CN109980177B - 电极极片和包含所述电极极片的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电极极片和包含所述电极极片的电化学装置。本申请所述的阳极极片包括阳极第一区和阳极第二区，其中所述阳极第二区的直流阻抗值RA2小于或等于所述阳极第一区的直流阻抗值RA1的98％。本申请所述的阴极极片包括阴极第一区和阴极第二区，其中所述阴极第二区的直流阻抗值RC2大于所述阴极第一区的直流阻抗值RC1。当将本申请所述的阳极极片和/或阴极极片应用于电化学装置时，能够有效地降低锂枝晶的形成，改善电化学装置的安全性。

Description

电极极片和包含所述电极极片的电化学装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及电极极片和包含所述电极极片的电化学装置。
背景技术
随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，人们对其中的电化学装置(例如，电池)的要求越来越严格。例如，人们不仅要求电池轻便，而且还要求电池拥有高容量和长的工作寿命。在众多的电池中，锂离子电池凭借其具有能量密度高、安全性高、自放电低、无记忆效应、工作寿命长等突出优点已经在市场上占据主流地位。
然而，到目前为止，电化学装置的安全性仍无法得到有效的保障。例如，当锂离子电池经过长期的充放电循环后，锂离子电池的电极极片，尤其是阳极极片的表面上会析出锂而形成锂枝晶。锂枝晶的形成很大程度上会戳破阳极极片和阴极极片之间的隔离膜，导致阴极极片和阳极极片直接接触而发生电化学短路，从而大大降低电芯的安全性。因此，提高电化学装置的安全性是本领域重要的研究课题。
发明内容
本申请提供一种电极极片以及包含所述电极极片的电芯和电化学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。
在一个实施例中，本申请提供了一种阳极极片，其包括阳极第一区和阳极第二区，其中所述阳极极片包括阳极基材和在所述阳极基材的至少一个表面上的阳极活性物质；且其中所述阳极第二区的直流阻抗值RA2小于或等于所述阳极第一区的直流阻抗值RA1的98％。
在一些实施例中，所述阳极第一区包括所述阳极极片的主体区，所述阳极第二区包括所述阳极极片的边缘区。
在一些实施例中，所述阳极第二区的阳极极片的厚度小于所述阳极第一区的阳极极片的厚度。
在一些实施例中，所述阳极第一区的阳极活性物质的中值粒径Dv50大于所述阳极第二区的阳极活性物质的Dv50。
在一些实施例中，所述阳极第一区的阳极活性物质包括石墨，且其中所述阳极第二区的阳极活性物质包括硬碳。
在一些实施例中，所述阳极第一区的阳极活性物质包括Si，且其中所述阳极第二区的阳极活性物质包括石墨和硬碳的混合物。
在一些实施例中，所述阳极极片还包括导电碳，且其中所述阳极第一区中的导电碳含量小于所述阳极第二区中的导电碳含量。
在一些实施例中，所述阳极第一区的基材的导电性差于所述阳极第二区的基材的导电性。
在一些实施例中，所述阳极第一区的基材包括在其表面上涂敷的底涂层，其中所述阳极第一区的底涂层的导电性差于所述阳极第二区的底涂层的导电性。
在一些实施例中，所述阳极还包括阳极第三区，且其中所述阳极第三区的直流阻抗值RA3小于或等于所述阳极第二区的直流阻抗值RA2。
在一些实施例中，所述阳极第三区的阳极极片的厚度小于所述阳极第二区的阳极极片的厚度。
在一些实施例中，所述阳极第三区经布置以与阳极第二区相邻但远离阳极第一区。
在一些实施例中，所述阳极还包括阳极第四区，其中所述阳极第四区包括绝缘材料。其中，所述绝缘材料包括陶瓷。
在一些实施例中，所述阳极第四区经布置于阳极基材的边缘处。
在一个实施例中，本申请提供了一种阴极极片，其包括阴极第一区和阴极第二区，其中所述阴极极片包括阴极基材和在所述阴极基材的至少一个表面上的阴极活性物质，其中所述阴极第二区的直流阻抗值RC2大于所述阴极第一区的直流阻抗值RC1。
在一些实施例中，所述阴极第一区包括阴极主体区，所述阴极第二区包括阴极边缘区。
在一些实施例中，所述阴极第二区的阴极极片的厚度小于所述阴极第一区的阴极极片的厚度。
在一些实施例中，所述阴极第一区的阴极活性物质包括多晶颗粒，所述阴极第二区的阴极活性物质包括单晶颗粒。在上述实施例中，所述阴极活性物质包括三元材料。
在一些实施例中，所述阴极第一区的阴极活性物质的Dv50小于所述阴极第二区的阴极活性物质的Dv50。
在一些实施例中，所述阴极活性物质包括经碳包覆的活性物质，其中所述阴极第一区的活性物质的碳包覆量大于所述阴极第二区的活性物质的碳包覆量。
在一些实施例中，所述阴极第一区的阴极活性物质包括三元材料，且其中所述阴极第二区的阴极活性物质包括钴酸锂。
在一些实施例中，所述阴极材料还包括导电碳，且其中所述阴极第一区中的阴极材料中的导电碳含量大于所述阴极第二区中的阴极材料中的导电碳含量。
在一些实施例中，所述阴极第一区的基材的导电性优于所述阴极第二区的基材的导电性。
在一些实施例中，所述阴极极片还包括阴极第三区，其中所述阴极第三区的直流阻抗值RC3大于或等于所述阴极第二区的直流阻抗值RC2。
在一些实施例中，所述阴极第三区的阴极极片的厚度小于所述阴极第二区的阴极极片的厚度。
在一些实施例中，所述阴极第三区经布置以与阴极第二区相邻但远离阴极第一区。
在一些实施例中，所述阴极还包括阴极第四区，其中所述阴极第四区包括绝缘材料。其中，所述绝缘材料包括陶瓷。
在一些实施例中，所述阴极第四区经布置于阴极基材的边缘处。
在一个实施例中，本申请提供了一种电芯，其包括：阴极极片，所述阴极极片包括阴极第一区和阴极第二区；阳极极片，所述阳极包括阳极第一区和阳极第二区；其中第一区的数值C1包括所述阳极第一区的直流阻抗值RA1与所述阴极第一区的直流阻抗值RC1的比值，其中第二区的数值C2包括所述阳极第二区的直流阻抗值RA2与所述阴极第二区的直流阻抗值RC2的比值，且其中C2<C1。
在一些实施例中，所述电芯中的所述阳极极片为上述实施例所述的阳极极片。
在一些实施例中，所述电芯中的所述阴极极片为上述实施例所述的阴极极片。
在一些实施例中，所述电芯中的所述阳极极片还包括上述实施例所述的阳极第三区和/或阳极第四区。
在一些实施例中，所述电芯中的所述阴极极片还包括上述实施例所述的阴极第三区和/或阴极第四区。
本申请通过在所述电芯的极片不同区进行不同阻抗设置，改善了所述电芯的极片不同区域锂沉积不均匀的问题，降低了锂枝晶形成的概率、及发生电化学短路的可能性，从而大大提高电芯的安全性。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示出了现有技术中的常见的电极极片的结构；
