WO2023184366A1 - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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WO2023184366A1 PCT/CN2022/084463 CN2022084463W WO2023184366A1 WO 2023184366 A1 WO2023184366 A1 WO 2023184366A1 CN 2022084463 W CN2022084463 W CN 2022084463W WO 2023184366 A1 WO2023184366 A1 WO 2023184366A1
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the electrolyte retention rate of the functional layer is 60% to 120%.
  • the functional layer has a higher electrolyte retention rate, which is beneficial to improving the cycle stability of the electrochemical device in the later period.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an electrode plate in an electrochemical device according to some embodiments of the present application, where 1—current collector; 2—active material layer; 3—functional layer.
  • Figure 2 is a distribution diagram of the ultrasonic signal feedback distribution of the electrochemical devices of Comparative Example 2 and Embodiments 1-8 when tested using a non-destructive ultrasonic intelligent diagnosis system.
  • the left picture is Comparative Example 2 and the right picture is Embodiments 1-8.
  • Ultrasonic waves are mechanical waves that rely on media to propagate. When there is no electrolyte infiltration between electrode materials, ultrasonic waves can only propagate by relying on direct contact between electrode material particles. Irregular particles cause a large amount of reflection and refraction of ultrasonic waves. The signal intensity is severely attenuated, and when the electrolyte can completely infiltrate the electrode material, the liquid environment provides a good propagation path for ultrasonic waves, and a considerable part of the ultrasonic waves will not be interfered by particles, thus ensuring the signal strength.
  • R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 10 alkyl or halogen-substituted C 1 -C 10 alkyl
  • R 3 is selected from C 1 -C 10 alkyl, halogen-substituted C 1 -C 10 alkyl.
  • R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 6 alkyl or halogen substituted C 1 -C 6 alkyl
  • R 3 is selected from C 1 -C 6 alkyl, halogen substituted C 1 -C 6 alkyl.
  • R 2 is selected from hydrogen, methyl, ethyl or propyl
  • R 3 is selected from methyl, ethyl, fluoroethyl, propyl, fluoropropyl, butyl, Fluorine-containing butyl, pentyl or fluorine-containing pentyl.
  • n is an integer from 1 to 5, such as 2, 3 or 4; each R 4 is the same or different and is independently selected from hydrogen, C 1 -C 10 alkyl or halogen-substituted C 1 -C 10 alkyl; R 5 and R 6 are the same or different and are independently selected from hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, or halogen-substituted C 1 -C 10 alkyl.
  • the negative active material layer includes a negative active material and a binder, and optionally a conductive agent.
  • the negative active material may include a material that reversibly intercalates/deintercalates lithium ions, lithium metal, lithium metal alloy, or transition metal oxide.
  • the negative active material includes at least one of carbon material or silicon material, the carbon material includes at least one of graphite and hard carbon, and the silicon material includes silicon, silicon oxy compound, silicon carbon compound or silicon alloy. of at least one.
  • the electrochemical device of the present application also includes an isolation membrane.
  • the material and shape of the isolation membrane used in the electrochemical device of the present application are not particularly limited, and it can be any technology disclosed in the prior art.
  • the isolation membrane includes polymers or inorganic substances formed of materials that are stable to the electrolyte of the present application.
  • the isolation film may include a base material layer and a surface treatment layer.
  • the base material layer is a non-woven fabric, film or composite film with a porous structure.
  • the base material layer is made of at least one material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and polyimide.
  • polypropylene porous membrane, polyethylene porous membrane, polypropylene non-woven fabric, polyethylene non-woven fabric or polypropylene-polyethylene-polypropylene porous composite membrane can be used.
  • the functional layer directly affects the electrolyte retention rate and the proportion of the ⁇ 1333mV area.
  • the swelling degree of the non-functional layer or the functional layer is low, the electrolyte retention rate is low, and the flatness of the lithium-ion battery Difference.
  • the thickness of the functional layer affects the electrolyte retention rate and the proportion of the area ⁇ 1333mV. Within a certain range, as the thickness increases, the electrolyte retention rate and the proportion of the area ⁇ 1333mV also increase.

