CN118056327A - 电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置 - Google Patents

电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置 Download PDF

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CN118056327A CN202280067744.8A CN202280067744A CN118056327A CN 118056327 A CN118056327 A CN 118056327A CN 202280067744 A CN202280067744 A CN 202280067744A CN 118056327 A CN118056327 A CN 118056327A
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Abstract

一种电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置。电极组件(100)包括：正极片(110)、负极片(120)和隔膜(130)，隔膜(130)设于正极片(110)和负极片(120)之间，隔膜(130)和负极片(120)之间设置有介电层(140)，介电层(140)设置在隔膜(130)上，介电层(140)的厚度范围为0.1μm～5μm。通过设置介电层，可将负极片表面电位提高至金属阳离子成核需要的过电位以上，同时削弱局部大电流，提前均匀化负极片表面电流密度，显著改善负极片金属阳离子析出的问题，并有效改善电化学装置的循环性能。

Description

电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置 技术领域
本申请涉及电化学技术领域，尤其涉及一种电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置。
背景技术
电化学装置例如锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在电子领域具有广泛的应用。随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高。
其中，电化学装置的快充性能越来越受用户欢迎，电化学装置的负极片作为提升快充性能的主要技术点之一，在电化学装置的充放电倍率性能方面发挥着重要的作用。以锂离子电池为例，在快速充电过程中，大量锂离子从正极片快速脱出，经过电解液传质通过隔膜，并嵌入负极片的材料中，但当电化学装置设计存在缺陷、电化学装置结构变化等异常情况发生时，来自正极片的锂离子可能无法快速嵌入负极片的材料中，锂离子在负极片表面析出，导致严重的容量损失，甚至造成短路的风险。
发明内容
本申请提供一种电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置，能够改善电化学装置的析金属阳离子和提升电化学装置的循环性能。
第一方面，本申请提供一种电极组件，电极组件包括正极片、负极片和隔膜，所述隔膜设于所述正极片和所述负极片之间，所述隔膜和所述负极片之间设置有介电层，所述介电层设置在所述隔膜上，所述介电层的厚度范围为0.1μm～5μm。
在一些示例性的实施例中，所述介电材料在25℃下的矫顽场强度的取值范围为：0KV/mm＜Ec≤100KV/mm。
在一些示例性的实施例中，所述介电层包括介电材料，其中，所述介电层内具有内建电场，且所述内建电场的电场方向由所述负极片指向所述正极片。
在一些示例性的实施例中，所述介电材料包括介电聚合物材料或介电无机材料中的至少一种。
在一些示例性的实施例中，所述介电聚合物材料包括式Ⅰ所示单体所形成的介电共聚物、具有式Ⅱ所示结构单元的奇数尼龙系介电聚合物以及非晶态介电聚合物中的任一种；
在式Ⅰ中，R 1、R 2、R 3和R 4各自独立地选自H、F中的任一种，且R 1、R 2、R 3和R 4中至少有一个为F；
在式Ⅱ中，x为偶数，n为任意正整数；
所述非晶态介电聚合物是由式Ⅲ-1所示化合物、式Ⅲ-2所示化合物以及C 2～C 5烯烃中的任一种，与亚乙烯基二氰形成的共聚物；
式Ⅲ-1中，R 5选自C 1～C 5烷基、C 6～C 8芳基中的任一种；
式Ⅲ-2中，R 6、R 7各自独立地选自H、C 1～C 3烷基中的任一种。
在一些示例性的实施例中，所述介电无机材料包括介电陶瓷、介电单晶材料、介电金属氧化物、介电氮化物、介电碳化物以及介电金属间化合物中的至少一种。
第二方面，本申请提供一种制备本申请第一方面所述的电极组件的制备方法，包括：
将介电材料先涂覆在隔膜或者负极片的表面，然后再进行极化处理，即得到所述介电层；或，
将介电材料先进行极化处理，然后将经过极化处理的介电材料贴附在隔膜或者负极片的表面，即得到所述介电层；
