电化学装置的制作方法

本申请涉及电化学装置，且更具体来说涉及一种具有改进的安全性能的电化学装置。

背景技术：

目前，电化学装置，例如电池，的应用越来越广泛，已经与人们的日常生活息息相关。随着智能电子产品的迅速发展，对电化学装置的能量密度要求越来越高。然而，电池的安全性仍无法得到有效保障，在用户端偶尔会出现因外力刺破电池导致的安全问题，严重者甚至引起电池爆炸。在外力刺破电池的各种情形中，电芯侧面尤其容易被刺破。这种情况对于高容量密度的电池尤为明显。因此，随着电池的大量普及，其使用者、售后端及电池生产厂商都对电池的安全性能提出了新的要求。

有鉴于此，确有必要提供一种安全性能良好的、具有高容量密度的电化学装置，例如，锂离子电池。

技术实现要素：

本申请实施例通过提供一种电化学装置以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。

在一个实施例中，本申请提供一种电化学装置，包括：电芯和壳体，所述壳体收容所述电芯；其中，所述电芯包括间隔设置的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜，所述第一极片和所述第二极片卷绕形成所述电芯；所述第一极片包括第一集流体，所述第一集流体包括相对设置的第一表面和第二表面；所述第一表面朝向壳体，所述第一表面包括设置有第一活性物质的涂覆区和未设置所述第一活性物质的未涂覆区；所述未涂覆区包括设置于卷绕收尾端的第一未涂覆区，所述第一未涂覆区包括交替设置的弯折段和平直段；所述弯折段设置有绝缘层。

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是对比例1的电芯结构的示意图。

图2是对比例2的电芯结构的示意图。

图3是对比例3的电芯结构的示意图。

图4是实施例1的电芯结构的示意图。

图5是实施例2、9、10和11的电芯结构的示意图。

图6是实施例3和4的电芯结构的示意图。

图7是实施例5的电芯结构的示意图。

图8是实施例6的电芯结构的示意图。

图9是实施例7的电芯结构的示意图。

图10是实施例8的电芯结构的示意图。

图11是实施例3、7、9、10和11的电芯结构的上表面的俯视图。

图12是实施例2、3、6和7的电芯结构的下表面的仰视图。

图13是对比例1、2和3的正极极片的示意图。

图14是实施例1、2、3、4、9、10和11中的正极极片的示意图。

图15是实施例1和5中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图16是实施例2、9、10和11中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图17是实施例3中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图18是实施例4中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图19是实施例5、6、7和8中的正极极片的示意图。

图20是实施例6中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图21是实施例7中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图22是实施例8中的正极极片的涂覆有绝缘层的表面的俯视图。

图23是对比例1和3以及实施例1-11中的负极极片的示意图。

图24是对比例2中的负极极片的示意图。

图25是穿钉测试的示意图，图25(a)是从左侧穿钉的示意图，图25(b)是从右侧穿钉的示意图。

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。

如本申请中所使用，术语“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％。另外，有时在本申请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。

在有效评估电化学装置(例如锂离子电池，下文以锂离子电池为例进行说明)安全性能的测试中最严格的测试为穿钉测试：用一定直径的尖头钢钉以一定的速度刺穿锂离子电池，使锂离子电池发生短路。短路类型可概括为两种：锂离子电池极片的内短路，即锂离子电池极片在穿钉过程中接触、导通以形成短路，和极片通过钉子间接产生的短路，即锂离子电池极片未直接导通，但是均与穿钉的钉子接触；由于钉子本身是钢质材料可以导电，从而将极片导通。

具体来说，锂离子电池在穿钉过程中会发生四种短路模式：第一活性物质层-第二活性物质层，第一活性物质层-第二集流体，第一集流体-第二集流体和，第一集流体-第二活性物质层。本申请所公开的第一极片和第二极片为性质相反的两种极片。因此上述第一活性物质层与第二活性物质层为相对应的两种活性物质层。上述第一活性物质层可以是正极活性物质层，也可以是负极活性物质层；第二活性物质层可以是负极活性物质层，也可以是正极活性物质层；第一集流体可以是正极集流体，也可以是负极集流体；第二集流体可以是负极集流体，也可以是正极集流体。上述正极集流体可以是铝箔，负极集流体可以是铜箔。