图2示出了本申请的一些实施例中的经分区的电极极片的结构示意图。
针对图1和2中的附图标记指代的含义，本申请说明如下：
附图标记1指示主体区；
附图标记2指示空箔区；
附图标记3指示基材；
附图标记4指示边缘薄区；
附图标记5指示边缘区。
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”、“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。
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。
术语“主体区”为涂敷主要的电极活性物质的区域或者涂敷电极活性物质的主要区域。例如，在本申请的一些实施例中，在电极极片的不同区域中分别涂敷不同的电极活性物质A和B，其中电极活性物质A为主要的电极活性物质，那么涂敷活性物质A的区域为主体区。再例如，在本申请的一些实施例中，在电极极片的不同区域C和D中涂敷相同的电极活性物质，其中区域C的面积大，那么区域C为主体区。
术语“边缘区”为距离主体区边缘几毫米到几十毫米(例如约3mm至约40mm)的区域。在本申请的一些实施例中，边缘区可以，但不限制为，距离主体区边缘约30mm的区域、距离主体区边缘约20mm的区域、距离主体区边缘约10mm的区域、或者距离主体区边缘约5mm的区域。
以锂离子电池为例，目前应用于锂离子电池的电极极片有多种结构类别，例如多极耳卷绕结构(MTW)、全极耳卷绕结构(FTW)、和叠片结构(Stack)等。通常，锂离子电池的电极极片包括基材(也称，集流体)和位于基材的至少一个表面上的电极活性物质，其中大多数的基材为金属材料以起到传递电子的作用，而电极活性物质则能够将化学能转化成电能。
图1示出了现有技术中的常见的电极极片的结构。如图1所示，在制备电极极片的过程中，现有技术通常会将极片分为主体区1(也称，活性物质区)、边缘薄区4、和空箔区2(也称，极耳区)，其中主体区1和边缘薄区4表面涂覆有相同的电极活性物质，但边缘薄区4的电极活性物质厚度一般小于主体区1的电极活性物质的厚度，空箔区为距离基材3边缘几毫米至几十毫米的区域而不涂敷任何电极活性物质以用于附接极耳，或空箔区本身作为极耳。
针对电极极片中的活性物质区，现有技术通常是不分区的。当将电极活性物质涂敷至活性物质区时，由于大多数的浆料呈现液体状态而具有流动性，这就导致相较于活性物质区，空箔区的电极活性物质较少且因此极片厚度较薄而形成边缘薄区4。
相较于主体区1，边缘薄区4具有较薄的电极活性物质，因此能够更容易地发生锂离子的嵌入和脱出。因此，电极极片薄区的阻抗小于主体区的阻抗，而不论该电极极片用作阳极极片(也称，负极极片)还是阴极极片(也称，正极极片)。
然而，对于现有技术的阳极极片而言，其薄区阻抗小于主体区阻抗的程度是不足够的。具体地，和主体区相比，当单位面积的阴极极片释放相同数量的锂离子时，尽管单位面积的阳极薄区的活性物质能够较快地嵌入锂离子，但是单位面积的阳极薄区中可嵌入锂离子的活性位点是较少的，因此单位面积的阳极薄区无法如主体区那样在短时间内完全接收这些锂离子，由此会导致一部分锂离子“囤积”在阳极薄区的表面。此外，对于现有技术的阴极极片而言，其薄区阻抗小于主体区阻抗，这会使得阴极薄区能够更快速地释放锂离子。因此，相较于主体区，阳极薄区在短时间内会“面临”大量的锂离子而无法快速接收，这也会导致一部分锂离子不得不“囤积”在阳极薄区的表面。在这种情形下，这些锂离子会在阳极薄区的表面上沉积形成锂枝晶。锂枝晶的形成很大程度上会戳破隔离膜，导致阴极极片和阳极极片直接接触而发生电化学短路，从而大大降低电芯的安全性。
至少为了克服上述缺陷，本申请提出了经分区的阳极极片、经分区的阴极极片以及电芯。具体地，本申请提出将阳极极片和/或阴极极片分成多个区域并进行差异涂布，通过调整不同区域的动力学性能来减轻电化学装置在充放电过程中的析锂程度，从而提高电化学装置的安全性。其中本申请采用参数“直流阻抗”来衡量极片的动力学性能。
图2示出了本申请的其中一些实施例中的经分区的电极极片的结构示意图。如图2所示，在本申请的一些实施例中，所述电极极片包括基材和在所述基材的至少一个表面上涂敷的电极活性物质，其中所述电极极片包括第一区(例如，主体区)和第二区(例如，边缘区)，且其中通过调整所述第一区和所述第二区的直流阻抗来实现上述目的。请注意，图2仅是为了便于本领域技术人员更好地理解本申请所述的技术方案而绘制的电极极片的结构示意图，而本申请所述的电极极片并非在任何细节上均与图2所示相同。例如，图2中的边缘区5的厚度看起来与主体区1的厚度相同，而本申请所述的电极极片事实上并不要求上述两个区域的厚度相同。
一、阳极极片
本申请的一个实施例提出了一种阳极极片，所述阳极极片包括阳极第一区和阳极第二区，其中所述阳极极片包括阳极基材和在所述阳极基材的至少一个表面上的阳极活性物质；且其中所述阳极第二区的直流阻抗值RA2小于或等于所述阳极第一区的直流阻抗值RA1的约98％。在一些实施例中，所述阳极第一区包括所述阳极主体区，而所述阳极第二区包括阳极边缘区。在一些实施例中，所述阳极第二区的阳极极片的厚度小于所述阳极第一区的阳极极片的厚度。
通过调整阳极极片薄区的直流阻抗值RA2以使其小于或等于阳极极片主体区的直流阻抗值RA1的约98％，相较于单位面积的阳极极片主体区，单位面积的阳极极片薄区能够更快速地嵌入锂离子。这就在一定程度上缓解锂离子在阳极极片薄区表面的囤积。据此，锂枝晶在阳极极片薄区表面形成的概率会大大降低，从而提高了电芯的安全性。
在本申请的一些实施例中，所述阳极第二区的直流阻抗值RA2小于或等于所述阳极第一区的直流阻抗值RA1的约95％、约90％、约85％、约80％、约75％、约70％、约65％、约60％、约55％或者约50％。
在本申请的一些实施例中，可以通过调整阳极活性物质的粒径大小、阳极活性物质的种类、阳极极片中的导电剂的含量、阳极基材的导电性和阳极基材上的底涂层的导电性来改进阳极极片薄区的动力学性能。
(一)阳极活性物质的粒径大小
本申请采用中值粒径Dv50来衡量电极活性物质的粒径大小。中值粒径Dv50即为在累积分布曲线中的50％处材料颗粒的粒径值(累积分布曲线显示最小颗粒到最大颗粒的粒度)。在将阳极活性物质涂敷至阳极基材时，相较于中值粒径Dv50较大的材料颗粒，锂离子更容易嵌入至中值粒径Dv50较小的材料颗粒中。因此，相较于涂敷粒径较大的电极活性物质的区域，涂敷粒径较小的电极活性物质的极片区域更便于锂离子在电极材料内部的移动，且因此呈现出更好的动力学性能。