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Abstract

提供一种电化学装置，其包括电极极片，所述电极极片包括集流体，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有活性材料层，所述第二区域上设置有功能层，其中，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿所述电化学装置的厚度方向，向所述电化学装置发射超声波，得到所述电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于所述信号反馈分布图中所述电极极片的面积，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。本申请的电化学装置具有高的保液量以及平整的外观。还提供一种包括电化学装置的电子装置。

Description

电化学装置和电子装置 技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种电化学装置和电子装置。
背景技术
锂离子电池等二次电池因其能量密度高、循环性能好、环保、安全且无记忆效应等优点，被广泛的应用于便携式电子产品、电动交通工具、储能等领域。但随着科技的发展，人们对电池能量密度以及循环寿命的要求也越来越高。一方面，电解液在锂离子电池循环寿命中扮演着重要的角色，为保证电池的长循环寿命，需要在电池内部注入富余的电解液以弥补循环过程中电解液的消耗。但是另一方面，富余的电解液容易不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部，从而造成电池表面凹凸不平，进而导致电池外观不良及能量密度的损失。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提供一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置，使得电化学装置在保持高保液量的同时具有平整的外观，从而在提升电化学装置循环寿命的同时降低能量密度的损失。
在第一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括电极极片，该电极极片包括集流体，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域上设置有活性材料层，第二区域上设置有功能层，其中，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿该电化学装置的厚度方向，向电化学装置发射频率为50MHZ的超声波，得到电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于信号反馈分布图中电极极片的面积，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。
超声波是一种需要依靠介质传播的机械波，当电极材料之间没有电解液的浸润时，超声波只能依靠电极材料颗粒间的直接接触实现传播，不规则的颗粒使得超声波发生大量的反射与折射，信号强度严重衰减，而当电解液可以完全浸润电极材料时，液体环境为超声波提供了良好的传播途径，相当一部分超声波不会受到颗粒的干扰从而保证了信号的强度。 因此，无损超声波智能诊断系统测试中，电化学装置各处对超声波的信号反馈强度及占比，能够很好地表征电化学装置内部电解液的浸润及分布情况，信号强度高的区域占比越高，电解液在电化学装置内部的浸润越充分且分布越均匀。
根据本申请的一些实施方式，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为50％至95％。此时，电解液在电化学装置内部的浸润更充分，电化学装置的保液量相应进一步提高，从而提升电化学装置的循环寿命。
根据本申请的一些实施方式，基于所述信号反馈分布图中所述电极极片的面积，信号强度小于或等于1000的区域的面积占比小于或等于10％。此时，电化学装置内部未被电解液充分浸润的区域较少，从而提升电化学装置的循环寿命。
根据本申请的一些实施方式，功能层能够吸收电解液。本申请的发明人研究发现，通过在极片未涂覆活性材料层的集流体区域涂覆能够吸收电解液的功能层，可以在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为200％至800％。功能层的溶胀度在上述范围内，一方面，能够吸收更多的电解液，从而提高电化学装置的保液量，改善电化学装置的循环寿命；另一方面，能够降低功能层的过度溶胀，从而提升电化学装置的能量密度。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为300％至600％。
根据本申请的一些实施方式，采用傅里叶红外测试，功能层在2700cm -1至3100cm -1、1600cm -1至1800cm -1或1100cm -1至1200cm -1中的至少一个范围内具有吸收峰。此时，功能层具有烃基、酯基等基团，能够提供良好的溶胀性，从而提高电化学装置的保液量。
根据本申请的一些实施方式，功能层包括聚合物。
根据本申请的一些实施方式，基于功能层的质量，聚合物的质量百分含量大于或等于50％。功能层中聚合物的质量百分含量在上述范围内，能够提高功能层的溶胀度，进而提高电化学装置的保液量，改善电化学装置的循环寿命。
根据本申请的一些实施方式，聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
根据本申请的一些实施方式，功能层的厚度为1μm至20μm。此时，功能层能够具有较高的电解液保有率，从而改善电化学装置的外观，提升电化学装置的能量密度。