现有技术在制备电芯时会在电芯收尾时卷绕一层裸露的铜箔和一层裸露的铝箔，使得在电芯受到钢钉等外力刺破时形成铜-铝短路，以减少活性物质区的热积累，起到分流散热的作用，从而避免活性物质热失控导致的电芯燃烧，甚至爆炸。然而，对于功率较高或容量较大的电芯，即使在电芯受到钢钉等外力刺破时形成铜-铝短路，电芯内也会积累大量热量，引起活性物质的热失控，从而导致电芯燃烧，甚至爆炸。

为了避免电芯受到钢钉等外力刺破时产生大量热积累同时保持电芯具有较高的能量密度，本申请提供一种电化学装置，包括：电芯和壳体，所述壳体收容所述电芯；其中，所述电芯包括间隔设置的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜，所述第一极片和所述第二极片卷绕形成所述电芯；所述第一极片包括第一集流体，所述第一集流体包括相对设置的第一表面和第二表面；所述第一表面朝向壳体，所述第一表面包括设置有第一活性物质的涂覆区和未设置所述第一活性物质的未涂覆区；所述未涂覆区包括设置于卷绕收尾端的第一未涂覆区，所述第一未涂覆区包括交替设置的弯折段和平直段；所述弯折段设置有绝缘层。在一些实施例中，所述第一平直段为卷绕后的电芯结构的上表面，且所述第二平直段为卷绕后的电芯结构的下表面。在一些实施例中，所述第一平直段为卷绕后的电芯结构的下表面，且所述第二平直段为卷绕后的电芯结构的上表面。在一些实施例中，所述第一弯折段为卷绕后的电芯结构的左侧面，且所述第二弯折段为卷绕后的电芯结构的右侧面。在一些实施例中，所述第一弯折段为卷绕后的电芯结构的右侧面，且所述第二弯折段为卷绕后的电芯结构的左侧面。

根据本申请的实施例，所述弯折段包括第一弯折段和第二弯折段；所述平直段包括第一平直段和第二平直段；所述第一弯折段设置有绝缘层。

根据本申请的实施例，所述第二弯折段设置有绝缘层。

根据本申请的实施例，所述弯折段进一步包括与第一弯折段对应设置的第三弯折段；所述第三弯折段设置有绝缘层。

根据本申请的实施例，所述平直段至少部分设置有绝缘层。

根据本申请的实施例，所述绝缘层在所述平直段的涂覆率为约5％-约100％。在一些实施中，所述绝缘层在所述平直段的涂覆率为约10％-约100％。在一些实施中，所述绝缘层在所述平直段的涂覆率为约10％-约75％。相比于完全涂覆(即，涂覆率为100％)，部分涂覆绝缘层可降低成品电芯的厚度，增加锂离子电池的电芯能量密度，使得锂离子电池既具有良好的安全性能，也具有改善的电化学性能。

根据本申请的实施例，所述绝缘层具有不小于约0.5μm的厚度。在一些实施例中，所述绝缘层具有约0.5μm-约20μm的厚度。在一些实施中，所述绝缘层具有约10μm-约20μm的厚度。在一些实施中，所述绝缘层具有约10μm-约15μm的厚度。

根据本申请的实施例，在所述卷绕收尾端，所述第二极片不包括未设置第二活性物质的第二集流体。

根据本申请的实施例，所述绝缘层包括绝缘物质，所述绝缘物质包括，但不限于，无机氧化物和高分子粘结剂或其组合；所述无机氧化物包括，但不限于，氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆、氧化钙和勃姆石中的至少一种；所述高分子粘结剂包括，但不限于，聚偏氟乙烯、丁苯橡胶和聚丙烯酸酯中的至少一种。

根据本申请的部分实施例，所述第一极片为正极极片，且所述第二极片为负极极片。当然，根据本申请的部分实施例，所述第一极片也可以是负极极片，且所述第二极片可以是正极极片。下文中，有时以正极极片作为第一极片、正极活性物质层作为第一活性物质层并且以正极集流体作为第一集流体；以负极极片作为第二极片、负极活性物质层作为第二活性物质层并且以负极集流体作为第二集流体进行说明。

根据本申请的实施例，所述电化学装置包括，但不限于，锂离子电池。

在上述锂离子电池中，正极集流体可以为铝箔或镍箔，负极集流体可为铜箔或镍箔。

下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。

实施例

以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。

对比例1

如图13所示，正极活性物质层1304单面涂覆区域后留有裸露的铝箔1303。正极集流体不涂覆绝缘层。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图1所示，其包括铜箔101、石墨102、铝箔103、钴酸锂104和双面胶105。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段107和108和弯折段109和110。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

