极片和电化学装置制造方法及图纸

本申请提供了一种极片和包括该极片的电化学装置，极片包括：集流体；以及无机层，设置在所述集流体的表面，其中，所述无机层包括金属氧化物，且不包括聚合物。本申请提供的锂离子电池的极片在提升锂离子电池的安全性能的同时，对锂离子电池的体积能量密度影响极小。

Electrodes and electrochemical devices

【技术实现步骤摘要】
极片和电化学装置
本申请涉及电化学装置领域，更具体地，涉及极片和电化学装置。
技术介绍
电化学装置(例如锂离子电池)由于其本身的特性，在受到穿刺、挤压、高温等异常工况时，极易发生内部短路而引发热失控，从而造成锂离子电池的起火甚至爆炸。为了提升锂离子电池的安全性能，目前主要通过在锂离子电池的正极、负极或隔离膜的表面涂覆一层由氧化铝、氢氧化镁、勃姆石及粘结剂聚合物组成的无机绝缘涂层，以增加极片的表面电阻从而减少集流体与活性物质层的短路。但是这些技术均在很大程度上降低了锂离子电池的倍率性能或体积能量密度。因此，期望提供这样一种方案，既提升锂离子电池的安全性能，同时又不显著降低锂离子电池的倍率性能或体积能量密度。
技术实现思路
本申请提供了一种在集流体的表面形成有无机层的极片以及包括该极片的电化学装置，其中无机层包括金属氧化物，以提升锂离子电池在穿刺、挤压、高温等工况下的安全性能。本申请提供了一种极片，包括：集流体；以及无机层，设置在所述集流体的表面，其中，所述无机层包括金属氧化物，且不包括聚合物。在上述极片中，其中，所述无机层中的金属元素和氧元素在所述无机层中的质量百分含量为98％～100％。在上述极片中，其中，所述无机层的电阻大于等于0.1Ω。在上述极片中，其中，所述无机层的剥离力大于等于16N/m。在上述极片中，其中，所述金属元素包括从铝、钛、镁、锡、铈、锆、锌、钙组成的群组中选择的至少一种。在上述极片中，其中，所述金属氧化物包括从氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化铈、氧化锆、氧化锌、氧化钙组成的群组中选择的至少一种。在上述极片中，其中，所述氧化铝的化学式为Al2O3-x，0≤x≤2。在上述极片中，其中，所述无机层在所述集流体上的覆盖度为60％～100％。在上述极片中，其中，所述无机层的厚度为0.02～5μm。在上述极片中，其中，所述无机层包括间隙。在上述极片中，其中，所述无机层的孔隙率为1％～20％。在上述极片中，其中，所述集流体包括从铝、铜、铁、金、铂、镍中组成的群组中选择的至少一种。在上述极片中，其中，所述极片为正极极片或负极极片。本申请还提供了包括上述极片的一种电化学装置。在上述电化学装置中，其中，所述电化学装置包括锂离子电池。本申请提供的锂离子电池的极片在提升锂离子电池的安全性能的同时，不会显著降低锂离子电池的体积能量密度。附图说明图1示出了实施例3的形成有氧化铝无机层的正极集流体的表面的扫描电子显微镜图像。图2示出了实施例3的形成有氧化铝无机层的正极集流体的截面的扫描电子显微镜图像。具体实施方式下面详细充分地说明示例性实施例，不过，这些示例性实施例可以用不同的方式来实施，并且，不应被解释为局限于本申请所阐述的这些实施例。相反，提供这些实施例的目的在于使本申请公开彻底和完整，以及将本申请的范围充分地传达给本领域所属技术人员。目前提高锂离子电池的挤压、穿刺等安全性能的主要技术有：在锂离子电池的正极、负极或隔离膜的表面涂覆一层由氧化铝、氢氧化镁、勃姆石及粘结剂聚合物组成的无机绝缘涂层，以增加极片的表面电阻，减少集流体与活性物质层的短路机率，从而可以减少锂离子电池在短路时的产热量，起到安全保护的作用。但是这种技术方案由于增加了一层较厚的无机绝缘涂层导致了体积能量密度上的较大损失。此外，较厚的无机绝缘涂层由于对锂离子的扩散有阻碍作用还会对锂离子电池的电化学性能(如倍率性能和循环性能等)产生恶化作用。经过对锂离子电池的内部短路引起的着火分析发现，集流体和活性物质层接触时引发的短路功率较大，短时间内产生大量的热量，尤其是正极集流体和负极活性物质层这种接触短路方式，因此，增大集流体与活性物质层的短路电阻或者避免二者短路时的接触是提高锂离子电池安全性能的主要方向。为此，本申请提供了一种极片，极片包括集流体和设置在集流体表面的无机层。集流体包括从铝、铜、铁、金、铂、镍中组成的群组中选择的至少一种。