在本申请的一些实施例中，为了进一步增强阳极极片薄区的动力学性能，可以采用中值粒径Dv50较小的阳极活性物质涂敷至阳极薄区，而采用中值粒径Dv50较大的阳极活性物质涂敷至阳极主体区。在本申请的一些实施例中，所述主体区和/或所述薄区的阳极活性物质的中值粒径Dv50可以处于约2μm～40μm的范围内、约4μm～30μm的范围内或约8μm～18μm的范围内。
(二)阳极活性物质的种类
锂离子电池的阳极活性物质包括能够吸收和释放锂(Li)的阳极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂(Li)的阳极材料”)。能够吸收/释放锂(Li)的阳极材料可以包括但不限于：碳材料、金属化合物、氧化物、硫化物、锂的氮化物(例如LiN3)、锂金属、与锂一起形成合金的金属和聚合物材料。
碳材料可以包括但不限于：低石墨化的碳、易石墨化的碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机聚合物化合物烧结体、碳纤维和活性碳。其中，焦炭可以包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭。有机聚合物化合物烧结体指的是通过在适当的温度下煅烧聚合物材料(例如，苯酚塑料或者呋喃树脂)以使之碳化获得的材料，这些材料可以分为低石墨化碳或者易石墨化的碳。聚合物材料可以包括但不限于聚乙炔和聚吡咯。
在能够吸收/释放锂(Li)的这些阳极材料中，更进一步地，选择充电和放电电压接近于锂金属的充电和放电电压的材料。这是因为阳极材料的充电和放电电压越低，锂离子电池越容易具有更高的能量密度。其中，阳极材料可以选择碳材料，因为在充电和放电时它们的晶体结构只有小的变化，因此，可以获得良好的循环特性以及大的充电和放电容量。尤其可以选择石墨，因为它可以给出大的电化学当量和高的能量密度。
此外，能够吸收/释放锂(Li)的阳极材料可以包括单质锂金属、能够和锂(Li)一起形成合金的金属元素和半金属元素，包括这样的元素的合金和化合物等等。特别地，将它们和碳材料一起使用，因为在这种情况中，可以获得良好的循环特性以及高能量密度。除了包括两种或者多种金属元素的合金之外，这里使用的合金还包括包含一种或者多种金属元素和一种或者多种半金属元素的合金。所述合金可以处于以下状态固溶体、共晶晶体(共晶混合物)、金属间化合物及其混合物。
金属元素和半金属元素的例子可以包括锡(Sn)、铅(Pb)、铝(Al)、铟(In)、硅(Si)、锌(Zn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镉(Cd)、镁(Mg)、硼(B)、镓(Ga)、锗(Ge)、砷(As)、银(Ag)、锆(Zr)、钇(Y)和铪(Hf)。上述合金和化合物的例子可以包括具有化学式：MasMbtLiu的材料和具有化学式：MapMcqMdr的材料。在这些化学式中，Ma表示能够与锂一起形成合金的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mb表示除锂和Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mc表示非金属元素中的至少一种元素；Md表示除Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；并且s、t、u、p、q和r满足s＞0、t≥0、u≥0、p＞0、q＞0和r≥0。
此外，可以在阳极中使用不包括锂(Li)的无机化合物，例如MnO2、V2O5、V6O13、NiS和MoS。
在本申请的一些实施例中，可以基于阳极活性物质自身的动力学性能的差异而选择相应的阳极活性物质将其涂敷于阳极第一区或阳极第二区。例如，相较于阳极第一区，可以在阳极第二区涂敷动力学性能更好的阳极活性物质。在本申请的一些实施例中，由于硬碳的动力学性能比石墨的好，因此可以在阳极第一区涂敷石墨，而在阳极第二区涂敷硬碳。在本申请的一些实施例中，由于石墨和硬碳的动力学性能均比Si和Sn的好，因此可以在阳极第一区涂敷Si、Sn或者其混合物，而在阳极第二区涂敷石墨、硬碳或者其混合物。
(三)阳极极片中的导电剂的含量
在本申请的一些实施例中，所述阳极极片还包括导电剂，其中所述导电剂用于增强所述阳极活性物质的导电性。在一些实施例中，所述导电剂包括导电碳，所述导电碳包含导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。在本申请的一些实施例中，为了进一步增强阳极第二区的动力学性能，相较于阳极第一区，可以在阳极第二区中加入更多的导电碳。
(四)阳极基材的导电性
在本申请的一些实施例中，为了进一步增强阳极第二区的动力学性能，相较于阳极第一区，可以在阳极第二区使用导电性更好的基材。在本申请的一些实施例中，阳极基材可以为，但不限于，铜箔或镍箔。
(五)阳极基材上的底涂层
在本申请的一些实施例中，所述阳极极片还包括底涂层，所述底涂层位于阳极活性物质层和阳极基材之间。在一些实施例中，所述底涂层包括导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。在本申请的一些实施例中，为了进一步增强阳极第二区的动力学性能，相较于阳极第一区，可以在阳极第二区使用导电性更好的底涂层。
在本申请的一些实施例中，所述阳极极片还包括阳极第三区，其中所述阳极第三区的直流阻抗值RA3小于或等于所述阳极第二区的直流阻抗值RA2。其中阳极第三区的设置原理与阳极第二区的设置原理类似，均是为了进一步增强阳极薄区的动力学性能。
在本申请的一些实施例中，阳极第三区经布置以与阳极第二区相邻但远离阳极第一区。在本申请的一些实施例中，阳极第三区的阳极极片的厚度小于或等于所述阳极第二区的阳极极片的厚度。
在本申请的一些实施例中，所述阳极第一区包括阳极主体区，所述阳极第二区包括阳极边缘1区，而所述阳极第三区包括阳极边缘2区，其中所述阳极边缘2区与所述阳极边缘1区相邻但远离所述阳极主体区。
在本申请的一些实施例中，所述阳极极片还包括绝缘区，所述绝缘区安置于基材的边缘处而起到绝缘的作用以防止阴阳两极之间的短路。在一些实施例中，所述绝缘区包括陶瓷，其中所述陶瓷的单位面积容量为0。
二、阴极极片
本申请的一个实施例提出了一种阴极极片，所述阴极极片包括阴极第一区和阴极第二区，其中所述阴极极片包括阴极基材和在所述阴极基材的至少一个表面上的阴极活性物质；且其中所述阴极第二区的直流阻抗值RC2大于所述阴极第一区的直流阻抗值RC1。在一些实施例中，所述阴极第一区包括所述阴极主体区，而所述阴极第二区包括阴极边缘区。在一些实施例中，所述阴极第二区的阴极极片的厚度小于所述阴极第一区的阴极极片的厚度。
