电化学装置和包含所述电化学装置的电子装置制造方法及图纸

本申请涉及电化学装置及包含所述电化学装置的电子装置。该电化学装置包括：正极、隔离膜及负极，负极包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，且负极活性材料层包括第一负极活性材料层，该电化学装置在完全放电状态(0％SOC)时第一负极活性材料层包括第一区域和至少一个第二区域，其中第一区域连成一体，第二区域的至少一部分被第一区域包围。本申请电化学装置通过上述设置能够改善负极尤其是高硅含量负极在循环中的体积膨胀及变形，从而获得良好的循环性能以及安全性能。

【技术实现步骤摘要】
电化学装置和包含所述电化学装置的电子装置
本申请涉及储能
，尤其涉及电化学装置和包含所述电化学装置的电子装置。
技术介绍
随着移动电子技术的高速发展，人们使用诸如智能手机、平板、笔记本电脑、无人机和各种可穿戴设备等的移动电子装置的频率和体验要求越来越高。因此，为电子装置提供能源的电化学装置(例如，锂离子电池)需要表现出更高的能量密度、更大的倍率、更高的安全性。锂离子电池的寿命和效能与其负极的稳定性有密切的关联。有鉴于此，人们不断的研究具有更高能量密度的负极活性材料。然而，具有更高能量密度的材料(例如，硅基材料)往往存在与现有电芯结构不相匹配的问题，例如，电导性过低、循环膨胀率过高、加工性能不足等等。因此，针对采用高能量密度的材料作为负极活性材料的电化学装置，对其电芯结构(例如，负极、隔离膜及正极)的改进与优化是目前急需研究的课题。
技术实现思路
但是，在现有技术的方法中，电化学装置所要求的各项特性均尚未满足，其中，正在寻求改善具有高能量密度负极材料的负极在循环过程中的膨胀和变形。本申请提供一种电化学装置和包含该电化学装置的电子装置以试图在至少某种程度上解决上述存在的问题。本申请专利技术人等进行了深入研究，结果发现，在负极集流体上具备负极活性材料层的负极中，通过设计负极活性材料层在完全放电状态(0％SOC)时的涂覆结构，可以改善负极在循环过程中的膨胀和变形。即，为了解决上述技术问题，提供了以下手段。根据本申请的一个方面，提供一种电化学装置，包括：正极、隔离膜及负极，其中负极包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，且负极活性材料层包括第一负极活性材料层，电化学装置在完全放电状态(0％SOC)时第一负极活性材料层包括第一区域和至少一个第二区域，其中第一区域连成一体，第二区域的至少一部分被第一区域包围。通过上述设置能够改善负极在循环中的体积膨胀及变形，从而获得良好的循环性能以及安全性能。根据本申请的一个方面，负极活性材料层还包括粘接剂。根据本申请的一个方面，其中第一区域设有负极活性材料和粘结剂，第二区域未设有负极活性材料和粘结剂。根据本申请的另一个方面，其中第一区域未设有负极活性材料和粘结剂，第二区域设有负极活性材料和粘结剂。本申请电化学装置通过在负极中包含未设有负极活性材料和粘接剂的区域，在完全放电状态(0％SOC)时为负极活性材料在循环过程中的膨胀预留空间，即当第一区域设有负极活性材料和粘接剂时，第二区域未设有负极活性材料和粘接剂，在完全放电状态(0％SOC)时第二区域为负极活性材料在循环过程中的膨胀预留空间；当第一区域未设有负极活性材料和粘接剂时，第二区域设有负极活性材料和粘接剂，在完全放电状态(0％SOC)时第一区域为负极活性材料在循环过程中的膨胀预留空间。上述设置能够改善负极在循环中的体积膨胀及变形，从而获得良好的循环性能以及安全性能。根据本申请的一个方面，负极活性材料层还包括第二负极活性材料层，第二负极活性材料层设置在负极集流体和第一负极活性材料层之间，或第一负极活性材料层设置在负极集流体和第二负极活性材料层之间，其中第一负极活性材料层的厚度大于或等于第二负极活性材料层的厚度的3倍。通过负极浆料涂布在负极集流体上形成第一负极活性材料层。当第一区域设有负极活性材料和粘接剂时，在一些涂覆厚度下，第一负极活性材料层表面可以包括第二负极活性材料层，在其中一些涂覆厚度下，第二负极活性材料层可以部分覆盖第一负极活性材料层中的第二区域；在其中另一些涂覆厚度下，第二负极活性材料层可以完全覆盖第一负极活性材料层中的第二区域。通过负极浆料涂布在负极集流体上形成第一负极活性材料层。当第一区域未设有负极活性材料和粘接剂时，在一些涂覆厚度下，第一负极活性材料层和负极集流体之间可以包括第二负极活性材料层，在其中一些涂覆厚度下，第二负极活性材料层包括渗流区，渗流区为第一负极活性材料层靠近负极集流体的端部形成的区域。在负极活性材料层包含第二负极活性材料层时，第二负极活性材料层会至少部分地覆盖第一负极活性材料层中未设有负极活性材料和粘接剂的区域，使第一负极活性材料层中未设有负极活性材料和粘接剂的区域体积减小，使为负极活性材料在循环过程中预留的膨胀空间减小，导致改善负极在循环中体积膨胀和变形效果的减弱。