根据本申请的一些实施方式，功能层的电解液保有率为60％至120％。此时，功能层具有较高的电解液保有率，有利于提升电化学装置后期的循环稳定性。
根据本申请的一些实施方式，功能层与集流体之间的粘结力为100N/m至600N/m。此时，功能层在吸收电解液后不易脱落，能够稳定储藏富余的电解液，从而提升电化学装置的循环稳定性。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的平整度为0至0.5mm。
在第二方面，本申请提供一种电子装置，其包括第一方面的电化学装置。
本申请通过在极片未涂覆活性材料层的集流体区域涂覆能够吸收电解液的功能层，可以在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失。
附图说明
图1为根据本申请的一些实施方式的电化学装置中电极极片的示意图，其中，1—集流体；2—活性材料层；3—功能层。
图2为采用无损超声波智能诊断系统测试时，对比例2和实施例1-8的电化学装置对超声波的信号反馈分布图，左图为对比例2，右图为实施例1-8。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
一、电化学装置
本申请提供了一种电化学装置，其包括电极极片，该电极极片包括集流体，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域上设置有活性材料层，第二区域上设置有功能层，其中，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿该电化学装置的厚度方向，向电化学装置发射频率为50MHZ的超声波，得到电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于信号反馈分布图中电极极片的面积，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。
超声波是一种需要依靠介质传播的机械波，当电极材料之间没有电解液的浸润时，超声波只能依靠电极材料颗粒间的直接接触实现传播，不规则的颗粒使得超声波发生大量的反射与折射，信号强度严重衰减，而当电解液可以完全浸润电极材料时，液体环境为超声波提供了良好的传播途径，相当一部分超声波不会受到颗粒的干扰从而保证了信号的强度。 因此，无损超声波智能诊断系统测试中，电化学装置各处对超声波的信号反馈强度及占比，能够很好地表征电化学装置内部电解液的浸润及分布情况，信号强度高的区域占比越高，电解液在电化学装置内部的浸润越充分且分布越均匀。
根据本申请的一些实施方式，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为35％、38％、40％、45％、47％、50％、53％、55％、57％、60％、63％、65％、67％、70％、73％、75％、77％、80％、83％、85％、87％、90％、92％、94％或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为50％至95％。此时，电解液在电化学装置内部的浸润更充分，电化学装置的保液量进一步提高，从而提升电化学装置的循环寿命。
本申请中“第二区域”可指集流体上未设置活性材料层的空白区域。
根据本申请的一些实施方式，基于所述信号反馈分布图中所述电极极片的面积，信号强度小于或等于1000的区域的面积占比为小于或等于10％。此时，电化学装置内部未被电解液充分浸润的区域较少，从而提升电化学装置的循环寿命。在一些实施方式中，号强度小于或等于1000的区域的面积占比为5％、6％、7％、8％、9％或这些值中任意两者组成的范围。
根据本申请的一些实施方式，功能层能够吸收电解液。本申请的发明人研究发现，通过在极片未涂覆活性材料层的集流体区域涂覆能够吸收电解液的功能层，可以在提高电化学装置保液量的同时，防止由于富余的电解液不均匀地游离在包装袋(如铝塑膜)内部而造成电化学装置表面凹凸不平，进而提高电化学装置的外观平整度，降低其能量密度损失。
根据本申请的一些实施方式，功能层的溶胀度为200％至800％。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为220％、250％、270％、320％、350％、370％、390％、400％、420％、450％、470％、500％、520％、540％、570％、600％、620％、650％、670％、700％、720％、750％、770％或这些值中任意两者组成的范围。功能层的溶胀度在上述范围内，一方面，能够吸收更多的电解液，从而提高电化学装置的保液量，改善电化学装置的循环寿命；另一方面，能够降低功能层的过度溶胀，从而提升电化学装置的能量密度。在一些实施方式中，功能层的溶胀度为300％至600％。
根据本申请的一些实施方式，采用傅里叶红外测试，功能层在2700cm -1至3100cm -1、1600cm -1至1800cm -1或1100cm -1至1200cm -1中的至少一个范围内具有吸收峰。
本申请中，傅里叶红外测试谱图中，在2700cm -1至3100cm -1、1600cm -1至1800cm -1和1100cm -1至1200cm -1范围内的吸收峰代表烃基、酯基等的振动。功能层中含有烃基、 酯基，能够提供良好的溶胀性，高溶胀性能够吸收更多电解液，提升保液率。
根据本申请的一些实施方式，功能层包括聚合物。
根据本申请的一些实施方式，基于功能层的质量，聚合物的质量百分含量大于或等于50％。在一些实施方式中，基于功能层的质量，聚合物的质量百分含量为50％、60％、70％、80％、90％、100％或这些值中任意两者组成的范围。功能层中聚合物的质量百分含量在上述范围内，能够提高功能层的溶胀度，进而提高电化学装置的保液量，改善电化学装置的循环寿命。
根据本申请的一些实施方式，聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