通过调整阴极极片薄区的直流阻抗值RC2以使其大于阴极极片主体区的直流阻抗值RC1，相较于单位面积的阴极极片主体区，单位面积的阴极极片薄区能够相对慢地脱出锂离子。这就在一定程度上缓解来自阴极的锂离子在阳极极片薄区表面的囤积程度。据此，锂枝晶在阳极极片薄区表面形成的概率会大大降低，从而提高了电芯的安全性。
在本申请的一些实施例中，可以通过调整阴极活性物质的粒径大小、阴极活性物质的种类、阴极活性物质的晶体结构、阴极极片中的导电剂的含量、阴极基材的导电性和阴极基材上的底涂层的导电性来弱化阴极极片薄区的动力学性能。
(一)阴极活性物质的粒径大小
在本申请的一些实施例中，为了弱化阴极极片薄区的动力学性能，可以采用中值粒径Dv50较小的阴极活性物质涂敷至阴极主体区，而采用中值粒径Dv50较大的阴极活性物质涂敷至阴极薄区。在本申请的一些实施例中，所述主体区和/或所述薄区的阴极活性物质的中值粒径Dv50可以处于约2μm～40μm的范围内、约4μm～30μm的范围内或约8μm～18μm的范围内。
(二)阴极活性物质的种类
锂离子电池的阴极活性物质包括能够吸收和释放锂(Li)的阴极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂Li的阴极材料”)。能够吸收/释放锂(Li)的阴极材料的实例可以包括但不限于：钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和含锂锰基材料。
在上述阴极材料中，钴酸锂的化学式可以，但不限制为，LixCoaM1bO2-cHd，其中M1选自由镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锆(Zr)、硅(Si)及其组合组成的群组，其中H选自由氟(F)、硫(S)、硼(B)、氮(N)或磷(P)及其组合组成的群组，其中x、a、b、c和d值分别在以下范围内：0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤0.2、-0.1≤c≤0.2、0≤d≤0.2。
在上述阴极材料中，三元材料指的是含有锂元素、除了锂元素以外的三种不同的金属元素和氧元素组成的能够可逆地嵌入和脱出锂离子的材料。在一些实施例中，三元材料的化学式可以为LiyM2eM3fM4gO2-h，其中，M2-M4选自由镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、锆(Zr)、硅(Si)及其组合组成的群组，y、e、f、g和h值分别在以下范围内：0.8≤y≤1.2、0.3≤e≤0.98、0.02≤f≤0.7、0.02≤g≤0.7、-0.1≤h≤0.2。在本申请的一些实施例中，所述三元材料包括镍钴锰酸锂和/或镍钴铝酸锂。
在上述阴极材料中，锰酸锂的化学式为LizMn2-pM5pO4-r，其中M5表示选自由钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)及其组合组成的群组，z、p和r值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0≤p<1.0和-0.2≤r≤0.2。
在本申请的一些实施例中，可以基于阴极活性物质自身的动力学性能的差异而选择相应的阴极活性物质将其涂敷于阴极第一区或阴极第二区。例如，相较于阴极第一区，可以在阴极第二区涂敷动力学性能稍差的阴极活性物质。在本申请的一些实施例中，可以在阴极第一区涂敷包含三元材料的阴极材料，而在阴极第二区涂敷包含钴酸锂的阴极材料，其中三元材料的动力学性能优于钴酸锂。
由于可以采用例如掺杂和/或包覆的手段来对阴极活性物质的结构和电化学性能进行改善，因此就同种阴极活性物质而言，可以通过调整经掺杂和/或经包覆的元素或物质的种类或含量来调整阴极活性物质的动力学性能。例如，由于碳材料具有较好的导电性，因此可以采用碳材料包覆阴极活性物质。为了弱化阴极极片薄区的动力学性能，相较于阴极主体区的活性物质，阴极极片薄区的活性物质可以经较少量的碳进行包覆。在本申请的一些实施例中，所述阴极活性物质包括但不限于上述所提及的能够吸收/释放锂(Li)的阴极材料。
(三)阴极活性物质的晶体结构
在本申请的一些实施例中，可以在阴极第一区涂敷包括多晶颗粒的阴极活性物质而在阴极第二区涂敷包括单晶颗粒的阴极活性物质。其中，多晶颗粒是指由成百上千个一次纳米颗粒紧密结合的二次颗粒，而单晶颗粒是指由几个到几十个一次微米颗粒堆积而成的二次颗粒。由于多晶颗粒是由纳米颗粒组成的而单晶颗粒是由微米颗粒组成的，因此，相较于单晶颗粒，多晶颗粒具有更短的锂离子体相扩散路径且因此具有更小的阻抗和更佳的动力学性能。在本申请的一些实施例中，所述阴极活性物质包括但不限于上述所提及的能够吸收/释放锂(Li)的阴极材料。例如，所述阴极活性物质包括但不限于三元材料。
(四)阴极极片中的导电剂的含量
在本申请的一些实施例中，所述阴极极片还包括导电剂，其中所述导电剂用于增强所述阴极活性物质的导电性。在一些实施例中，所述导电剂包括导电碳，所述导电碳包含导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。在本申请的一些实施例中，为了弱化阴极极片薄区的动力学性能，相较于阴极主体区，可以在阴极薄区中加入较少的导电碳。
(五)阴极基材的导电性
在本申请的一些实施例中，为了弱化阴极极片薄区的动力学性能，相较于阴极第一区，可以在阴极第二区使用导电性较差的基材。在本申请的一些实施例中，阴极基材可以为，但不限于，铝箔或镍箔。
(六)阴极基材上的底涂层
在本申请的一些实施例中，所述阴极极片还包括底涂层，所述底涂层位于阴极活性物质层和阴极基材之间。在一些实施例中，所述底涂层包括导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。在本申请的一些实施例中，为了弱化阴极极片薄区的动力学性能，相较于阴极主体区，可以在阴极薄区使用导电性稍差的底涂层。
在本申请的一些实施例中，所述阴极极片还包括阴极第三区，其中所述阴极第三区的直流阻抗值RC3大于或等于所述阴极第二区的直流阻抗值RC2。其中阴极第三区的设置原理与阴极第二区的设置原理类似，均是为了弱化阴极极片薄区的动力学性能。
在本申请的一些实施例中，阴极第三区经布置以与阴极第二区相邻但远离阴极第一区。在本申请的一些实施例中，阴极第三区的阴极极片的厚度小于或等于所述阴极第二区的阴极极片的厚度。