对比例2

如图13所示，正极活性物质层1304的单面涂覆区域后留有裸露的铝箔1303。正极集流体不涂覆绝缘层。如图24所示，负极活性物质层2402的对齐端的裸露的铜箔2401的长度为电芯外圈宽度的2.1-2.3倍。卷绕后的电芯结构如图2所示，其包括铜箔201、石墨202、铝箔203、钴酸锂204和双面胶205。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段207和208和弯折段209和210。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的约2.25倍面积。

对比例3

如图13所示，正极活性物质层1304的单面涂覆区域后留有裸露的铝箔1303。正极集流体不涂覆绝缘层。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图3所示，其包括铜箔301、石墨302、铝箔303、钴酸锂304和双面胶305。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段307和308和弯折段309和310。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的约2.25倍面积。

实施例1

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图15所示，在正极集流体1503的具有较短的正极活性物质层1504的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1506，其在卷绕后面向包装壳。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率为100％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图4所示，其包括铜箔401、石墨402、铝箔403、钴酸锂404、双面胶405和绝缘层406。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段407和408和弯折段409和410。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例2

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图16所示，在正极集流体1603的具有较短的正极活性物质层1604的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1606，其在卷绕后面向包装壳。电芯的下表面的中间未涂覆绝缘层(如图12所示，其中1203为铝箔，1206为绝缘层)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为60％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图5所示，其包括铜箔501、石墨502、铝箔503、钴酸锂504、双面胶505和绝缘层506。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段507和508和弯折段509和510。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例3

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图17所示，在正极集流体1703的具有较短的正极活性物质层1704的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1706，其在卷绕后面向包装壳。电芯的上表面和下表面的中间未涂覆绝缘层(如图11和12所示，其中1103和1203为铝箔，1106和1206为绝缘层，1105为双面胶)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为20％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图6所示，其包括铜箔601、石墨602、铝箔603、钴酸锂604、双面胶605和绝缘层606。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段607和608和弯折段609和610。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例4

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图18所示，在正极集流体1803的具有较短的正极活性物质层1804的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1806，其在卷绕后面向包装壳。电芯的上表面和下表面未涂覆绝缘层。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为10％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图6所示，其包括铜箔601、石墨602、铝箔603、钴酸锂604、双面胶605和绝缘层606。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段607和608和弯折段609和610。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例5

如图19所示，正极活性物质层1904的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1906)后没有裸露的铝箔1903。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图15所示，在正极集流体1503的具有较短的正极活性物质层1504的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1506，其在卷绕后面向包装壳。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率为100％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图7所示，其包括铜箔701、石墨702、铝箔703、钴酸锂704、双面胶705和绝缘层706。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段707和708和弯折段709和710。

实施例6

如图19所示，正极活性物质层1904的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1906)后没有裸露的铝箔1903。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图20所示，在正极集流体2003的具有较短的正极活性物质层2004的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层2006，其在卷绕后面向包装壳。电芯的下表面的中间未涂覆绝缘层(如图12所示，其中1203为铝箔，1206为绝缘层)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为55％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图8所示，其包括铜箔801、石墨802、铝箔803、钴酸锂804、双面胶805和绝缘层806。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段807和808和弯折段809和810。

实施例7

如图19所示，正极活性物质层1904的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1906)后没有裸露的铝箔1903。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图21所示，在正极集流体2103的具有较短的正极活性物质层2104的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层2106，其在卷绕后面向包装壳。电芯的上表面和下表面的中间未涂覆绝缘层(如图11和12所示，其中1103和1203为铝箔，1106和1206为绝缘层，1105为双面胶)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为15％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图9所示，其包括铜箔901、石墨902、铝箔903、钴酸锂904、双面胶905和绝缘层906。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段907和908和弯折段909和910。

实施例8

如图19所示，正极活性物质层1904的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1906)后没有裸露的铝箔1903。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图22所示，在正极集流体2203的具有较短的正极活性物质层2204的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层2206，其在卷绕后面向包装壳。电芯的上表面和下表面未涂覆绝缘层。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为5％，厚度为20μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图10所示，其包括铜箔1001、石墨1002、铝箔1003、钴酸锂1004、双面胶1005和绝缘层1006。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段1007和1008和弯折段1009和1010。