在一些实施方式中，丙烯酸类单体包括式I所示的化合物中的至少一种，
Figure PCTCN2022084463-appb-000001
其中，R 1选自氢或C 1-C 10烷基、卤素取代的C 1-C 10烷基。根据本申请的一些实施例，R 1选自C 1-C 6烷基、卤素取代的C 1-C 6烷基。在本申请的一些实施例中，R 1选自甲基、乙基、含氟乙基、丙基、含氟丙基、丁基、含氟丁基、戊基或含氟戊基。
在一些实施方式中，丙烯酸类单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸中的至少一种。
在一些实施方式中，丙烯酸酯类单体包括式II所示的化合物中的至少一种，
Figure PCTCN2022084463-appb-000002
其中，R 2选自氢、C 1-C 10烷基或卤素取代的C 1-C 10烷基；R 3选自C 1-C 10烷基、卤素取代的C 1-C 10烷基。根据本申请的一些实施例，R 2选自氢、C 1-C 6烷基或卤素取代的C 1-C 6烷基；R 3选自C 1-C 6烷基、卤素取代的C 1-C 6烷基。在本申请的一些实施例中，R 2选自氢、甲基、乙基或丙基；R 3选自甲基、乙基、含氟乙基、丙基、含氟丙基、丁基、含氟丁基、戊基或含氟戊基。
在一些实施方式中，丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、乙基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、乙基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、乙基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯或丙 烯酸戊酯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，苯乙烯类单体包括式III所示的化合物中的至少一种，
Figure PCTCN2022084463-appb-000003
其中，n为1-5的整数，例如2、3或4；每个R 4相同或不同，独立地选自氢、C 1-C 10烷基或卤素取代的C 1-C 10烷基；R 5和R 6相同或不同，独立地选自氢、C 1-C 10烷基或卤素取代的C 1-C 10烷基。根据本申请的一些实施例，R 4选自氢、C 1-C 6烷基或卤素取代的C 1-C 6烷基；R 5和R 6相同或不同，独立地选C 1-C 16烷基或卤素取代的C 1-C 6烷基。在本申请的一些实施例中，R 4、R 5和R 6独立地选自氢、甲基、乙基或丙基。
在一些实施方式中，苯乙烯类单体包括苯乙烯、甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，形成功能层的原料包括纯丙乳液、苯丙乳液或丙烯酸酯乳液中的至少一种。在一些实施方式中，功能层的原料包括纯丙乳液、苯丙乳液或丙烯酸酯乳液中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，功能层的原料包括纯丙乳液、苯丙乳液和丙烯酸酯乳液。在一些实施方式中，基于纯丙乳液、苯丙乳液和丙烯酸酯乳液的总质量，纯丙乳液的质量含量为40％至95％、苯丙乳液的质量含量为5％至50％，丙烯酸酯乳液的质量含量为1％至15％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的原料包括纯丙乳液和丙烯酸酯乳液。在一些实施方式中，基于纯丙乳液和丙烯酸酯乳液的总质量，纯丙乳液的质量含量为70％至95％、丙烯酸酯乳液的质量含量为5％至30％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的原料包括纯丙乳液和苯丙乳液。在一些实施方式中，基于纯丙乳液和苯丙乳液的总质量，纯丙乳液的质量含量为70％至95％、苯丙乳液的质量含量为5％至30％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的原料包括苯丙乳液和丙烯酸酯乳液。在一些实施方式中，基于苯丙乳液和丙烯酸酯乳液的总质量，苯丙乳液的质量含量为70％至95％、丙烯酸酯乳液的质量含量为5％至30％。
根据本申请的一些实施方式，功能层的厚度为1μm至20μm。此时，功能层能够具有较高的电解液保有率，从而改善电化学装置的外观，提升电化学装置的能量密度。在一些 实施方式中，功能层的厚度为3μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、18μm、19μm或这些值中任意两者组成的范围。在一些实施方式中，功能层的厚度为5μm至15μm。
根据本申请的一些实施方式，功能层的电解液保有率为60％至120％。在一些实施方式中，功能层的电解液保有率为65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、105％、110％、115％或这些值中任意两者组成的范围。此时，功能层具有较高的电解液保有率，有利于提升电化学装置后期的循环稳定性。
根据本申请的一些实施方式，功能层与集流体之间的粘结力为100N/m至600N/m。此时，功能层在吸收电解液后不易脱落，能够稳定储藏富余的电解液，从而提升电化学装置的循环稳定性。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的平整度为0至0.5mm。
根据本申请的一些实施方式，该活性材料层为正极活性材料层和/或负极活性材料层。
