一种正极及使用其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，具体涉及一种正极及使用该正极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严格。锂离子电池在生产过程中不可避免涉及正极或负极的分切工序和压实工序。一般集流体为铜箔、铝箔或不锈钢等金属箔，这些金属箔材在分切过程中受本征机械性能和分切设备状态的影响，会在分切处留下金属毛刺等瑕疵。这种金属毛刺如不处理，在锂离子电池受到外部挤压时，将刺穿隔离膜，从而导致正极、负极内短路，最终导致电池发热冒烟或起火爆炸等严重后果。

技术实现思路

1、根据本申请的一方面，本申请涉及一种电化学装置，其包含正极，所述正极包括：正极集流体和位于所述正极集流体表面的膜层；所述膜层包括正极活性材料层和位于所述正极集流体与所述正极活性材料层之间的功能层；所述正极活性材料层与所述功能层之间的粘结力为f1 n/m，所述功能层与所述正极集流体之间的粘结力为f2 n/m，满足0.1≤f1/f2≤0.5。

2、通过在正极集流体和正极活性材料层之间设置功能层，并使f1/f2在上述范围内，一方面，f1/f2≥0.1，能够保证正极活性材料层与功能层之间的粘结性不比功能层与集流体之间的粘结性弱太多，在受到外部挤压时，可以降低正极活性材料层与功能层之间脱落的风险，防止由于正极活性材料层的脱落导致内短路的发生；另一方面，f1/f2≤0.5，能够确保在受到外部挤压时，功能层能够更好地随着正极集流体进行延展，从而降低金属毛刺刺穿隔离膜导致内短路的风险，进而提高电化学装置的安全性能。

3、在一些实施例中，10≤f1≤30。f1在上述范围，能够进一步确保正极活性材料层与功能层之间的粘结性，降低在受到外部挤压时，正极活性材料层与功能层之间脱落的风险，进而提高电化学装置的安全性能。

4、在一些实施例中，50≤f2≤300。f2在上述范围内，能够进一步降低功能层与正极集流体脱落的风险，提高功能层随正极集流体的延展性，在受到外部挤压时，降低金属毛刺刺穿隔离膜导致内短路的风险。

5、在一些实施例中，所述功能层的厚度为t1μm，所述正极活性材料层的厚度为t2μm，满足0.5≤t1≤10；5≤t2/t1≤20。t1在上述范围内，能够提高功能层对金属毛刺的遮蔽作用，从而降低在受到外部挤压时，金属毛刺刺穿隔离膜导致内短路的风险；同时，t2/t1在上述范围内，能够使功能层的厚度和正极活性材料层的厚度更匹配，使得电化学装置在具有较优的能量密度的同时，安全性能也得到进一步提升，使电化学装置具有较优的综合性能。

6、在一些实施例中，所述膜层氮气氛下通过热重分析检测在600℃时的失重率为a％，所述电化学装置在满充状态下，所述正极的电阻为rω，满足如下条件中的至少一者：(i)0.1a≤r≤10a；(ii)1≤a≤20；(iii)10≤r≤50。

7、在一些实施例中，所述膜层的微商热重分析曲线在300℃至400℃范围内有第一峰且在410℃至600℃范围内有第二峰，所述第一峰的面积与所述第二峰的面积比为x，满足0.1≤x≤0.5。此时，功能层中的粘结剂具有较高的热稳定性，能够抑制高温下功能层与正极集流体的脱落，从而进一步提高电化学装置的安全性能。

8、在一些实施例中，氮气氛下通过热重分析检测，所述功能层在600℃时的失重率为(100-a1)％，所述正极活性材料层在600℃时的失重率为(100-a2)％，满足如下条件中的至少一者：(i)80≤a1≤95；(ii)95≤a2≤99；(iii)1≤a2/a1＜1.3。

9、在一些实施例中，所述功能层包含第一颗粒、第一导电剂、第一粘结剂。

10、在一些实施例中，所述第一颗粒包含第一金属元素，所述第一金属元素包含al、mg、ca、ti、ce、zn、y、hf、zr、ba、sn或ni中的至少一种，其中基于所述功能层的质量，所述第一颗粒的质量百分比为a％，满足1≤a≤≤40。

