一种包含保护层的电化学装置及电子装置的制作方法

本申请涉及储能领域，具体涉及一种包含保护层的电化学装置及电子装置。

背景技术：

1、随着电子产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机和平板电脑等的普及，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)的安全性要求也越来越高。然而，目前锂离子电池在使用过程中，仍然存在由于外力撞击或穿刺等原因造成的着火、爆炸等安全事故，限制了锂离子电池的广泛应用。其中，正极集流体(如铝箔)与负极活性材料层之间的短路是最容易导致安全事故的一种。因此，亟需一种能够改善锂离子电池安全性能的技术手段。

技术实现思路

1、根据本申请的一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括正极，所述正极包括正极集流体、第一保护层和第一正极活性材料层。所述正极集流体包括相对的第一表面和第二表面。所述第一保护层设置于所述第一表面与所述第一正极活性材料层之间。所述第一表面包含第一区域和第二区域，所述第一区域上设有所述第一正极活性材料层，所述第二区域上未设有所述第一正极活性材料层。所述第一区域的面积为a1 cm2，所述第二区域的面积为a2 cm2，所述第一保护层的面积为a3 cm2，满足：0.5≤a3/(a1+a2)≤1。通过满足0.5≤a3/(a1+a2)≤1，正极集流体的第一表面能够得到第一保护层充分的保护，在受到外力撞击或穿刺的过程中，第一保护层能够隔绝正极集流体与负极活性材料层之间的导通，从而抑制最危险的正极集流体与负极活性材料层之间短路的发生，提高电化学装置的安全性能。

2、在一些实施例中，所述正极为卷绕结构，所述卷绕结构包括位于所述卷绕结构内侧的卷绕起始端和位于所述卷绕结构外侧的卷绕末端，所述第二区域位于所述卷绕末端，且0＜a2/a1≤0.2。此时，第二区域位于卷绕结构的外侧，在受到外力撞击或穿刺的过程中，即使第二区域发生短路，由于其表面无正极活性材料层，其电子传导路径较长，能够降低短路电流，从而降低电化学装置发生着火、爆炸的风险。

3、在一些实施例中，所述第一区域上的所述第一保护层的面积为b1 cm2，满足：0.8≤b1/a1≤1。当穿刺物刺穿第一区域时，若发生正极集流体与负极活性材料层之间的短路，由于第一区域上设有正极活性材料层，此时电子传导路径较短，瞬时短路电流将过大，容易发生着火、爆炸，通过满足0.8≤b1/a1≤1，正极集流体的第一区域能够获得第一保护层充分地保护，抑制第一区域处正极集流体与负极活性材料层之间短路的发生，从而提高电化学装置的安全性能。

4、在一些实施例中，所述第二区域上的所述保护层的面积为b2 cm2，其中满足0.5≤b2/a2≤1。此时，第二区域能够获得第一保护层充分地保护，抑制第二区域处正极集流体与负极活性材料层之间短路的发生，从而提高电化学装置的安全性能。

5、在一些实施例中，所述正极还包括第二正极活性材料层和位于所述第二表面与所述第二正极活性材料层之间的第二保护层；所述第二表面包括与所述第一区域相对的第三区域和与所述第二区域相对的第四区域；所述第三区域上的所述第二保护层的面积为c1，所述第四区域上的所述第二保护层的面积为c2，满足：0.8≤c1/a1≤1，和/或0.5≤c2/a2≤1。此时，第二区域和/或第四区域均能够获得第二保护层的充分保护，降低在穿刺过程中，正极集流体刺穿处的第二表面形成毛刺刺穿隔膜，导致发生最危险的正极集流体与负极活性材料层之间短路的风险，从而提高电化学装置的安全性能。

6、在一些实施例中，所述电化学装置在满充状态下，所述正极在所述第一区域的电阻值为r1，所述正极在所述第二区域的电阻值为r2，满足：1.5≤r1≤10.5；和/或1≤r2≤10。此时，电化学装置能够兼具优异的电化学性能和安全性能。

7、在一些实施例中，所述第一保护层包含第一无机颗粒、第一粘结剂和第一导申剂。

8、在一些实施例中，所述第二保护层包含第二无机颗粒、第二粘结剂和第二导电剂。

9、在一些实施例中，所述第一粘结剂和/或所述第二粘结剂满足如下特征中的至少一者：(1)包含丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸盐、丙烯腈或丙烯酸酯中的至少一种形成的聚合物；(2)包含羧甲基纤维素盐或丁腈橡胶中的至少一者。