根据本申请的一些实施方式，正极活性材料层包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。在一些实施方式中，正极活性材料可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂或镍锰酸锂中的至少一种。在一些实施方式中，粘结剂可以包括各种粘合剂聚合物，例如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚烯烃类、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、改性聚偏氟乙烯、改性丁苯橡胶或聚氨酯中的至少一种。在一些实施例中，可以使用任何导电的材料作为导电剂，只要它不引起化学变化即可。导电剂的示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或它们的混合物。
根据本申请的一些实施方式，负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，以及可选的导电剂。在一些实施方中，负极活性材料可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金或过渡金属氧化物。在一些实施方式中，负极活性材料包括碳材料或硅材料中的至少一种，碳材料包括石墨、硬碳中的至少一种，硅材料包括硅、硅氧化合物、硅碳化合物或硅合金中的至少一种。在一些实施方式中，粘结剂包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、水性丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩甲醛或苯乙烯-丙烯酸共聚树脂中的至少一种。在一些实施方式中，可以使用任何导电的材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。在一些实施方式中，导电材料包括导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、科琴黑或石墨烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，集流体为正极集流体和/或负极集流体。在一些实施方式中，正极集流体可以采用金属箔片或复合集流体。例如，可以使用铝箔。复合集流体可以通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子基材上而形成。在一些实施方式中，负极集流体可以为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。
本申请的电化学装置还包括隔离膜，本申请的电化学装置中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。粘结剂选自聚偏氟乙烯、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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的至少一种。
聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
本申请的电化学装置还包括电解液。可用于本申请的电解液可以为现有技术中已知的电解液。
在一些实施方式中，电解液包括有机溶剂、锂盐和可选的添加剂。根据本申请的电解液的有机溶剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的有机溶剂。根据本申请的电解液中使用的电解质没有限制，其可为现有技术中已知的任何电解质。根据本申请的电解液的添加剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液添加剂的添加剂。在一些实施例中，有机溶剂包括，但不限于：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯或丙酸乙酯。在一些实施例中， 有机溶剂包括醚类溶剂，例如包括1，3-二氧五环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)中的至少一种。在一些实施例中，锂盐包括有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。在一些实施例中，锂盐包括，但不限于：六氟磷酸锂(LiPF 6)、四氟硼酸锂(LiBF 4)、二氟磷酸锂(LiPO 2F 2)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF 3SO 2) 2(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂Li(N(SO 2F) 2)(LiFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C 2O 4) 2(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂LiBF 2(C 2O 4)(LiDFOB)。
在一些实施例中，本申请的电化学装置包括，但不限于：所有种类的一次电池或二次电池。在一些实施例中，电化学装置是锂二次电池。在一些实施例中，二次电池包括锂二次电池、钠离子电池等；锂二次电池包括，但不限于：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。
二、电子装置
本申请进一步提供了一种电子装置，其包括本申请第一方面所述的电化学装置。
本申请的电子设备或装置没有特别限定。在一些实施例中，本申请的电子设备包括但不限于，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。
在下述实施例及对比例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
实施例及对比例