在本申请的一些实施例中，所述阴极第一区包括阴极主体区，所述阴极第二区包括阴极边缘1区，而所述阴极第三区包括阴极边缘2区，其中所述阴极边缘2区与所述阴极边缘1区相邻但远离所述阴极主体区。
在本申请的一些实施例中，所述阴极极片还包括绝缘区，所述绝缘区安置于基材的边缘处而起到绝缘的作用以防止阴阳两极之间的短路。在一些实施例中，所述绝缘区包括陶瓷，其中所述陶瓷的单位面积容量为0。
三、电芯和电化学装置
本申请的实施例还提出了一种电芯，所述电芯包括阴极极片和阳极极片，其中所述阴极极片包括阴极第一区和阴极第二区，其中所述阳极极片包括阳极第一区和阳极第二区。本申请将阳极极片的直流阻抗值RA与阴极极片的直流阻抗值RC的比值定义为数值C。其中为了增强阳极薄区的动力学性能或者为了弱化阴极薄区的动力学性能，本申请提出了薄区的数值C小于厚区的数值C。
具体地，在本申请所述的电芯中，所述阳极第一区的直流阻抗值RA1与所述阴极第一区的直流阻抗值RC1的比值定义为第一区的数值C1，而将所述阳极第二区的直流阻抗值RA2与所述阴极第二区的直流阻抗值RC2的比值定义为第二区的数值C2，且其中C2<C1。
在本申请的一些实施例中，本申请所述的电芯包含本申请实施例所述的阴极极片和本申请实施例所述的阳极极片中的至少一者。具体的阴极极片和阳极极片的结构和组成请参见上文，在此不再赘述。
在本申请的一些实施例中，所述电芯中的所述阳极极片还包括上述实施例所述的阳极第三区和/或绝缘区。在一些实施例中，所述电芯中的所述阴极极片还包括上述实施例所述的阴极第三区和/或绝缘区。
在本申请的一些实施例中，当所述电芯的阳极极片包括阳极第三区而所述电芯的阴极极片包括阴极第三区时，进一步将所述阳极第三区的直流阻抗值RA3与所述阴极第三区的直流阻抗值RC3的比值定义为第三区的数值C3，其中C1、C2和C3的关系满足C3<C2<C1。
本申请的一个实施例还提出了一种电化学装置，其包含本申请实施例所述的电芯。在一些实施例中，所述电化学装置包括锂离子电池。
在一些实施例中，锂离子电池中的电芯还包括电解液。电解液的状态可以是凝胶态、固态和液态中的一种或多种。液态电解液包括锂盐和非水溶剂。
锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiBOB和LiPO2F2中的一种或多种。例如，锂盐选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。
非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、腈化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。
在一些实施例中，基于电解液总重量，碳酸酯化合物的含量为约1重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约3重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约5重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约10重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约50重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约58重量％以上。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约60重量％以下。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约50重量％以下。在一些实施例中，环状碳酸酯化合物的含量为约40重量％以下。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约1重量％-约60重量％。在一些实施例中，碳酸酯化合物的含量为约3重量％-约50重量％。
羧酸酯化合物的实例为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯及其组合。
在一些实施例中，基于电解液总重量，羧酸酯化合物的含量为约1重量％以上。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约3重量％以上。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约5重量％以上。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约10重量％以上。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约60重量％以下。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约50重量％以下。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约40重量％以下。在一些实施例中，羧酸酯化合物的含量为约1重量％-约60重量％。在一些实施例中，羧酸酯酯化合物的含量为约3重量％-约50重量％。
醚化合物的实例为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2-甲基1,3-二氧戊环、4-甲基1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、二甲氧基丙烷、二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷、1,2-乙氧基甲氧基乙烷、HCF2CF2CH2OCF2CF2H、(CF3)2CFCF(CF2CF3)(OCH3)、CF3CHFCF2CH(CH3)OCF2CHFCF3、HCF2CF2CH2OCF2CF2CF2CF2H、HCF2CF2OCH2CF3、HCF2CF2OCH2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2OCH2CH2CH2OCF2CF2H及其组合。
