电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置。本申请的电化学装置包括负极，负极包括多孔碳材料层和负极活性材料层；其中，多孔碳材料层包括多孔碳材料颗粒，多孔碳材料颗粒包括微孔、介孔和大孔中的至少两种孔，且至少两种孔相互连通，微孔的孔径＜2nm，2nm≤介孔的孔径≤50nm，50nm＜大孔的孔径≤500nm。本申请的电化学装置具有优异的大倍率充电性能和循环性能。充电性能和循环性能。充电性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学装置及电子装置


[0001]本申请涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置及电子装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池，具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和环境友好等众多优点，已经在智能手机、智能手环、数码相机和笔记本电脑等消费电子领域中获得了广泛地应用。锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔离膜等部分组成。其中，负极材料的选择会直接关系到电池的能量密度、快充性能。目前负极材料包括金属锂、石墨、软碳、硬碳以及硅锡等合金类。石墨因其较低且平稳的嵌锂电位(0.01V至0.2V)、稳定的循环性能、廉价和环境友好等综合优势占据了锂离子电池负极材料的主要市场。然而石墨的理论比容量较低(372mA
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h/g)，同时由于各向异性，不利于锂离子从各个方向嵌入，限制了锂离子的嵌入速度。受材料结构特性制约，石墨材料克容量逐渐趋于极限值，倍率或快充性能也已不能满足下游产品对电极组件日益增长的性能要求。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的问题，本申请提供一种电化学装置，该电化学装置具有优异的大倍率充电性能和好的循环性能。
[0004]本申请的第一方面提供了一种电化学装置，该电化学装置包括负极，该负极包括多孔碳材料层和负极活性材料层。其中，多孔碳材料层包括多孔碳材料颗粒，多孔碳材料颗粒包括微孔、介孔和大孔中的至少两种孔，且至少两种孔相互连通，微孔的孔径＜2nm，2nm≤介孔的孔径≤50nm，50nm＜大孔的孔径≤500nm。
[0005]本申请的多孔碳材料层中的多孔碳材料颗粒具有两级或两级以上的复合孔结构，例如微孔
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介孔，微孔
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介孔
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大孔、微孔
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大孔等。不同类型的孔之间至少部分互相贯通，使得锂离子可以借助大孔、介孔扩散。大孔和介孔的扩散通道宽，能够降低锂离子进入微孔的扩散阻力，进而改善高容量的活性材料层表面的析锂问题，有效提升电化学装置的大倍率快充性能，实现了高容量、高能量密度与快充性能的有益结合。
[0006]根据本申请的一些实施方式，多孔碳材料颗粒包括微孔和介孔，微孔与介孔至少部分互相连通。根据本申请的一些实施方式，多孔碳材料颗粒包括微孔和大孔，微孔与大孔互相连通。根据本申请的一些实施方式，多孔碳材料颗粒包括介孔和大孔，介孔与大孔互相连通。根据本申请的一些实施方式，多孔碳材料颗粒包括微孔、介孔和大孔，其中，微孔、介孔和大孔互相连通，即微孔与介孔互相连通，微孔与大孔互相连通，大孔与介孔互相连通。
[0007]根据本申请的一些实施方式，满足V1/(V1+V2+V3)≤20％，V1cm3/g为多孔碳材料颗粒的微孔孔容，V2cm3/g为多孔碳材料颗粒的介孔孔容，V3cm3/g为多孔碳材料颗粒的大孔孔容。本申请中，V1/(V1+V2+V3)≤20％时，微孔部分储锂位点比例降低，相较于硬碳，多孔碳材料颗粒没有明显的低电压平台，在大电流充电条件下不易产生锂枝晶。在本申请的一些实施方式中，1％＜V1/(V1+V2+V3)＜20％。在本申请的一些实施方式中，V1/(V1+V2+V3)
＜10％。
[0008]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颗粒，该负极活性材料颗粒包括微孔、介孔和大孔中的至少两种孔，且满足V1/(V1+V2+V3)＜P1/(P1+P2+P3)，其中，微孔的孔径＜2nm，2nm≤介孔的孔径≤50nm，50nm＜大孔的孔径≤500nm，V1cm3/g为多孔碳材料颗粒的微孔孔容，V2cm3/g为多孔碳材料颗粒的介孔孔容，V3cm3/g为多孔碳材料颗粒的大孔孔容；P1cm3/g为负极活性材料颗粒的微孔孔容，P2cm3/g为负极活性材料颗粒的介孔孔容，P3cm3/g为负极活性材料颗粒的大孔孔容。