功能层浆料制备：将粘结剂(具体组成见表1和表2)，溶剂混合均匀，制成浆料，该浆料需控制：粘度200-3000mPa·s，固含量35％-50％。其中，实施例中溶剂选用去离子水；对比例1中溶剂选用N-甲基吡咯烷酮。
正极极片的制备：将上述制成的功能层浆料涂覆在正极集流体铝箔的卷绕末端区域，经过烘干溶剂得到涂覆有功能层的极片。在未涂覆功能层的区域涂覆正极活性材料浆料，再经过烘干、辊压，得到所述正极极片。其中，正极活性材料浆料为：将钴酸锂、导电碳、聚偏氟乙烯按照质量比96:2:2混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)制成的浆料。
负极极片的制备：将负极活性材料浆料涂覆在负极集流体铜箔的表面，再经过烘干、 辊压，得到所述负极极片。其中，负极活性材料浆料为：将石墨、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照质量比98:1:1混合，加入去离子水制成的浆料。
锂离子电池的制备：将正极极片、隔离膜(PE多孔聚合物薄膜)、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装铝塑膜中，注入电解液(溶剂为体积比为1:1的EC和DMC，基于电解液的质量，LiPF 6的质量浓度为12.5％的溶液)，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。
测试方法
1、超声检测
使用无损超声波智能诊断设备(型号：UBSC-LD)，沿锂离子电池的厚度方向，向锂离子电池发射超声波，频率为50MHZ，输出界面的电压范围选择0至4v，得到电池各处对超声波的信号反馈分布图。使用积分软件计算出信号反馈分布图中电极极片测试的总面积为S，信号强度≥1333mV的区域面积为S1，则信号强度≥1333mV的区域的占比为：S1/S×100％。
2、粘结力
采用高铁拉力机、90°角法测试功能层与集流体的粘结力，即：将锂离子电池中涂有功能层的部分极片制成条状，沿长度方向从极片的一端将极片的一部分通过双面胶粘附在钢板上；然后将钢板固定在高铁拉力机相应位置，拉起未被粘在钢板上的极片，通过连接物或直接将极片放入夹头内夹紧，待夹口拉力在大于0kgf且小于0.02kgf时，即可开始用高铁拉力机测试，最终测得平稳区域的拉力平均值记为功能层与集流体的粘结力。
3、电解液保有率
a)在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从锂离子电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层。然后用裁片机裁切涂有功能层的集流体；
b)用电子天平分别称取上述裁取的涂有功能层的集流体(包括集流体)至少3次，分别记为m1；m2；m3……，求得平均值m；
c)将上述称量后的涂有功能层的集流体(包括集流体)放进85℃烘箱，烘30min至60min，保证功能层内部电解液全部烘干，然后再次分别称取干燥后的涂有功能层的集流体重量至少3次，分别记为M1；M2；M3……，求得平均值M；
d)将功能层用物理或化学方法去除，但不能损伤对应的集流体，称取对应集流体的重量至少3次，分别记为G1；G2；G3……，求得平均值G；
e)功能层的电解液保有率记为：R＝(m-M)/(M-G)×100％。
4、溶胀度
a)胶膜制备：在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从锂离子电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层。然后用裁片机裁切涂有功能层的集流体，放入碳酸二甲酯DMC中浸泡去除溶解在功能层中的电解液，将其取出烘干，再将其放入水中将功能层溶解形成溶液，将此溶液倒入胶膜制备模具中，如有气泡提起去除；将模具放入60℃烘箱12h，烘烤结束后，观察胶膜的外观及硬度；如没有完全干燥，继续烘烤，直到烘干为止；
b)将制备好的胶膜用剪刀裁成小条；
c)将胶膜小条称重，记录初始重量a；放入小瓶中，加入电解液(溶剂为体积比为1:1的EC和DMC，基于电解液的质量，LiPF 6的质量浓度为12.5％的溶液)，超过胶膜2～3cm，密封好小瓶，放入真空干燥炉，温度85℃，6h；
d)测试胶膜溶胀度：将胶膜取出，用无尘纸擦拭干净，记录此时胶膜重量b。
溶胀度＝(b-a)/a×100％。做3个平行样，将得到的溶胀度进行算数平均即得到该功能层的溶胀度。
5、功能层的厚度
a)在(25±3)℃的环境下，将涂有功能层的极片从锂离子电池中拆出。如涂有功能层的集流体的另一侧有其它涂层，需用物理或化学方法去除，但不能损伤功能层；
b)将上述涂有功能层的极片(包括集流体)放进85℃烘箱，烘30min至60min，保证功能层内部电解液全部烘干，用万分尺测量烘干后涂有功能层的极片(包括集流体)至少10个不同点的厚度，记所有测试点的厚度均值为T1；
c)将功能层用物理或化学方法去除，但不能损伤对应的集流体，用万分尺测量涂有功能层的集流体至少10个不同点的厚度，记所有测试点的厚度均值为T0；
d)功能层厚度为：(T1-T0)。
6、平整度
采用激光扫描法测试锂离子电池的平整度。具体地，利用光学设备，将锂离子电池的整个轮廓扫描后制作成3D模型，然后计算整体的厚度值与断面的厚度值的差值，记为P，若P≤0.5mm，则此时锂离子电池的平整度OK，符合要求；若P＞0.5mm，则此时平整度 NG，不符合要求。
测试结果
表1
Figure PCTCN2022084463-appb-000004
注：功能层的原料组成中各组分的百分含量均为质量分数含量。
从表1的数据可以看出，功能层的组成以及溶胀度会影响其电解液保有率，进而会影响≥1333mV区域占比。随着功能层溶胀度的增大，电解液保有率随之增大，≥1333mV区 域占比也随之增大。≥1333mV区域占比大，说明电解液在锂离子电池内部的浸润更充分且分布更均匀，锂离子电池能够具有较高的保液率和良好的平整度，从而提升锂离子电池的循环寿命并降低能量密度的损失。