其中，所述介电层内具有内建电场，且所述内建电场的电场方向由所述负极片指向所述正极片。
在一些示例性的实施例中，将所述介电材料进行极化处理的方法包括：将所述介电材料置于平行电场中进行极化处理，所述平行电场的场强为所述介电材料在25℃下的矫顽场强度的0.1倍至6倍。
第三方面，本申请提供一种电化学装置，包括外包装，以及如上所述的电极组件或通过本申请第二方面所述的方法制备的电极组件，电极组件安装于外包装的内部空间。
第四方面，本申请提供一种电子装置，包括如上所述的电化学装置。
基于本申请实施例的一种电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置，通过设置电极组件包括位于隔膜和负极片之间的介电层，介电层的厚度范围为0.1μm～5μm，通过设置介电层，一方面，可将负极片表面电位提高至金属阳离子形核过电位之上，改善负极片金属阳离子析出，另一方面，当金属阳离子到达介电层表面，介电层内部的内建电场对局部集中出现的金属阳离子流进行负反馈，削弱局部出现的大电流，提前均匀化负极片表面电流密度，抑制金属阳离子局部析出，在两方面的共同作用下，可以显著改善负极片金属阳离子析出问题，并有效提升电化学装置的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种实施的电极组件的正极片与负极片层叠设置的剖视图；
图2为本申请一种实施的电化学装置的局部剖视图；
图3为本申请一种实施的介电层设于隔膜表面的剖视图；
图4为本申请一种实施的介电层设于隔膜表面和负极片表面的剖视图；
图5为本申请一种实施的介电层设于负极片表面的剖视图；
图6为本申请一种实施的介电层全部覆盖负极片的剖视图；
图7为本申请另一种实施的介电层全部覆盖负极片的剖视图；
图8为本申请一种实施的电极组件的正极片与负极片绕卷设置的剖视图；
图9为本申请一种实施的介电层内内建电场方向示意图。
附图标记：
100、电极组件；
110、正极片；111、正极集流体；112、正极活性材料；
120、负极片；121、负极集流体；122、负极活性材料；
130、隔膜；
140、介电层；
200、电化学装置；
210、外包装；210a、内部空间。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
发明人发现，电化学装置中，负极片金属阳离子析出问题常见的表观原因有以下几大类：a.负极片尺寸设计不当，导致金属阳离子嵌入位点不足；b.金属阳离子嵌入路径异常，如循环过程中电极组件变形，正极片、负极片界面破坏造成金属阳离子析出；c.主材异常，如负极片的负极活性材料压实密度过高，负极片表面孔结构破坏造成金属阳离子析出；d.电极组件中特定位置金属阳离子析出，如拐角处由于应力场情况复杂导致金属阳离子析出。究其根本，负极片金属阳离子析出问题根源于金属阳离子在嵌入时动力学不足，引起负极片的电位降低。基于此，本申请提供了一种电极组件及其制备方法、电化学装置及电子装置。
需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池，如图1所示，为本申请一种实施例的电极组件100的结构示意图，电极组件100用于安装于电化学装置内，电极组件100包括正极片110、负极片120和隔膜130，隔膜130设于正极片110和负极片120之间，以将正极片110与负极片120间隔开来，隔膜130具有离子绝缘性，防止正极片110与负极片120接触后短接。
电极组件100还包括设于隔膜130和负极片120之间的介电层140。介电层140的数量为至少一层，如图3至图5所示，介电层140可连接于隔膜130和负极片120中至少一个的表面。例如，可设置介电层140位于负极片120表面，并与隔膜130贴合或间隔设置；或者，设置介电层140位于隔膜130朝向负极片120的表面，并与负极片120贴合或间隔设置。
介电层140包括介电材料，其中，介电层140内具有内建电场，且内建电场的电场方向由负极片120指向正极片110，使介电层140正电荷端朝向负极片120，将负极片120表面电位提高至金属阳离子形核过电位以上，进而改善负极片120全局析金属阳离子性能。当金属阳离子到达介电层140表面，介电层140内部的内建电场对局域出现的集中金属阳离子流进行负反馈，削弱局部出现的大电流，提前均匀化负极片120表面电流密度，抑制局部析金属阳离子。图3至图5中，介电层140内箭头所指方向即为内建电场方向。
在一些示例性的实施例中，介电材料在25℃下的矫顽场强度的取值范围为：0KV/mm＜ Ec≤100KV/mm，通过选择具有介电效应且满足上述矫顽场强度范围的介电材料，将介电材料进行极化处理后，可使介电层140内形成能够均匀负极片120表面电流的内建电场。