实施例9

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图16所示，在正极集流体1603的具有较短的正极活性物质层1604的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1606，其在卷绕后面向包装壳。电芯的下表面的中间未涂覆绝缘层(如图12所示，其中1203为铝箔，1206为绝缘层)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为60％，厚度为10μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图5所示，其包括铜箔501、石墨502、铝箔503、钴酸锂504、双面胶505和绝缘层506。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段507和508和弯折段509和510。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例10

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图16所示，在正极集流体1603的具有较短的正极活性物质层1604的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1606，其在卷绕后面向包装壳。电芯的下表面的中间未涂覆绝缘层(如图12所示，其中1203为铝箔，1206为绝缘层)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为60％，厚度为5μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图5所示，其包括铜箔501、石墨502、铝箔503、钴酸锂504、双面胶505和绝缘层506。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段507和508和弯折段509和510。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

实施例11

如图14所示，正极活性物质层1404的单面涂覆区域(涂覆绝缘层1406)后留有裸露的铝箔1403。将勃姆石和pvdf按质量比98:2溶于nmp中，搅拌均匀制成绝缘物质浆料。如图16所示，在正极集流体1603的具有较短的正极活性物质层1604的表面上，沿卷绕方向将绝缘物质浆料涂覆于裸露铝箔上，形成绝缘层1606，其在卷绕后面向包装壳。电芯的下表面的中间未涂覆绝缘层(如图12所示，其中1203为铝箔，1206为绝缘层)。绝缘层涂覆电芯最外圈的左侧面、右侧面以及次外圈的左侧面；且绝缘层在上述平直段，即电芯最外圈上下表面的覆盖率约为60％，厚度为0.5μm。如图23所示，负极活性物质层2302的对齐端留有1mm裸露的铜箔2301。卷绕后的电芯结构如图5所示，其包括铜箔501、石墨502、铝箔503、钴酸锂504、双面胶505和绝缘层506。电芯结构的最外圈包括交替设置的平直段507和508和弯折段509和510。裸露的铝箔约覆盖电芯最外圈空箔区平直段，即最外圈上下表面的1/4面积。

通过下列方法对上述对比例中、实施例所得电池进行性能测试，测试方法如下：

(1)锂离子电池的穿钉测试

将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以0.7c恒流充电至电压为4.4v，然后以4.4v恒压充电至电流为0.02c。将满充的锂离子电池转移至穿钉测试机上，保持测试环境温度25℃，用直径为4mm的钢钉，以30mm/s的速度匀速从电芯左侧和右侧穿过锂离子电池中心(如图25(a)和图25(b)所示)，保留300s，锂离子电池不冒烟、不起火、不爆炸记为通过。每次测试32块锂离子电池，以通过穿钉测试的锂离子电池数量作为评价锂离子电池安全性能的指标。

(2)锂离子电池的电芯能量密度测试

用700g软包电池测厚仪测量电芯的厚度，通过下式计算电芯能量密度：

电芯能量密度＝(电芯容量×平台电压/电芯体积)

其中电芯容量为3.3ah，电芯平台电压3.85v，电芯体积＝(电芯长度×电芯宽度×电芯厚度)。

下表展示了各对比例和实施例的变量设置和测试结果。

由上述结果可以看出，使用绝缘层至少部分地保护正极集流体的未被活性物质覆盖的区域可以提高锂离子电池的安全性能。由对比例2可以看出，对于容量3ah的电芯，铜-铝短路形成的热积累足以使活性物质发生热失控，导致电芯燃烧。也就是说，对于高容量电芯受到外力刺破时，传统的在电芯收尾时卷绕一层裸露的铜箔和一层裸露的铝箔的方法无法保证锂离子电池的安全性。由对比例3可以看出，在正极极片的尾端设置较长的铝箔增加了铝-负极短路的机会，无法保证锂离子电池的安全性。实施例1-11在正极集流体的具有较短的正极活性物质层的表面上，沿卷绕方向至少部分地涂覆绝缘层于裸露铝箔上，使绝缘层在卷绕后面向包装壳。这种构造显著降低了铝-负极短路的机会，显著改善了锂离子电池的穿钉测试通过率，从而显著提高锂离子电池的安全性能。相比于在裸露的铝箔上完全绝缘层，部分涂覆绝缘层可提高锂离子电池的电芯能量密度。

整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。

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、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。