电化学装置及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。所述电化学装置包含正极、负极及隔膜。所述负极包含负极活性材料，其中所述负极活性材料包括硅、锡、锗、锑、铋及铝中的至少一种。所述隔膜包含多孔基材及涂层，所述涂层位于多孔基材和负极之间，所述涂层包含聚合物粘结剂。其中，以所述涂层的总重计，所述聚合物粘结剂重量比为1％至100％，且所述涂层中的所述聚合物粘结剂的重量与其相对应的所述负极比容量在单位面积下的比值为0.00013mg/mAh至0.00045mg/mAh。通过控制聚合物粘结剂对负极单位面积下涂覆量对比容量的比例来提高粘接力，从而有效避免负极在充放电过程中体积膨胀造成的电芯变形。

Electrochemical device and electronic device including the electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
电化学装置及包含所述电化学装置的电子装置
本申请涉及储能
，尤其涉及负极与隔膜、以及包括所述负极与所述隔膜的电化学装置及电子装置。
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、更高的安全性以及在反复充放电过程后更小的比容量衰减。锂离子电池的寿命与效能与其电芯的穩定性有密切的关联。有鉴于此，人们不断的对抑制负极活性材料的膨胀做进一步的研究及改进，現有技術多半從调整负极活性材料的组成或负极结构來解決负极活性材料膨胀的问题。除了寻求新型的负极活性材料，研究新型的隔膜材料或改良及优化隔膜的材料组成也是其中一个解决方案。
技术实现思路
本申请提供一种隔膜以及包含所述隔膜的电化学装置及电子装置以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。根据本申请的一个方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包含正极、负极及隔膜。所述负极包含负极活性材料，其中所述负极活性材料包括硅、锡、锗、锑、铋及铝中的至少一种。所述隔膜包含多孔基材及涂层，所述涂层位于多孔基材和负极之间，所述涂层包含聚合物粘结剂。其中，以所述涂层的总重计，所述聚合物粘结剂重量比为1％至100％，且所述涂层中的所述聚合物粘结剂的重量与其相对应的所述负极比容量在单位面积下的比值为0.00013mg/mAh至0.00045mg/mAh。本申请通过控制聚合物粘结剂对负极单位面积下涂覆量对比容量的比例来提高粘接力，从而有效避免负极在充放电过程中体积膨胀造成的电芯变形。根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种电子装置，所述电子装置包含上述的电化学装置。本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。附图说明在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。图1为石墨与硅嵌锂膨胀对比的示意图。图2为根据本申请实施例的正极、负极与隔膜的结构示意图图3为具有不同硅含量的负极活性材料与其负极活性物质层的XY延展数值的柱状图。图4为具有不同硅含量的负极活性材料与其理论比容量的柱状图。具体实施方式本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本申请以特定的方向建构或操作。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实施例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。在现有技术中，为了追求最佳的能量密度，已尝试将传统负极活性材料中的石墨替换为具有高能量密度的负极活性材料，但是在应用此类高能量密度负极活性材料时，由于充放电循环过程中大的体积膨胀会造成电芯变形，容易导致电化学装置的结构被破坏，降低电化学装置寿命。特别是锂离子电池，此类高能量密度的活性材料在脱嵌锂过程中存在巨大的体积效应(>300％)，负极严重膨胀会造成负极与隔膜的界面变形甚至分离，进而造成锂离子电池的循环性能降低。例如，如图1所示，在现有技术中，含硅负极的电芯在循环中，容易发生负极膨胀并导致负极和隔膜的界面产生缝隙或缝隙变宽的情形。经由CT扫描仪可观察到，有些时候电芯厚度会增加10％，甚至到达20％以上，且隔膜与负极缝隙会达到约30μm至约50μm。本申请从改善负极膨胀的角度出发，研究增加隔膜对负极的界面粘接力来抑制负极在充电中的循环膨胀。本申请提供了具有高粘接力的隔膜，所述隔膜可用于包含高能量密度的负极活性材料的负极，例如硅、锡、锗、锑、铋、铝的单质、合金或其化合物，同时能对负极產生强有力的粘接力，实现负极中内部粘接力和外部粘接力对其膨胀的双重束缚作用，可以有效改善负极反弹程度及减小负极膨胀而有利于减小电芯变形程度。同时由于膨胀及变形被抑制，负极与隔膜之间的界面更好，从而使得循环容量保持率提升。另外，本申请的隔膜结合该隔膜涂层结构，提高隔膜对电解液的浸润性，可以有效避免因电解液浸润不足造成的负极紫斑和锂离子电池寿命降低。本申请采用聚合物涂覆隔膜(PolymerCoatedSeparator,PCS)，通过调节隔膜的涂层中包含的聚合物粘结剂(binder)的涂覆比例来调节所述隔膜对电化学装置的负极的界面粘接力并减小负极的循环膨胀。图2为根据本申请一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学装置，其包括：/n正极；/n负极，所述负极包含负极活性材料，其中所述负极活性材料包括硅、锡、锗、锑、铋及铝中的至少一种；以及/n隔膜，所述隔膜包含：/n多孔基材和涂层，所述涂层位于多孔基材和负极之间，所述涂层包含聚合物粘结剂，/n其中以所述涂层的总重计，所述聚合物粘结剂重量比为1％至100％，且所述涂层中的所述聚合物粘结剂的重量与其相对应的所述负极比容量在单位面积下的比值为0.00013mg/mAh至0.00045mg/mAh。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，其包括：
正极；
负极，所述负极包含负极活性材料，其中所述负极活性材料包括硅、锡、锗、锑、铋及铝中的至少一种；以及
隔膜，所述隔膜包含：
多孔基材和涂层，所述涂层位于多孔基材和负极之间，所述涂层包含聚合物粘结剂，
其中以所述涂层的总重计，所述聚合物粘结剂重量比为1％至100％，且所述涂层中的所述聚合物粘结剂的重量与其相对应的所述负极比容量在单位面积下的比值为0.00013mg/mAh至0.00045mg/mAh。


2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述涂层厚度为0.5μm至5μm，所述涂层孔隙率为20％至80％，且所述多孔基材的厚度范围为0.5μm至5μm，多孔基材的孔隙率为20％至80％。


3.根据权利要求1所述的电化学装置，所述聚合物粘结剂包含聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，
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