在一些示例性的实施例中，介电层140的厚度范围为0.1μm～5μm，例如介电层140的厚度包括0.1μm、1μm、2μm、3μm或5μm等。当介电层140的厚度小于0.1μm时，介电层140厚度过薄难以在介电层140内形成有效的内建电场来均匀负极片120表面的电流，不能有效改善金属阳离子析出问题；当介电层140的厚度大于0.1μm时，介电层140厚度过厚，金属阳离子难以穿透介电层140迁移至负极片120内，同时介电层140过厚将占用较多的电化学装置200内部空间，导致电化学装置200内的非活性物质占比增大，阻抗增加，影响电化学装置的循环性能。
在一些示例性的实施例中，介电材料包括介电聚合物材料或介电无机材料中的至少一种。
介电聚合物材料包括式Ⅰ所示单体所形成的介电共聚物、具有式Ⅱ所示结构单元的奇数尼龙系介电聚合物以及非晶态介电聚合物中的任一种。
在式Ⅰ中，R 1、R 2、R 3和R 4各自独立地选自H、F中的任一种，且R 1、R 2、R 3和R 4中至少有一个为F。
其中，式Ⅰ所示单体所形成的介电共聚物可包括：聚偏氟乙烯(PVDF)及其与聚三氟乙烯或聚四氟乙烯等形成的共聚物。
在式Ⅱ中，x为偶数，n为任意正整数。
其中，式Ⅱ所示结构单元的奇数尼龙系介电聚合物可包括尼龙7等，当式Ⅱ中x为6时则表示为尼龙7。
非晶态介电聚合物是由式Ⅲ-1所示化合物、式Ⅲ-2所示化合物以及C 2～C 5烯烃中的任一种，与亚乙烯基二氰形成的共聚物；
式Ⅲ-1中，R 5选自C 1～C 5烷基、C 6～C 8芳基中的任一种。
式Ⅲ-2中，R 6、R 7各自独立地选自H、C 1～C 3烷基中的任一种。
其中，Ⅲ-1中所示化合物与亚乙烯基二氰形成的共聚物可包括：亚乙烯基二氰/醋酸乙烯共聚物(P(VDCN-VAC))、亚乙烯基二氰/苯甲酸乙烯共聚物(P(VDCN-VBz))、亚乙烯基二氰/丙酸乙烯共聚物(P(VDCN-VPr))、亚乙烯基二氰/新戊酸乙烯共聚物(P(VDCN-VPiv))。
Ⅲ-2中所示化合物与亚乙烯基二氰形成的共聚物可包括：亚乙烯基二氰/甲基丙烯酸甲酯共聚物(P(VDCN-MMA))。
C 2～C 5烯烃与亚乙烯基二氰形成的共聚物可包括可包括：亚乙烯基二氰/异丁烯共聚物(P(VDCN-IB))。
介电无机材料包括介电陶瓷、介电单晶材料、介电金属氧化物、介电氮化物、介电碳化物以及介电金属间化合物中的至少一种。
其中，介电陶瓷包括单元系、二元系、三元系压电陶瓷。单元系压电陶瓷包括钛酸钡(BaTiO 3)、钛酸铅(PbTiO 3)、铌酸锂(LiNbO 3)、钽酸锂(LiTaO 3)等；二元系压电陶瓷可以采用锆钛酸铅(PbZr xTi 1-xO 3，其中0＜x＜1)等；三元系压电陶瓷即在锆钛酸铅(PbZr xTi 1-xO 3，其中0＜x＜1)的基础上加入铌镁酸铅(PbMg xNb 1-xO 3，其中0＜x＜1)、铌锌酸铅(PbZn xNb 1-xO 3，其中0＜x＜1)、锰锑酸铅(PbMn xSb 1-xO 3，其中0＜x＜1)等，或者在锆钛酸铅(PbZr xTi 1-xO 3，其中0＜x＜1)的基础上加入稀土元素形成Pb 1-xM x(Zr yTi 1-y) 1-(x/4)O 3，其中0＜x＜1，0＜y＜1，M为稀土元素。
介电单晶材料包括由可制备陶瓷的介电物质生长成的单晶体，例如，石英单晶、锗酸铋单晶(Bi 12GeO 20)、碘酸锂单晶(LiIO 3)、正磷酸铝(AlPO 4)、硅酸镓镧(La 3Ga 5SiO 14)、钛酸钡单晶(BaTiO 3)、锆钛酸铅单晶(PbZr xTi 1-xO 3，其中0＜x＜1)等。
上述介电材料可在不定型的状态或定型的状态设于隔膜130和负极片120表面，其中，不定型的状态包括粉末状或浆料状等，定型的状态包括呈薄膜、片状等。例如，上述介电材料中的介电聚合物材料、介电陶瓷，可呈粉末状混于溶剂中设于隔膜130或负极片120表面，再经过极化处理等工艺形成介电层140；介电单晶材料、介电金属氧化物、介电氮化物、介电碳化物以及介电金属间化合物可制成薄膜，并经极化处理后形成介电层140，再层叠于隔膜130或负极片120表面。
当将介电材料加工成定型的状态形成介电层140时，可设置介电层140粘接于隔膜130或负极片120表面，或者将介电层140初步连接于隔膜130或负极片120表面后，在后续电化学装置200加工过程中，例如在电化学装置200的化成步骤中，进行施加压力作用于介电层140、热处理介电层140中的至少一种处理方式，可将介电层140固定于隔膜130或负极片120。
正极片110包括正极集流体111和正极活性材料112，正极活性材料112设于正极集流体111的至少一个表面上，负极片120包括负极集流体121和负极活性材料122，负极活性材料122设于负极集流体121的至少一个表面上。负极活性材料122形成孔隙结构，以形成金属阳离子嵌入的空间。当介电层140设于负极片120表面时，则由负极活性材料122与介电层140连接。
如图6和图7所示，在负极片120的厚度方向X，介电层140全部覆盖负极活性材料122。其中，介电层140内内建电场的电场方向与负极片120的厚度方向可平行或呈锐角设置，较佳地，垂直设置，以使介电层140可更高效地均匀负极片120表面电流密度。需要说明的是，介电层140内介电材料分子数量庞大，具有矫顽场强度的各介电材料的电偶极矩方向难以完全统一，因此，极化后的介电层140内各介电材料的电偶极矩方向可存在差异，但均为由负极片120指向正极片110，以使介电层140内形成由负极片120指向正极片110的内建电场。