10、在一些实施例中，所述第一粘结剂和/或所述第二粘结剂为水性粘结剂。

11、在一些实施例中，所述第一无机颗粒和/或所述第二无机颗粒包含氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、硬水铝石、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述第一导电剂和/或所述第二导电剂包含片层状、网状、线状或颗粒状导电剂中的至少一种。

13、在一些实施例中，基于所述第一保护层的质量，所述第一无机颗粒的质量百分比为60％至99％。在一些实施例中，基于所述第一保护层的质量，所述第一粘结剂的质量百分比为0.5％至22％。在一些实施例中，基于所述第一保护层的质量，所述第一导电剂的质量百分比为0.1％至11％。

14、在一些实施例中，基于所述第二保护层的质量，所述第二无机颗粒的质量百分比为60％至99％。在一些实施例中，基于所述第二保护层的质量，所述第二粘结剂的质量百分比为0.5％至22％。在一些实施例中，基于所述第二保护层的质量，所述第二导电剂的质量百分比为0.1％至11％。

15、在一些实施例中，所述第一保护层还包含第一流平剂；和/或所述第二保护层还包含第二流平剂。

16、在一些实施例中，基于所述第一保护层的质量，所述第一流平剂的质量百分比为大于0％且小于或者等于5％。在一些实施例中，基于所述第二保护层的质量，所述第二流平剂的质量百分比为大于0％且小于或者等于5％。

17、在一些实施例中，所述第一流平剂和/或所述第二流平剂包括硅氧烷类化合物、硅氧烷类衍生物、含氧烯烃聚合物、羧酸酯类化合物、羧酸盐类化合物、醇类化合物、醚类化合物或氟碳化合物中的至少一种。

18、根据本申请的另一方面，本申请涉及包含根据前述任一实施例所述的电化学装置的电子装置。

技术特征：

1.一种电化学装置，其包括正极，所述正极包括：

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极为卷绕结构，所述卷绕结构包括位于所述卷绕结构内侧的卷绕起始端和位于所述卷绕结构外侧的卷绕末端，所述第二区域位于所述卷绕末端，且0<a2/a1≤0.2。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一区域上的所述第一保护层的面积为b1cm2，满足：0.8≤b1/a1≤1。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第二区域上的所述第一保护层的面积为b2 cm2，满足：0.5≤b2/a2≤1。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极还包括第二正极活性材料层和位于所述第二表面与所述第二正极活性材料层之间的第二保护层；所述第二表面包括与所述第一区域相对的第三区域和与所述第二区域相对的第四区域；所述第三区域上的所述第二保护层的面积为c1，所述第四区域上的所述第二保护层的面积为c2，满足：0.8≤c1/a1≤1，和/或0.5≤c2/a2≤1。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置在满充状态下，所述正极在所述第一区域的电阻值为r1ω，所述正极在所述第二区域的电阻值为r2ω，满足：1.5≤r1≤10.5；和/或1≤r2≤10。

7.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，所述第一保护层包含第一无机颗粒、第一粘结剂和第一导电剂；和/或所述第二保护层包含第二无机颗粒、第二粘结剂和第二导电剂。

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述第一粘结剂和/或所述第二粘结剂满足如下特征中的至少一者：

9.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足如下特征中的至少一者：

10.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足如下特征中的至少一者：

11.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述第一保护层还包含第一流平剂，和/或所述第二保护层还包含第二流平剂，满足如下特征中的至少一者：

12.一种电子装置，其包括根据权利要求1-11中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请涉及一种电化学装置，其包括正极，所述正极包括正极集流体、第一保护层和第一正极活性材料层。所述正极集流体包括相对的第一表面和第二表面，所述第一保护层设置于所述第一表面与所述第一正极活性材料层之间。其中，所述第一表面包含第一区域和第二区域，所述第一区域上设有所述第一正极活性材料层，所述第二区域上未设有所述第一正极活性材料层。所述第一区域的面积为A1cm<supgt;2</supgt;，所述第二区域的面积为A2cm<supgt;2</supgt;，所述第一保护层的面积为A3cm<supgt;2</supgt;，通过满足：0.5≤A3/(A1+A2)≤1，本申请的电化学装置具有显著提升的安全性能。

技术研发人员：韩冬冬,张青文,刘晓欠
受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15