无机层包括金属氧化物，而不包括粘结剂等的聚合物，金属氧化物包括从氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化铈、氧化锆、氧化锌、氧化钙组成的群组中选择的至少一种。通过在正极集流体表面设置金属氧化物的无机层，增大了正极集流体与负极活性物质层接触时的短路电阻，从而降低了锂离子电池发生内部短路时引发的热失控。例如，通过在正极集流体表面设置金属氧化物的无机层，一方面，正极集流体的表面粗糙度增加，从而增加了正极集流体与正极活性物质的粘结力；另一方面，正极集流体的电阻增大，从而提高了锂离子电池的安全性能。本申请的极片可以为正极极片，也可以为负极极片。本申请的描述基本以正极极片为例，但是应该理解，本申请的构思可以同样适用于负极极片，即，在负极集流体的表面设置这样的无机层。无机层可以设置在集流体的单面或双面上。在集流体的双面上均形成无机层有利于为集流体提供更好的保护。无机层中除了含有金属元素和氧元素外，还含有其它杂质，杂质的质量百分含量在0％～2％，杂质主要是N、S、P、Ca等元素。无机层中的金属元素和氧元素在无机层中的质量百分含量为98％～100％。金属元素包括从铝、钛、镁、锡、铈、锆、锌、钙组成的群组中选择的至少一种。在一些实施例中，无机层的电阻大于等于0.1Ω，从而有助于锂离子电池在遭遇到挤压、穿刺时降低集流体与活性物质层间的短路电流，从而提高锂离子电池的安全性能。金属氧化物的种类、含量和分布状态会影响无机层的电阻大小，例如，无机层由Al2O3和Al组成时，两者间的分布是否均匀对无机层的电阻大小有很大的影响。在一些实施例中，无机层的剥离力大于等于16N/m，这可以确保无机层对集流体有很好的粘结力，在锂离子电池受到外力冲击时，无机层不会从集流体脱落而失去保护作用。在一些实施例中，无机层中的氧化铝的化学式为Al2O3-x，0≤x≤2。当O元素含量较高时，集流体的电阻增大，进而使集流体的表面电阻增大，从而提高锂离子电池的挤压通过率；而当O元素含量降低时，无机层中的金属铝增加，无机层的电阻减小，导致集流体的表面电阻减小，因此锂离子电池的挤压通过率降低。在一些实施例中，无机层在集流体表面有一定的覆盖度，覆盖度在60％～100％，提高覆盖度有利于减少集流体与活性物质层的接触，从而降低锂离子电池在滥用时的直接接触，从而提高锂离子电池的安全性能。在一些实施例中，无机层的厚度为0.02～5μm，厚度太薄，对集流体的表面电阻提升作用有限；无机层的厚度越厚，锂离子电池的安全性能越高，但也会对体积能量密度造成较大的损失。在一些实施例中，无机层包括间隙。无机层的孔隙率为1～20％，无机层中孔隙的存在有利于电解液的浸润，但当孔隙率高于20％时，会降低无机层的阻隔作用。在一些实施例中，无机层的形成主要是通过气相沉积方法制备的，气相沉积法包括化学气相沉积或物理气相沉积法，并通过调节气相沉积的条件，在集流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极片，包括：/n集流体；以及/n无机层，设置在所述集流体的表面，其中，所述无机层包括金属氧化物，且不包括聚合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种极片，包括：
集流体；以及
无机层，设置在所述集流体的表面，其中，所述无机层包括金属氧化物，且不包括聚合物。


2.根据权利要求1所述的极片，其中，所述无机层中的金属元素和氧元素在所述无机层中的质量百分含量为98％～100％。


3.根据权利要求1所述的极片，其中，所述无机层的电阻大于等于0.1Ω。


4.根据权利要求1所述的极片，其中，所述无机层的剥离力大于等于16N/m。


5.根据权利要求2所述的极片，其中，所述金属元素包括从铝、钛、镁、锡、铈、锆、锌、钙组成的群组中选择的至少一种。


6.根据权利要求1所述的极片，其中，所述金属氧化物包括从氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化铈、氧化锆、氧化锌、氧化钙组成的群组中选择的至少一种。


7.根据权利要求6所述的极片，其中，所述氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟，林超旺，石长川，苏义松，
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