本申请专利技术人等通过大量试验研究及验证，结果发现，当第一负极活性材料层的厚度大于或等于第二负极活性材料层的厚度的3倍时，可以取得较好的改善负极在循环中体积膨胀和变形的效果，从而获得较好的循环性能和安全性能。根据本申请的一个方面，其中第二区域呈阵列式分布。第二区域呈阵列式分布使得负极活性材料在循环过程中可以充分利用预留膨胀空间，更好地改善负极在循环中体积膨胀和变形。根据本申请的一个方面，其中第二区域的圆度范围为0.3至1.0。多次循环后，在完全放电状态(0％SOC)下，第二区域有一定的圆度，当圆度过小时，负极活性材料层的结构不利于改善负极活性材料的循环膨胀和变形，本申请人等发现，当第二区域的圆度范围为0.3至1.0时，可以较好地改善负极循环膨胀和变形。根据本申请的一个方面，其中负极活性材料层的压实密度M(g/cm3)和负极活性材料的克容量G(mAh/g)满足公式：2500/(G+1800)≤M≤4500/(G+1800)。本申请人等通过大量试验研究发现，若负极活性材料层的压实密度过低，则预留的膨胀空间过大，不仅浪费了空间，降低了电化学装置的能量密度，还使得电化学装置有析锂的风险，不利于安全性能的提升；若负极活性材料层的压实密度过高，则预留的膨胀空间不足，负极循环膨胀和变形改善效果较差，不利于循环性能的提升。经验证，当负极活性材料层的压实密度和负极活性材料的克容量满足上述公式时，可以兼顾电化学装置的循环性能、安全性能和能量密度。根据本申请的一个方面，其中第二区域的面积A(μm2)、负极活性材料的克容量G(mAh/g)和负极活性材料的颗粒度D(μm)满足公式：本申请人等通过大量试验研究发现，当第一区域设有负极活性材料和粘接剂时，若第二区域面积过大，在循环过程中，预留的膨胀空间难以被充分利用，不仅降低能量密度，还有析锂的风险；若第二区域面积过小，在循环过程中，第二区域易被破碎的负极活性材料颗粒堵塞，使其失去改善负极循环膨胀和变形的效果。当第一区域未设有负极活性材料和粘接剂时，若第二区域面积面积过大，则第二区域中负极活性材料循环膨胀应力难以有效释放，且预留空间难以充分利用，有析锂风险；若第二区域面积过小，则第二区域的涂布结构容易被破坏，使得负极失去改善循环膨胀和变形的效果。经验证，当第二区域的面积、负极活性材料的克容量和负极活性材料的颗粒度满足上述公式时，可以兼顾电化学装置的循环性能、安全性能和能量密度。根据本申请的一个方面，负极活性材料的颗粒度为约0.2μm至约10.0μm。根据本申请的另一个方面，提供一种电子装置，该电子装置包含上述的电化学装置。本申请实施例的额外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学装置，其包括：/n正极；/n隔离膜；以及/n负极，所述负极包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料层包括第一负极活性材料层；/n其中，所述电化学装置在0％SOC时所述第一负极活性材料层包括第一区域和至少一个第二区域，所述第一区域连成一体，所述第二区域的至少一部分被所述第一区域包围。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，其包括：
正极；
隔离膜；以及
负极，所述负极包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料层包括第一负极活性材料层；
其中，所述电化学装置在0％SOC时所述第一负极活性材料层包括第一区域和至少一个第二区域，所述第一区域连成一体，所述第二区域的至少一部分被所述第一区域包围。


2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述负极活性材料层还包括粘结剂。


3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中所述第一区域设有所述负极活性材料和所述粘结剂，所述第二区域未设有所述负极活性材料和所述粘结剂。


4.根据权利要求2所述的电化学装置，其中所述第一区域未设有所述负极活性材料和所述粘结剂，所述第二区域设有所述负极活性材料和所述粘结剂。


5.根据权利要求1所述的电化学装置，所述负极活性材料层还包括第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置在所述负极集...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天君，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35