[0009]本申请中，多孔碳材料颗粒的微孔的占比小于负极活性材料颗粒的微孔的占比，有利于锂离子从多孔碳材料层向负极活性材料层扩散，改善负极极片表面析锂。多孔碳材料颗粒的微孔的占比过大时，不利于锂离子向负极活性材料层扩散，从而导致析锂。
[0010]根据本申请的一些实施方式，P1/(P1+P2+P3)＞25％。控制负极活性材料颗粒的微孔的占比，有利于平衡储锂容量，以及离子扩散速率和快速充电能力。
[0011]根据本申请的一些实施方式，所述负极满足以下条件(a)至(d)中的至少一者：
[0012](a)所述多孔碳材料层的单位面积涂覆质量小于所述负极活性材料层的单位面积涂覆质量；
[0013](b)所述多孔碳材料层的厚度小于所述负极活性材料层的厚度；
[0014](c)所述多孔碳材料颗粒包括活性炭、硬碳、软碳、碳纤维或碳纳米管中的至少一种；
[0015](d)所述负极活性材料层包括负极活性材料颗粒，所述负极活性材料颗粒包括硬碳或石墨中的至少一种。
[0016]根据本申请的一些实施方式，多孔碳材料层的单位面积涂覆质量小于负极活性材料层的单位面积涂覆质量。压实密度是影响电极组件体积能量密度的关键参数之一。为了满足更高的体积能量密度，极片应有较大的压实密度。本申请中，多孔碳材料层的质量小于负极活性材料层的质量，有利于提高复合层(多孔碳材料层和负极活性材料层)的整体压实密度，同时降低对电化学装置的快充性能和循环性能的影响。在本申请的一些实施方式中，多孔碳材料层包括多孔碳材料颗粒，负极活性材料层包括硬碳。多孔碳材料层采用了具有多级孔结构且各类型的孔之间至少部分贯通的多孔碳材料，锂离子可以借助大孔和介孔扩散。大孔和介孔的扩散通道宽，降低了锂离子进入微孔的扩散阻力，有利于大倍率快充性能，延缓了极片表面析锂。因此，多孔碳材料层在扩散动力学或快充性能上，优于负极活性材料硬碳层，极大改善单层硬碳负极在应用中的快充析锂问题，实现了高容量、高能量密度与快充性能的有益结合。此外，极片表面析锂问题的改善，除了增益快充性能之外，也有利于抑制电极组件变形，改善电化学装置的外观和安全性能。
[0017]根据本申请的一些实施方式，该负极还包括负极集流体，负极活性材料层位于多孔碳材料层和负极集流体之间。
[0018]根据本申请的一些实施方式，该负极还包括位于负极活性材料层和负极集流体之间的导电层。在一些实施例中，导电层包括导电材料，导电材料包括导电炭黑、碳纳米纤维、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。在负极活性材料层和负极集流体之间设置导电层，可以提高负极活性层和负极集流体之间的粘接力，改善导电接触。
[0019]根据本申请的一些实施方式，本申请的电化学装置还包括隔离膜，多孔碳材料层
位于隔离膜和负极活性材料层之间。
[0020]根据本申请的一些实施方式，本申请的电化学装置还包括隔离膜，多孔碳材料层与隔离膜相接触。
[0021]本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括第一方面的电化学装置。
[0022]本申请通过在负极设置多孔碳材料层，利用多孔碳材料颗粒特殊的孔结构，有效增强了锂离子在负极活性材料层中的扩散，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学装置，包括负极，所述负极包括多孔碳材料层和负极活性材料层；其中，所述多孔碳材料层包括多孔碳材料颗粒，所述多孔碳材料颗粒包括微孔、介孔和大孔中的至少两种孔，且所述至少两种孔相互连通，所述微孔的孔径＜2nm，2nm≤所述介孔的孔径≤50nm，50nm＜所述大孔的孔径≤500nm。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，V1/(V1+V2+V3)≤20％，V1 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述微孔孔容，V2 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述介孔孔容，V3 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述大孔孔容。3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，V1/(V1+V2+V3)≤10％。4.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包括负极活性材料颗粒，所述负极活性材料颗粒包括所述微孔、所述介孔和所述大孔中的至少两种孔，且满足V1/(V1+V2+V3)＜P1/(P1+P2+P3)，V1 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述微孔孔容，V2 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述介孔孔容，V3 cm3/g为所述多孔碳材料颗粒的所述大孔孔容；P1 cm3/g为所述负极活性材料颗粒的所述微孔孔容，P2 cm3/g为所述负极活性材料颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑强，张会斌，高潮，
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：