11、在一些实施例中，所述第一导电剂包含石墨烯、碳纳米管、碳黑、石墨纤维或导电碳中的至少一种，其中，基于所述功能层的质量，所述第一导电剂的质量百分比为b％，满足0.3≤b≤5。

12、在一些实施例中，所述功能层还包含第三颗粒，所述第三颗粒包含锂以及第二金属元素，所述第二金属元素包含fe、mn、al、mg、co或ni中的至少一种，其中，基于所述功能层的质量，所述第三颗粒的质量百分比为c％，满足40≤c≤94.5。

13、在一些实施例中，所述第一粘结剂包含丙烯酸、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，其中，基于所述功能层的质量，所述第一粘结剂的质量百分比为d％，满足3≤d≤15。

14、在一些实施例中，所述第一粘结剂为水性粘结剂。

15、在一些实施例中，所述功能层还包含流平剂，所述流平剂包含硅氧烷类化合物、含氧烯烃聚合物、羧酸盐类化合物、羧酸酯类化合物、醇类化合物、醚类化合物、或氟碳化合物中的至少一种，基于所述功能层的质量，所述流平剂的质量百分比小于或等于1％。

16、在一些实施例中，所述第一颗粒包含氧化铝、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、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、水铝石、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种；所述第三颗粒包含磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂中的至少一种。

17、在一些实施例中，所述正极活性材料层包括第二粘结剂，所述第二粘结剂与第一粘结剂组成不同，基于所述功能层的质量，所述第一粘结剂的质量百分含量为w1％，基于所述正极活性材料层的质量，所述第二粘结剂的质量百分含量为w2％，w2＜w1。

18、在一些实施例中，所述正极活性材料层包含活性材料、第二导电剂和第二粘结剂，其中，基于所述正极活性材料层的质量，所述活性材料的质量百分比为95％至98.5％，所述第二导电剂的质量百分比为0.5％至2％，所述第二粘结剂的质量百分比为1％至3％。

19、在一些实施例中，所述第二粘结剂包含聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸钠、丁腈橡胶或聚丙烯酸酯中的至少一种。

20、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，其包含正极，所述正极包括：

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极满足如下条件中的至少一者：

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层的厚度为t1μm，所述正极活性材料层的厚度为t2μm，满足0.5≤t1≤10；5≤t2/t1≤20。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述膜层氮气氛下通过热重分析检测在600℃时的失重率为a％，所述电化学装置在满充状态下，所述正极的电阻为rω，满足如下条件中的至少一者：(i)0.1a≤r≤10a；(ii)1≤a≤20；(iii)10≤r≤50。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述膜层的微商热重分析曲线在300℃至400℃范围内有第一峰且在410℃至600℃范围内有第二峰，所述第一峰的面积与所述第二峰的面积比为x，满足0.1≤x≤0.5。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，氮气氛下通过热重分析检测，所述功能层在600℃时的失重率为(100-a1)％，所述正极活性材料层在600℃时的失重率为(100-a2)％，满足如下条件中的至少一者：

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层包含第一颗粒、第一导电剂、第一粘结剂，满足如下条件中的至少一者：

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述正极活性材料层包括第二粘结剂，所述第二粘结剂与所述第一粘结剂组成不同，基于所述功能层的质量，所述第一粘结剂的质量百分含量为w1％，基于所述正极活性材料层的质量，所述第二粘结剂的质量百分含量为w2％，w2＜w1。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极活性材料层包含活性材料、第二导电剂和第二粘结剂，满足如下条件中的至少一者：

10.一种电子装置，其包含根据权利要求1-9中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请公开一种电化学装置，其包含正极，所述正极包括：正极集流体和位于所述正极集流体表面的膜层；所述膜层包括正极活性材料层和位于所述正极集流体与所述正极活性材料层之间的功能层。所述正极活性材料层与所述功能层之间的粘结力为F1N/m，所述功能层与所述正极集流体之间的粘结力为F2N/m，通过满足0.1≤F1/F2≤0.5，能够显著提升电化学装置的安全性能。

技术研发人员：陈梅锋,刘晓欠,韩冬冬,刘胜奇
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