在一些实施例中，基于电解液总重量，醚化合物的含量为约0.01重量％以上。在一些实施例中，醚化合物的含量为约0.05重量％以上。在一些实施例中，醚化合物的含量为约1重量％以上。在一些实施例中，醚化合物的含量为约2重量％以上。在一些实施例中，醚化合物的含量为约10重量％以下。在一些实施例中，醚化合物的含量为约6重量％以下。在一些实施例中，醚化合物的含量为约5重量％以下。在一些实施例中，醚化合物的含量为约0.01重量％-约10重量％。在一些实施例中，醚化合物的含量为约1重量％-约6重量％。
腈化合物的实例如丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、1,7-二氰基庚烷、1,8-二氰基辛烷、1,9-二氰基壬烷、1,10-二氰基癸烷、1,12-二氰基十二烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,4-二氰基戊烷、2,5-二甲基-2,5-己烷二碳腈、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、3,6,9,12,15,18-六氧杂二十烷酸二腈、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷、乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,2,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷或1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷及其组合。
在一些实施例中，基于电解液总重量，腈合物的含量为约0.01重量％以上。在一些实施例中，腈化合物的含量为约0.05重量％以上。在一些实施例中，腈化合物的含量为约1重量％以上。在一些实施例中，腈化合物的含量为约2重量％以上。在一些实施例中，二腈化合物的含量为约10重量％以下。在一些实施例中，腈化合物的含量为约6重量％以下。在一些实施例中，二腈化合物的含量为约5重量％以下。在一些实施例中，腈化合物的含量为约0.01重量％-约10重量％。在一些实施例中，腈化合物的含量为约1重量％-约6重量％。
其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,3-丙磺酸内酯、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸三丙酯及其组合。
在一些实施例中，锂离子电池的电芯还在阴极极片与阳极极片之间设有隔离膜以防止短路。本申请的电芯中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、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、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
隔离膜需要有机械稳健性以承受电极材料的拉伸和刺穿，且隔离膜孔径通常小于1微米。包括微孔聚合物膜，无纺布垫和无机膜的各种隔离膜已经用于锂离子电池中，其中基于微孔聚烯烃材料的聚合物膜是最常与电解液组合使用的隔离膜。微孔聚合物膜能够制成非常薄(通常约5μm-25μm)和高多孔性(通常约20％-50％)以降低电阻且提高离子传导性。同时，该聚合物膜仍然有机械稳健性。本领域技术人员当能理解，广泛使用于锂离子电池的各种隔离膜都适用于本申请。
虽然上面以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本申请之后，能够想到本申请的阴极材料可以用于其他合适的电化学装置。这样的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。特别地，所述电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
四、应用
由本申请所述的电极极片制造的电化学装置适用于各种领域的电子设备。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何用途。在一个实施例中，本申请的电化学装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的制备本申请阴极材料的实施例及对电化学装置的测式方式以用于说明本申请锂离子电池的制备及效能，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。
五、实施例
锂离子电池的制备
采用以下制备方法将阴极活性物质制备成锂离子电池。具体的，将阴极活性物质、导电剂、粘结剂按一定的重量比在N-甲基吡咯烷酮中充分搅拌混合均匀制成阴极浆料，然后将所得阴极浆料均匀涂布在阴极集电体铝箔的正反两个表面上，之后在85℃下烘干，得到阴极活性材料层，之后经过冷压、分条、裁片、焊接阴极极耳，得到阴极极片。
将阳极活性物质、粘结剂、分散剂按照一定的重量比在去离子水中充分搅拌混合均匀制成阳极浆料，之后将阳极浆料均匀涂覆在阳极集电体铜箔的正反两面上，然后在85℃下烘干，形成阳极活性材料层，然后进行冷压、分条、裁片、焊接阳极极耳，得到阳极极片。
将锂盐LiPF6与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二乙酯(DEC)：碳酸亚丙酯(PC)：丙酸丙酯(PP)：碳酸亚乙烯酯(VC)＝20:30:20:28:2，质量比)按质量比8：92配制而成的溶液作为锂离子电池的电解液。
隔离膜采用陶瓷涂覆的聚乙烯(PE)材料隔离膜。
将阴极极片、隔离膜、阳极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正阳极中间起到隔离的作用。将电极组件置于包装壳中，注入电解液并封装，进行化成之后制成最终的锂离子电池。
电极极片的测试方法
(一)电极极片的直流阻抗(DCR)测试
分别在电极极片的第一区和第二区裁剪出相同面积的圆形极片，刮掉基材一侧的电极活性物质仅保留另一侧的电极活性物质，将其与金属锂的电极片组成对电极而组装成锂离子电池，然后放置阻抗仪上分别测试第一区和第二区极片的直流阻抗值。
以1.5C的电流将锂离子电池恒流充电至4.2V，再恒压充电至0.05C。再以1C电流放电30min使电芯处于50％的荷电比状态，静置60min。以0.1C的电流放电10s，并记录电压V1。再以1C的电流放电1s，静置60min后记录稳态电压V2。按如下公式计算得出DCR：R＝(V2-V1)/(1C-0.1C)。
(二)电极极片的厚度测试