此外，从对比例中也可以看出，功能层直接影响电解液保有率和≥1333mV区域占比，无功能层或功能层的溶胀度低，电解液保有率较低，锂离子电池的平整度差。
表2
Figure PCTCN2022084463-appb-000005
注：功能层的组成中各组分的百分含量均为质量分数含量。
从表2的数据可以看出，功能层的厚度影响电解液保有率和≥1333mV区域占比。在一定范围内，随着厚度增大，电解液保有率和≥1333mV区域占比也随之增大。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解 释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (10)

  1. 一种电化学装置，包括电极极片，所述电极极片包括集流体，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有活性材料层，所述第二区域上设置有功能层，
    其中，采用无损超声波智能诊断系统测试，沿所述电化学装置的厚度方向，向所述电化学装置发射频率为50MHZ的超声波，得到所述电化学装置对超声波的信号反馈分布图，基于所述信号反馈分布图中所述电极极片的面积，信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为30％至95％。
  2. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述信号强度大于或等于1333mV的区域的面积占比为50％至95％。
  3. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述信号反馈分布图中所述电极极片的面积，信号强度小于或等于1000的区域的面积占比为5％至10％。
  4. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层的溶胀度为200％至800％。
  5. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层的溶胀度为300％至600％。
  6. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，采用傅里叶红外测试，所述功能层在2700cm -1至3100cm -1、1600cm -1至1800cm -1或1100cm -1至1200cm -1中的至少一个范围内具有吸收峰。
  7. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层包括聚合物，满足如下条件(1)至(2)中的至少一者：
    (1)基于所述功能层的质量，所述聚合物的质量百分含量大于或等于50％；
    (2)所述聚合物包括由丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、苯乙烯类单体中的至少一种形成的聚合物。
  8. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层的厚度为1μm至20μm。
  9. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足如下条件(a)至(c)中的至少一者：
    (a)所述功能层的电解液保有率为60％至120％；
    (b)所述功能层与所述集流体之间的粘结力为100N/m至600N/m；
    (c)所述电化学装置的平整度为0至0.5mm。
  10. 一种电子装置，包括权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005291832A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Chubu Electric Power Co Inc 電池の劣化診断方法とその装置
JP2014082020A (ja) * 2012-10-12 2014-05-08 Sharp Corp 電池製造方法
CN111180666A (zh) * 2019-06-28 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片和电化学装置
CN113196531A (zh) * 2020-03-18 2021-07-30 宁德新能源科技有限公司 电极组件及具有该电极组件的电池
CN113906291A (zh) * 2019-03-21 2022-01-07 费赛普公司 二次电池中电解液的润湿与分布状况的声学评估系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005291832A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Chubu Electric Power Co Inc 電池の劣化診断方法とその装置
JP2014082020A (ja) * 2012-10-12 2014-05-08 Sharp Corp 電池製造方法
CN113906291A (zh) * 2019-03-21 2022-01-07 费赛普公司 二次电池中电解液的润湿与分布状况的声学评估系统和方法
CN111180666A (zh) * 2019-06-28 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片和电化学装置
CN113196531A (zh) * 2020-03-18 2021-07-30 宁德新能源科技有限公司 电极组件及具有该电极组件的电池

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