其中，可通过电压表检测介电层140两侧电压，以判断介电层140内内建电场方向，例如，将电压表正表针和负表针分别与介电层140相对的两面接触，即，正表针接触介电层140朝向负极片120的表面，负表针接触介电层140朝向正极片110的表面，此时电压表示数为正值，即表示介电层140内形成由负极片120指向正极片110的内建电场。对介电层140施加70N至1000N的压力，电压表出现示数变化，优选示数范围为10mV至100mV时，获得的介电层140对阳极表面电位提升更稳定有效。
隔膜130设于正极片110和负极片120之间，其中，负极片120、隔膜130和正极片110可沿负极片120厚度方向依次层叠设置或绕卷设置，如图8和图9所示，为负极片120、隔膜130和正极片110绕卷设置的结构示意图，图9中介电层140内箭头所指方向即为内建电场方向。
本申请的正极片110没有特别限制，正极集流体111可以为本领域公知的任何正极集流体111，如铝箔、铝合金箔或复合集流体等，正极活性材料112可以为现有技术的任何正极活性材料112，正极活性材料112包括镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。
本申请的负极片120没有特别限制，负极集流体121可以为本领域公知的任何负极集流体121，如铜箔、铝箔、铝合金箔或复合集流体等，负极活性材料122可以为现有技术的任何负极活性材料122，负极活性材料122包括天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、硅、硅碳材料或硅氧化物等中的至少一种。
本申请的隔膜130没有特别限制，例如，隔膜130可包括由对本申请的电解液稳定的材料制得。隔膜130应当具有离子传导性，使离子从隔膜130穿过在正极片110和负极片120之间活动，例如隔膜130可包括聚乙烯(PE)等。
电极组件100还包括正极耳和负极耳，正极耳与正集流体电性连接，负极耳与负集流体电性连接。当电极组件100设于电化学装置200内时，正极耳和负极耳用于与外部电路电性连接，以对电化学装置200进行充放电，以及用于监测电化学装置200内部工作状态。
本申请还提供一种电极组件100的制备方法，用于制备如上所述的电极组件100。制备方法包括：
将介电材料先涂覆在隔膜130或者负极片120的表面，然后再进行极化处理，即得到表面设有介电层140的隔膜130或者负极片120。或者，将介电材料先进行极化处理，然后将经过极化处理的介电材料贴附在隔膜130或者负极片120的表面，即得到表面设有介电层140的隔膜130或者负极片120。其中，介电层140内具有内建电场，且内建电场的电场方向由负极片120指向正极片110。
介电层140内的内建电场在极化处理过程中形成，例如，可采用极化装置对介电材料进行极化处理，极化介质可以为空气，通过控制极化装置产生平行电场，介电材料置于平行电场内，平行电场作用于介电材料，并调整介电材料的电偶极矩方向，从而使介电层140内形成内建电场，可通过调整平行电场相对介电材料的方向，可调整介电层140内形成的内建电场的方向。
在一些示例性的实施例中，将介电材料置于平行电场中进行极化处理，平行电场的场强为介电材料在25℃下的矫顽场强度的0.1倍至6倍。将介电材料置于平行电场进行极化处理的时间可为30min。
请再参阅图2，本申请还提供一种电化学装置200，包括外包装210、电解液以及如上所述的电极组件100。电极组件100设于外包装210的内部空间210a，电解液填充于外包装210的内部空间210a。
本申请中的外包装210没有特别限制，可以使用本领域公知的外包装，例如可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等；也可以是软包，例如袋式软包，软包的材质可以是铝塑料，如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中的至少一种。
本申请中的电解液没有特别限制，可以使用本领域公知的任何电解液，电解液可以是凝胶态、固态和液态中的任一种。当电解液为液态电解液时，液态电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐没有特别限制，可以使用本领域公知的任何锂盐，只要能实现本申请的目的即可，例如，锂盐可以包括LiPF 6、LiBF 4、LiAsF 6、LiClO 4、LiB(C 6H 5) 4、LiCH 3SO 3、LiCF 3SO 3、LiN(SO 2CF 3) 2、LiC(SO 2CF 3) 3或LiPO 2F 2等中的至少一种。非水溶剂没有特别限定，只要能实现本申请的目的即可，例如，非水溶剂可以包括碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、腈化合物或其它有机溶剂等中的至少一种，碳酸酯化合物可以包括碳酸二乙酯(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(MEC)、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-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯等中的至少一种。
