域50b，能够改善锂离子电池的析锂情况，降低析锂带来的风险，同时能够提升锂离子电池的容量保持率，进而提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。其中，由表6的数据可知，隔离膜50的第二区域50b中的陶瓷颗粒的长径比与第一区域50a的陶瓷颗粒的长径比的比值越大，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。而由表7的数据可知，隔离膜50的第二区域50b与第一区域50a中的陶瓷颗粒的含量的差值越大，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。由表8的数据可知，负极极片30的边缘区域333和中心区域331之间的迂曲度的比值越小，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。由表9的数据可知，负极极片30的中心区域331和边缘区域333之间的负极活性物质的OI值的差值越大，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。由表10的数据可知，负极极片30中的中心区域331和边缘区域333之间的负极活性物质的包覆量的比值越大，越有利于降低锂离子电池的析锂风险，并且越有利于提升锂离子电池的容量保持率，进而越有利于提升锂离子电池的安全性和循环稳定性。
另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本申请的保护范围。
Claims (15)
1.一种电化学装置，包括正极极片、负极极片和隔离膜，所述隔离膜位于所述正极极片和所述负极极片之间，所述负极极片包括负极集流体和负极活性层，其中，所述负极活性层包括中心区域和环绕所述中心区域外周缘设置的边缘区域，所述边缘区域的离子阻抗为30Ohm至54.5Ohm，且所述边缘区域的离子阻抗和所述中心区域的离子阻抗的比值为1:1.1～1:2。
2.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述边缘区域的离子阻抗和所述中心区域的离子阻抗的比值为1:1.2至1:2。
3.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述隔离膜包括第一区域和环绕连接所述第一区域的外周缘设置的第二区域，所述第二区域与所述边缘区域在第一方向上层叠，且在垂直于所述第一方向的任一方向上，所述第二区域超出所述边缘区域；所述第二区域的离子电导率为0.1mS/cm至0.4mS/cm，且所述第二区域的离子电导率与所述第一区域的离子电导率的比值为1:5至1:1.2。
4.如权利要求3所述的电化学装置，其中，所述隔离膜的所述第二区域的抗刺穿强度为0.03kgf至0.1kgf，且所述隔离膜的所述第二区域的抗刺穿强度与所述隔离膜的所述第一区域的抗刺穿强度的比值为1.2:1至3:1。
5.如权利要求3所述的电化学装置，其中，在150摄氏度下保温1小时，所述隔离膜的所述第二区域的热收缩比例为3％至16.4％，且所述隔离膜的所述第二区域的热收缩比例与所述隔离膜的所述第一区域的热收缩比例的比值为1:1.1至1:5。
6.如权利要求3所述的电化学装置，其中，所述隔离膜的所述第二区域的电解液浸润性为50mm/min至90mm/min，所述隔离膜的所述第二区域的电解液浸润性大于所述隔离膜的所述第一区域的电解液浸润性，且差值为5mm/min至20mm/min。
7.如权利要求3所述的电化学装置，其中，所述隔离膜包括基材层、第一涂层和第二涂层，所述第一涂层和所述第二涂层均设于所述基材层在所述第一方向上的相背两侧，所述隔离膜的所述第一区域包括所述第一涂层和所述基材层对应所述第一涂层的部分，所述隔离膜的所述第二区域包括所述第二涂层和所述基材层对应所述第二涂层的部分；所述第一涂层包括第一粘接剂和分散于所述第一粘接剂中的第一陶瓷颗粒，所述第二涂层包括第二粘接剂和分散于所述第二粘接剂中的第二陶瓷颗粒。
8.如权利要求7所述的电化学装置，其中，所述第二陶瓷颗粒的长径比为5至50，所述第二陶瓷颗粒的长径比与所述第一陶瓷颗粒的长径比的比值为1.1:1至5:1。
9.如权利要求7所述的电化学装置，其中，所述第二陶瓷颗粒在所述第二涂层中的含量为70wt％至95wt％，所述第二陶瓷颗粒在所述第二涂层中含量大于所述第一陶瓷颗粒在所述第一涂层中的含量，且差值为0.5％至20％。
10.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述边缘区域的迂曲度为1.04至3，所述边缘区域的迂曲度与所述中心区域的迂曲度的比值为1:1.05至1:3。
11.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述边缘区域包括第一负极活性物质，所述中心区域包括第二负极活性物质，所述第一负极活性物质的OI值为6至15，所述第二负极活性物质的OI值大于所述第一负极活性物质的OI值，且差值为1至5。
12.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述边缘区域包括第一负极活性物质，所述中心区域包括第二负极活性物质，所述第一负极活性物质为核壳结构，包括第一核体以及包覆所述第一核体的第一壳体，所述第一壳体在所述第一负极活性物质中的含量为0.5wt％至20wt％，所述第二负极活性物质为核壳结构，包括第二核体以及包覆所述第二核体的第二壳体，所述第一壳体在所述第一负极活性物质中的含量与所述第二壳体在所述第二负极活性物质中的含量的比值为1.1:1至3:1。
13.如权利要求3所述的电化学装置，其中，所述隔离膜的所述第二区域的宽度为5毫米至13毫米，所述正极活性层的所述边缘区域的宽度为4毫米至12毫米。
14.如权利要求3至7中任意一项所述的电化学装置，其中，所述隔离膜包括多个所述第一区域以及多个所述第二区域，每个所述第二区域对应环绕连接一个所述第一区域形成一个层叠区，在所述第一方向上，每个所述层叠区位于相邻的所述正极极片和所述负极极片之间，所述隔离膜还包括至少一个连接区，每个所述连接区连接两个相邻的所述层叠区。
15.一种电子装置，包括本体，其中，所述电子装置还包括如权利要求1至14中任意一项所述的电化学装置，所述电化学装置与所述本体电连接用于对所述本体进行供电。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2023116333 | 2023-08-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118043989A true CN118043989A (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=91004563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202380012926.XA Pending CN118043989A (zh) | 2023-08-31 | 2023-08-31 | 电化学装置和应用所述电化学装置的电子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118043989A (zh) |
-
2023
- 2023-08-31 CN CN202380012926.XA patent/CN118043989A/zh active Pending
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