使用0.1μm高精度数显千分尺(Mitutoyo牌)进行极片厚度测量。将装配好的电芯进行拆解，取出电极极片并用碳酸二乙酯(DEC)溶剂洗去表面残留物；用无尘纸擦拭千分尺测试头去除异物保证测试精度；将极片放入千分尺测试头中，旋动千分尺手柄紧密接触极片，读出厚度数值。选取极片上的十个不同的点，测得十个厚度数据取平均值。
具体实施方式
(一)实施例1-9和对比例1-10
实施例1-9涉及对阴极极片进行分区涂布，而不对阳极极片进行分区涂布。以下将具体描述实施例1-9和对比例1-10中的阴极极片的制备方法：
实施例1的电极极片的制备方法：
(1)制备浆料
阴极LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/LiCoO2浆料：将阴极活性成分LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/LiCoO2、导电剂Super-P和粘结剂聚偏二氟乙烯PVDF按97％:1.5％:1.5％重量比例混合，并用适量的N-甲基吡咯烷酮稀释，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的阴极浆料。
阳极石墨浆料：将阳性活性成分石墨、粘结剂丁苯橡胶SBR和分散剂羧甲基纤维素CMC按97％:1％:2％重量比例混合，并用适量蒸馏水稀释，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的阳极浆料。
(2)阴极分区涂布
阴极分区涂布：按如下操作进行分区涂布，
A、通过主体涂布头将步骤(1)中制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2浆料单面涂布至铝箔的主体区(下称，第1区)，且通过边缘涂布头将步骤(1)中制备的LiCoO2浆料单面涂布至距离主体区边缘10mm的区域(下称，第2区)。将涂布好的单面极片放置85℃的高温烘箱中烘干；
B、对上述单面涂布的极片进行第二面涂布，涂布方法、区域和材料与步骤A所述相同。将涂布好的双面极片放置85℃的高温烘箱中烘干，获得实施例1所述的阴极极片。
(3)阳极涂布
C、将步骤(1)中制备的阳极浆料在铜箔基材上进行单面涂布，将涂布好的单面极片放置85℃的高温烘箱中烘干；
D、对上述单面涂布的极片进行第二面涂布，涂布方法、区域和材料与步骤C所述相同。将涂布好的双面极片放置85℃的高温烘箱中烘干，获得实施例1所述的阳极极片。
实施例2-9的电极极片的制备方法：
实施例2-9与实施例1的差异仅在于：采用不同的阴极活性材料(实施例2和3)、不同晶体结构的活性物质(实施例4)、不同粒径大小的活性物质(实施例5)、经不同碳含量包覆的活性物质(实施例6)、添加不同含量的导电剂(实施例7和8)、不同的底涂层(实施例9)对阴极极片第1区和第2区分别进行涂敷，具体请参见表1。
对比例1-10的电极极片的制备方法：
对比例1-10分别对应于实施例1-9，其中对比例1-10均不对阴极极片进行分区涂敷，仅按照常规工艺制备电极极片，对比例与其相应实施例的差异同样请参见表1。
表1
Figure BDA0002012588400000201
Figure BDA0002012588400000211
*由于在锂离子电池中，相较于阴极极片，阳极极片的析锂现象比较严重，因此本申请采用满充状态阳极极片的厚度参数来衡量锂离子电池的析锂程度，从而反映锂离子电池的安全性能。
参见表1所示的实施例1-9和对比例1-10的数据可知，通过在阴极薄区涂敷动力学性能稍差、单晶颗粒、颗粒粒径较大、或者碳包覆量较少的阴极活性物质、通过减低阴极极片薄区的导电剂的含量、或者通过在阴极薄区的基材上涂敷导电性较差的底涂层，可以有效地降低阳极极片薄区的析锂程度，从而增强锂离子电池的安全性能。
(二)实施例10-14和对比例11-15
实施例10-14和对比例11-15仅涉及对阳极极片进行分区涂布，而不对阴极极片进行分区涂布。以下将具体描述实施例10-14和对比例11-15中的阳极极片的制备方法：
实施例10的电极极片的制备方法：
(1)制备浆料
阳极石墨/硬碳浆料：将阳性活性成分石墨/硬碳、粘结剂丁苯橡胶SBR和分散剂羧甲基纤维素CMC按97％:1％:2％重量比例混合，并用适量蒸馏水稀释，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的阳极浆料。
阴极LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2浆料：将阴极活性成分LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电剂Super-P和粘结剂聚偏二氟乙烯PVDF按97％:1.5％:1.5％重量比例混合，并用适量的N-甲基吡咯烷酮稀释，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的阴极浆料。
(2)阳极分区涂布
阳极分区涂布：按如下操作进行分区涂布，
A、通过主体涂布头将步骤(1)中制备的石墨浆料单面涂布至铜箔的主体区(下称，第1区)，而通过边缘涂布头将步骤(1)中制备的硬碳浆料单面涂布至距离主体区边缘10mm的区域(下称，第2区)。将涂布好的单面极片放置85℃的高温烘箱中烘干；
B、对上述单面涂布的极片进行第二面涂布，涂布方法、区域和材料与步骤A所述相同。将涂布好的双面极片放置85℃的高温烘箱中烘干，获得实施例2所述的阳极极片。
(3)阴极涂布
C、将步骤(1)中制备的阴极浆料在铝箔基材上进行单面涂布，将涂布好的单面极片放置85℃的高温烘箱中烘干；
D、对上述单面涂布的极片进行第二面涂布，涂布方法、区域和材料与步骤C所述相同。将涂布好的双面极片放置85℃的高温烘箱中烘干，获得实施例5所述的阴极极片。
实施例11-14的电极极片的制备方法：
实施例11-14与实施例10的差异仅在于：采用不同的阳极活性材料(实施例11)、不同粒径大小的活性物质(实施例12)、添加不同含量的导电剂(实施例13)、不同的底涂层(实施例14)对阳极极片第1区和第2区分别进行涂敷，具体请参见表2。
对比例11-15的电极极片的制备方法：
对比例11-15分别对应于实施例10-14，其中对比例11-15均不对阳极极片进行分区涂敷，仅按照常规工艺制备电极极片，对比例与其相应实施例的差异同样请参见表2。
表2
Figure BDA0002012588400000221
Figure BDA0002012588400000231