本申请还提供一种电子装置，包括如上的电化学装置200，例如，电子装置可包括笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、汽车、摩托车、助力自行车等。
以下将以电化学装置200为锂离子电池为例，结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
介电层140的制备：
(1)提供粉末状的偏氟乙烯三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)作为介电材料，粉末状的PVDF-TrFE介电材料25℃下矫顽场强度为30KV/mm，将粉末状的PVDF-TrFE介电材料分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌使PVDF-TrFE分散均匀，获得介电浆料，其中，PVDF-TrFE与NMP的重量比值为0.12，即介电浆料的固含量为12％。
(2)采用刮刀将介电浆料均匀涂覆于厚度15μm的聚乙烯(PE)隔膜130表面，置于真空干燥箱中80℃烘干，获得隔膜130表面附着有介电材料的隔膜130。其中，烘干后，附着于隔膜130表面的介电材料的厚度为1μm(也即后续获得的附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为1μm)。
(3)将表面附着有介电材料的隔膜130放置于极化装置的平行电场中进行极化，极化介质为空气，极化装置包括用于产生平行电场的正极压板和负极压板，且介电材料贴合负极压板放置，平行电场场强为10kV/mm，极化时间为30min，极化完成后，获得表面附着有介电层140的隔膜130，并裁切成(42mm×62mm)的规格待用。
正极片110的制备：
将三元正极活性材料112(LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在正极集流体111铝箔上，90℃条件下烘干，得到单面涂布的正极片110，涂布厚度为70μm，将单面涂布的正极片110裁切成(38mm×58mm)的规格待用。
负极片120的制备：
将负极活性材料122(人造石墨)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97:1.0:2.0进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为 0.8的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在负极集流体121铜箔相对的两个表面上，80℃条件下烘干，得到双面涂布的负极片120，其中，单面涂布厚度为100μm，将双面涂布的负极片120裁切成(40mm×60mm)的规格待用。
电解液的制备：
在干燥氩气气氛中，将二氧环戊烷(DOL)、二甲醚(DME)以1:1的体积比混合，混合均匀获得有机溶剂，向有机溶剂中加入锂盐LiTFSI溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1M的电解液。
锂离子电池的制备：
将上述裁切后的负极片120置于中间，负极片120厚度方向相对的两侧分别设置上述裁切后的正极片110，并在各正极片110和负极片120之间设置上述裁切后的附着有介电层140的隔膜130，且介电层140朝向负极片120，将负极片120、两层正极片110和两层附着有介电层140的隔膜130沿负极片120厚度方向层叠。用胶带将层叠后的负极片120、正极片110和隔膜130的四个角固定后，置入铝塑膜外包装210的内部空间210a，经外包装210的开口处向外包装210的内部空间210a注入电解液后，封装外包装210的开口，获得叠片锂离子电池。
实施例2
与实施例1的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化处理，平行电场场强为30kV/mm。
实施例3
与实施例1的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化处理，平行电场场强为100kV/mm。
实施例4
与实施例1的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化处理，平行电场场强为180kV/mm。
实施例5
与实施例2的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为0.1μm。
实施例6
与实施例2的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为3μm。
实施例7
与实施例2的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为5μm。
实施例8
与实施例1的区别在于：
介电层140的制备：
(1)提供粉末状的偏氟乙烯三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)作为介电材料，粉末状的PVDF-TrFE介电材料25℃下矫顽场强度为30KV/mm，将粉末状的PVDF-TrFE介电材料分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌使PVDF-TrFE分散均匀，获得介电浆料，其中，PVDF-TrFE与NMP的重量比值为0.12，即介电浆料的固含量为12％。采用刮刀将介电浆料均匀涂覆于负极片120相对的两个表面，置于真空干燥箱中80℃烘干后，附着于负极片120表面的各层介电材料的厚度为0.1μm(也即后续获得的附着于负极片120表面的介电层140的厚度为0.1μm)。
(2)将双面设有介电材料的负极片120放置于极化装置的平行电场中进行极化，将负极片120其中一侧的介电材料贴合极化装置的正极压板放置，平行电场为30kV/mm，极化时间为30min，然后翻转负极片120，将负极片120另一侧的介电材料贴合极化装置的正极压板放置，极化时间为30min，极化完成后，得到双面设有介电层140的负极片120。
锂离子电池的制备：
将上述裁切后的双面设有介电层140的负极片120置于中间，负极片120厚度方向相对的两侧分别设置裁切后的正极片110，并在各正极片110和负极片120之间设置厚度15μm的聚乙烯(PE)隔膜130，将双面设有介电层140的负极片120、两层正极片110和两层隔膜130沿负极片120厚度方向层叠。用胶带将层叠后的负极片120、正极片110和隔膜130的四个角固定后，置入铝塑膜外包装210的内部空间210a，经外包装210的开口处向外包装210的内部空间210a注入电解液后，封装外包装210的开口，获得叠片锂离子电池。
实施例9
与实施例8的区别在于：设于负极片120表面的各介电层140的厚度为1μm。
实施例10
与实施例8的区别在于：设于负极片120表面的各介电层140的厚度为3μm。
实施例11
与实施例8的区别在于：设于负极片120表面的各介电层140的厚度为5μm。
实施例12
与实施例8的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为10kV/mm。
实施例13
与实施例8的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为100kV/mm。
实施例14
与实施例8的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为180kV/mm。
对比例1
与实施例1的区别在于：未在隔膜130和负极片120之间设置介电层140。
实施例15
与实施例1的区别在于：
介电层140的制备：
(1)提供粉末状的PbTiO 3作为介电材料，粉末状的PbTiO 3介电材料25℃下矫顽场强度为1KV/mm，将粉末状的PbTiO 3介电材料分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌使PbTiO 3分散均匀，获得介电浆料，其中，PbTiO 3与NMP的重量比值为0.12，即介电浆料的固含量为12％。
(2)采用刮刀将介电浆料均匀涂覆于厚度15μm的聚乙烯(PE)隔膜130表面，置于真空干燥箱中80℃烘干，获得隔膜130表面附着有介电材料的隔膜130。其中，烘干后，附着于隔膜130表面的介电材料的厚度为1μm(也即后续获得的附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为1μm)。
(3)将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化，且介电材料贴合平行电场的负极压板放置，平行电场场强为0.1kV/mm，极化时间为30min，极化完成后，获得表面附着有介电层140的隔膜130。
实施例16
与实施例15的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为1kV/mm。
实施例17
与实施例15的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为3kV/mm。
实施例18
与实施例15的区别在于：将表面附着有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为5kV/mm。