参见表2所示的实施例10-14和对比例11-15的数据可知，通过在阳极薄区涂敷动力学性能更好或者颗粒粒径较小的阳极活性物质、通过提高阳极极片薄区的导电剂的含量、或者通过在阳极薄区的基材上涂敷导电性较好的底涂层，可以有效地降低阳极极片薄区的析锂程度，从而增强锂离子电池的安全性能。
(三)实施例15-17和对比例16-17
实施例15-17和对比例16-17仅涉及经阳极极片和阴极极片组装的锂离子电池，其电化学材料、阻抗数据和循环前后的厚度数据请见表3。
表3
Figure BDA0002012588400000232
Figure BDA0002012588400000241
参见表3所示的数据可知，经过500次的充放电循环后，实施例15-17所示的锂离子电池(C2<C1)的薄区极片的厚度显著小于对比例16-17所示的锂离子电池(C2>C1)的薄区极片的厚度。这说明了通过配置锂离子电池的电极极片不同区域的阻抗大小以使得C2<C1，可以有效地降低阳极极片薄区的析锂程度，从而增强锂离子电池的安全性能。
整个说明书中对“一些实施例”、“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。

Claims (25)

1.一种阳极极片，其包括阳极主体区和阳极边缘区，
其中所述阳极极片包括阳极基材和在所述阳极基材的至少一个表面上的阳极活性物质；且
其中所述阳极边缘区的直流阻抗值RA2小于或等于所述阳极主体区的直流阻抗值RA1的98％。
2.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极边缘区的阳极极片的厚度小于所述阳极主体区的阳极极片的厚度。
3.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极主体区的阳极活性物质的中值粒径Dv50大于所述阳极边缘区的阳极活性物质的Dv50。
4.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极主体区的阳极活性物质包括石墨，且其中所述阳极边缘区的阳极活性物质包括硬碳。
5.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极主体区的阳极活性物质包括Si，且其中所述阳极边缘区的阳极活性物质包括石墨和硬碳的混合物。
6.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极极片还包括导电碳，且其中所述阳极主体区中的导电碳含量小于所述阳极边缘区中的导电碳含量。
7.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极主体区的基材的导电性差于所述阳极边缘区的基材的导电性。
8.根据权利要求1所述的阳极极片，其中所述阳极主体区的基材包括在其表面上涂敷的底涂层，其中所述阳极主体区的底涂层的导电性差于所述阳极边缘区的底涂层的导电性。
9.根据权利要求1所述的阳极极片，其还包括阳极第三区，
其中所述阳极第三区的直流阻抗值RA3小于或等于所述阳极边缘区的直流阻抗值RA2。
10.根据权利要求1所述的阳极极片，其还包括阳极第四区，
其中所述阳极第四区包括绝缘材料。
11.一种阴极极片，
其中所述阴极极片包括阴极基材、在所述阴极基材的至少一个表面上的阴极活性物质层以及与所述阴极活性物质层相邻的绝缘层，其中所述阴极活性物质层包括阴极主体区和阴极边缘区；
其中所述阴极边缘区的直流阻抗值RC2大于所述阴极主体区的直流阻抗值RC1。
12.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极边缘区的阴极极片的厚度小于所述阴极主体区的阴极极片的厚度。
13.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极主体区的阴极活性物质包括多晶颗粒，所述阴极边缘区的阴极活性物质包括单晶颗粒。
14.根据权利要求13所述的阴极极片，其中所述阴极活性物质包括三元材料。
15.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极主体区的阴极活性物质的Dv50小于所述阴极边缘区的阴极活性物质的Dv50。
16.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极活性物质包括经碳包覆的活性物质，其中所述阴极主体区的活性物质的碳包覆量大于所述阴极边缘区的活性物质的碳包覆量。
17.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极主体区的阴极活性物质包括三元材料，且其中所述阴极边缘区的阴极活性物质包括钴酸锂。
18.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极活性物质层还包括导电碳，且其中所述阴极主体区中的导电碳含量大于所述阴极边缘区中的导电碳含量。
19.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述阴极主体区的基材的导电性优于所述阴极边缘区的基材的导电性。
20.根据权利要求11所述的阴极极片，其还包括阴极第三区，
其中所述阴极第三区的直流阻抗值RC3大于或等于所述阴极边缘区的直流阻抗值RC2。
21.根据权利要求11所述的阴极极片，其中所述绝缘层包括绝缘材料。
22.一种电芯，其包括：
阴极极片，所述阴极极片包括阴极主体区和阴极边缘区；
阳极极片，所述阳极极片包括阳极主体区和阳极边缘区；
其中主体区的数值C1包括所述阳极主体区的直流阻抗值RA1与所述阴极主体区的直流阻抗值RC1的比值，
其中边缘区的数值C2包括所述阳极边缘区的直流阻抗值RA2与所述阴极边缘区的直流阻抗值RC2的比值，且
其中C2<C1。
23.根据权利要求22所述的电芯，其中所述阳极极片为权利要求1-8中的任一者所述阳极极片和/或所述阴极极片为权利要求11-19中的任一者所述的阴极极片。
24.根据权利要求22所述的电芯，其中所述阳极极片还包括阳极第三区和/或阳极第四区，
其中所述阳极第三区的直流阻抗值RA3小于或等于所述阳极边缘区的直流阻抗值RA2，
其中所述阳极第四区包括绝缘材料。
25.根据权利要求22所述的电芯，其中所述阴极极片还包括阴极第三区和/或阴极第四区，
其中所述阴极第三区的直流阻抗值RC3大于或等于所述阴极边缘区的直流阻抗值RC2，
其中所述阴极第四区包括绝缘材料。
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