实施例19
与实施例17的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为0.1μm。
实施例20
与实施例17的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为3μm。
实施例21
与实施例17的区别在于：附着于隔膜130表面的介电层140的厚度为5μm。
实施例22
与实施例8的区别在于：介电材料为粉末状的PbTiO 3，粉末状的PbTiO 3介电材料25℃下矫顽场强度为1KV/mm。粉末状的PbTiO 3介电材料分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌使PbTiO 3分散均匀，获得介电浆料，其中，PbTiO 3与NMP的重量比值为0.12，即介电浆料的固含量为12％。采用刮刀将介电浆料均匀涂覆于负极片120相对的两个表面，置于真空干燥箱中80℃烘干后，附着于负极片120表面的各层介电材料的厚度为0.1μm。对双面设有介电材料的负极片120进行极化处理，极化处理过程中，平行电场场强为3kV/mm。极化处理后，获得双面设有介电层140的负极片120，各介电层140的厚度为0.1μm。
实施例23
与实施例22的区别在于：附着于负极片120表面的各介电层140的厚度为1μm。
实施例24
与实施例22的区别在于：附着于负极片120表面的各介电层140的厚度为3μm。
实施例25
与实施例22的区别在于：附着于负极片120表面的各介电层140的厚度为5μm。
实施例26
与实施例22的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为0.1kV/mm。
实施例27
与实施例26的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为1kV/mm。
实施例28
与实施例22的区别在于：将双面设有介电材料的负极片120放置于平行电场中进行极化，平行电场场强为5kV/mm。
实施例29
与实施例1的区别在于：
介电改性层的制备：
(1)将摩尔比为5:3:2的PbO、ZrO 2、TiO 2置于高能行星球磨机中，加入100ml乙醇作为球磨助剂，以250r/min的转速球磨30h，得到钛锆酸铅PbZr 0.6Ti 0.4O 3粉末，将粉末状的钛锆酸铅PbZr 0.6Ti 0.4O 3作为介电材料。钛锆酸铅PbZr 0.6Ti 0.4O 3在25℃下的矫顽场强度为0.7KV/mm。
(2)将粉末状的钛锆酸铅PbZr 0.6Ti 0.4O 3分散于NMP中，通过搅拌使PbZr 0.6Ti 0.4O 3粉末 分散均匀，得到固含量为12％的介电浆料，使用刮刀将介电浆料涂覆于厚度15μm的聚乙烯(PE)隔膜130表面，置于真空干燥箱中80℃烘干后，附着于隔膜130表面的介电材料的厚度为1μm。
(3)将上述表面设有介电材料的隔膜130放置于平行电场中进行极化，介电材料贴合负极压板放置，平行电场的场强为3kV/mm，极化时间为30min，极化完成后，获得表面附着有介电层140的隔膜130，介电层140的厚度为1μm。
实施例30
与实施例8的区别在于：介电材料为薄膜状的尼龙7(分子式为-(HN-(CH 2) 7-CO-)n-，品牌：台湾化学纤维股份有限公司，牌号：NP4000)，薄膜状的尼龙7的厚度为5μm。将薄膜状的尼龙7置于极化装置的平行电场中进行极化，薄膜状的尼龙7贴合正极压板放置，平行电场场强为280kV/mm，极化时间为30min，平行电场的电场方向平行于尼龙7薄膜厚度方向，且平行电场场强保持恒定，极化完成后获得介电层140，将介电层140带正电方向贴合在负极片表面。
实施例31
与实施例8的区别在于：介电材料为氧化碲晶体单晶片(品牌：北京物科光电技术有限公司，牌号：TEO2)，氧化碲晶体单晶片厚度为5μm。将氧化碲晶体单晶片放置于极化装置的平行电场中进行极化，平行电场场强为3kV/mm，极化时间为30min，平行电场的电场方向平行于氧化碲晶体单晶片厚度方向，且平行电场场强保持恒定，极化完成后获得介电层140，将介电层140带正电方向贴合在负极片表面。
使用下述方法对各实施例和对比例中的电化学装置100和电化学装置200进行测试：
10C下循环容量保持率为80％的圈数：
在测试温度为25℃条件下，以10C恒流充电到4.3V，再恒压充电到0.05C，静置5分钟后以1C放电到2.8V，以此充放电步骤得到的容量即为锂离子电池的初始容量；接着进行以10C充电/1C放电进行循环测试，将每一个循环步骤测得的容量与初始容量做比值，比值记为容量保持率，得到容量衰减曲线。以25℃循环截至到容量保持率为80％的圈数记为电池的室温循环性能。
负极片120析锂倍率：
在测试温度为25℃条件下，以一定倍率恒流充电到4.3V，倍率不小于3C，再恒压充电到0.05C，静置5分钟后以1C放电到2.8V。以此充放电步骤得到的容量为初始容量，进行与前一步相同倍率充电/1C放电的步骤对锂离子电池进行循环测试，循环10圈后拆解电池观察负极片是否析锂，以观察到负极片析锂的倍率作为负极片析锂倍率。
上述实施例1-15、对比例1的参数设置和测试结果请见表1，上述实施例16-32、对比例1的参数设置和测试结果请见表2。
表1
(备注：表1中，隔膜阳极侧为隔膜朝向负极片的一侧)
从实施例1-14和对比例1可以看出，包括本申请所提供的设置介电层140的锂离子电池，其析锂倍率明显优于未设置介电层140的锂离子电池。通过设置锂离子电池包括位于隔膜130和负极片120之间的介电层140，介电层140的厚度范围为0.1μm～5μm，可提高负极片120表面电位，改善负极片120锂离子析出问题，同时介电层140可削弱局部锂离子聚集出现的大电流，均匀化负极片120表面电流密度，抑制锂离子局部析出，显著改善负极片120锂离子析出问题，并有效提升锂离子电池负极片120的析锂倍率和锂离子电池的循环性能。
从表1中的数据还可以看出，锂离子电池中选用同一种类的介电层140时，当介电层140设于隔膜130表面或介电层140设于负极片120表面时，均可以有效提升锂离子电池的析锂倍率，并改善电池的循环性能。当介电材料在25℃下的矫顽场强度的范围为0KV/mm至100KV/mm、平行电场的极化场强为介电材料在25℃下的矫顽场强度的0.1倍至6倍时，可进一步改善锂离子电池中负极片的锂离子析出和提升锂离子电池的循环性能。
表2
(备注：表2中，隔膜负极侧为隔膜朝向负极片的一侧)
从表2中的实施例数据可以看出，采用不同种类的介电材料制得的介电层140，介电层140的厚度范围为0.1μm～5μm，将其设置在隔膜130或是设置在负极片120表面，均可显著改善负极片金属阳离子析出问题，并有效提升锂离子电池的析锂倍率和循环性能。
从表2中的实施例数据也可以得出，介电材料的矫顽场强度在本申请范围内，当介电材料在25℃下的矫顽场强度的范围为0KV/mm至100KV/mm、平行电场的极化场强为介电材料在25℃下的矫顽场强度的0.1倍至6倍时，可进一步改善负极片析锂问题，提升锂离子电池的析锂倍率和循环性能。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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申请和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种电极组件，包括：正极片、负极片和隔膜，所述隔膜设于所述正极片和所述负极片之间，其特征在于，
    所述隔膜和所述负极片之间设置有介电层，所述介电层设置在所述隔膜上，所述介电层的厚度范围为0.1μm～5μm。
  2. 根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述介电层包括介电材料，其中，所述介电层内具有内建电场，且所述内建电场的电场方向由所述负极片指向所述正极片。
  3. 根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述介电材料在25℃下的矫顽场强度的取值范围为：0KV/mm＜Ec≤100KV/mm。
  4. 根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述介电材料包括介电聚合物材料或介电无机材料中的至少一种。
  5. 根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述介电聚合物材料包括式Ⅰ所示单体所形成的介电共聚物；
    在式Ⅰ中，R 1、R 2、R 3和R 4各自独立地选自H、F中的任一种，且R 1、R 2、R 3和R 4中至少有一个为F。
  6. 根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述介电无机材料包括介电陶瓷、介电单晶材料、介电金属氧化物、介电氮化物、介电碳化物以及介电金属间化合物中的至少一种。
  7. 一种制备根据权利要求1所述的电极组件的方法，包括：
    将介电材料先涂覆在隔膜的表面，然后进行极化处理，即得到所述介电层；或，
    将介电材料先进行极化处理，然后将经过极化处理的介电材料贴附在隔膜的表面，即得到所述介电层。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述极化处理包括：将所述介电材料置于平行电场中进行极化处理，所述平行电场的极化场强为所述介电材料在25℃下的矫顽场强度的0.1倍至6倍。
  9. 一种电化学装置，包括权利要求1-6中任一项所述的电极组件或通过权利要求7-8中任一项所述的方法制备的电极组件
  10. 一种电子装置，包括权利要求9所述的电化学装置。
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