电芯及电化学装置的制作方法

本申请实施例涉及电化学装置，特别是涉及一种电芯及电化学装置。

背景技术：

1、随着电子设备技术的提升，电子设备越来越广泛地应用于人们的日常生活中，例如电子智能穿戴设备、智能手机、电脑、无人机、电动工具或者是电动车等。作为重要的电能存放设备，二次电池的存储性能和安全性能都需要严格把控。

2、以锂离子电池为例，锂离子电池在充电过程中的负极极片膨胀会导致卷绕电芯的拐角挤压，电解液挤出，最终造成拐角的紫斑，影响电芯性能，严重时甚至发生负极极片析锂，带来安全问题。

技术实现思路

1、本申请实施例主要解决的技术问题是提供一种电极组件及电化学装置，能够有效解决电极组件在充电过程中负极极片拐角处膨胀影响电极组件的性能甚至导致析锂的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请实施例采用的一个技术方案是：提供一种电芯，包括电极组件，电极组件包括第一极片、隔膜和第二极片，第一极片、隔膜和第二极片卷绕设置，隔膜位于第一极片和第二极片之间，第一极片包括第一集流体、第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层设置于第一集流体朝向电极组件的卷绕中心的表面，第二活性物质层设置于第一集流体背离电极组件的卷绕中心的表面，第二极片包括含硅材料，第一活性物质层的平均镍含量a大于第二活性物质层的平均镍含量b。

3、采用上述方案，即第一活性物质层的平均镍含量a大于第二活性物质层的平均镍含量b，可以使得在电芯充电的过程中，第一活性物质层的体积收缩量大于第二活性物质层的体积收缩量，尤其是在电极组件卷绕的拐角区域，如图所示，以释放第一集流体靠近电极组件的卷绕中心z一侧的更多空间供与之相邻并且靠近电极组件的卷绕中心z的第二极片在充电过程中的体积膨胀，降低第一活性物质层与第二极片由于空间不足产生相互挤压，导致第一活性物质层出现析锂的概率。

4、在一些实施例中，第一活性物质层的平均镍含量a满足：25％≤a≤70％。可以理解的是在电芯充放电的循环过程中，平均镍含量高的活性材料容易存在活性材料的颗粒破碎、电解液氧化、不可逆相变等问题，导致平均镍含量越高，电芯的循环衰减越快。也就是说虽然较高的平均镍含量可以有效提升电芯的能量密度，但是也会影响电芯的循环性能，因此，第一活性物质层和第二活性物质层中的平均镍含量都需要在合理的范围内。

5、在一些实施例中，第一活性物质层的平均镍含量a满足：30％≤a≤60％。

6、在一些实施例中，第二活性物质层的平均镍含量b满足：0％≤b≤40％。

7、在一些实施例中，第二活性物质层的平均镍含量b满足：20％≤b≤40％。

8、在一些实施例中，第一活性物质层的平均镍含量a和第二活性物质层的平均镍含量b满足：0.1＜a-b＜0.7。可以理解的是，第一活性物质层的平均镍含量a需要大于第二活性物质层的平均镍含量b以保证第一活性物质层的收缩量比第二活性物质层的收缩量大，但是其二者之间的平均镍含量的差值也不能过大，否则导致整个电芯的稳定性变差，因此，其二者的平均镍含量的差值需要保持在一定的范围内。

9、在一些实施例中，第一活性物质层的平均镍含量a和第二活性物质层的平均镍含量b满足：0.2≤a-b≤0.5。

10、在一些实施例中，第二极片包括第二集流体、第三活性物质层和第四活性物质层，第三活性物质层设置于第二集流体背离电极组件的卷绕中心的表面，第四活性物质层设置于第二集流体朝向电极组件的卷绕中心的表面。

11、在一些实施例中，第一活性物质层的平均镍含量a与第三活性物质层的平均硅含量c满足：0.2+1.2*c≤a＜0.7。可以理解的是，具有含镍材料的正极片在充电的过程中，正极片的活性物质材料存在体积收缩的现象，也就是说，正极片上的活性物质体积收缩可以为负极片的活性物质体积膨胀腾出空间，因此，通过适当调整第三活性物质层平均硅含量与第一活性物质层中的平均镍含量的关系，和第四活性物质层平均硅含量与第二活性物质层中的平均镍含量的关系，可以使得第一极片和第二极片的膨胀与收缩更好地相匹配。

12、在一些实施例中，第二活性物质层的平均镍含量b与第四活性物质层的平均硅含量d满足：0.2+1.2*d≤b＜0.7。

13、在一些实施例中，第三活性物质层的容量与所第一活性物质层的容量的比值为r1；第四活性物质层的容量与第二活性物质层的容量的比值为r2；r1和r2满足：r2≤r1。可以理解的是，通过控制r1大于或者等于r2可以增加负极极片(第二极片)的容量，可以使得负极极片具有更多的硅颗粒，从而可以减少负极极片中每个硅颗粒的嵌锂量，减少负极极片的膨胀量，改善负极极片的充放电循环，使得循环后期的负极极片的衰减小于正极极片(第一极片)的衰减，有效地降低了负极极片在拐角区域发生析锂的概率。

14、在一些实施例中，r1和r2满足：0≤r1-r2≤0.5。

15、在一些实施例中，r1和r2满足：0.02≤r1-r2≤0.1。

16、为解决上述技术问题，本申请实施例采用的另一个技术方案是：提供一种电化学装置，包括如上所述的电芯。

17、本申请实施例的电芯包括第一极片、隔膜和第二极片。第一极片包括第一集流体、第一活性物质层和第二活性物质层。第二极片包括含硅材料。第一活性物质层和第二活性物质层中均包括含镍材料，并且第一活性物质层的平均镍含量大于第二活性物质层的平均镍含量，因此在含硅的电芯充电的过程中，第一活性物质层的收缩量大于第二活性物质层的收缩量，可以释放第一极片朝向电极组件的卷绕中心一侧的空间，以容纳第二极片在背离电极组件卷绕中心一侧的膨胀量，减小了第一极片和第二极片之间的相互挤压，从而降低了第二极片出现析锂的概率，提升电芯的安全性能。

技术特征：

1.一种电芯，包括电极组件，所述电极组件包括第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片卷绕设置，所述隔膜位于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一极片包括第一集流体、第一活性物质层和第二活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体朝向所述电极组件的卷绕中心的表面，所述第二活性物质层设置于所述第一集流体背离所述电极组件的卷绕中心的表面，其特征在于，所述第二极片包括含硅材料，所述第一活性物质层的平均镍含量a大于所述第二活性物质层的平均镍含量b。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，25％≤a≤70％。

3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，30％≤a≤60％。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，0％≤b≤40％。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，20％≤b≤40％。

6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，0.1＜a-b＜0.7。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，0.2≤a-b≤0.5。

8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，

11.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，

12.根据权利要求11所述的电芯，其特征在于，0≤r1-r2≤0.5。

13.根据权利要求11所述的电芯，其特征在于，0.02≤r1-r2≤0.1。

14.一种电化学装置，其特征在于，包括如权利要求1-13任意一项所述的电芯。

技术总结
本申请实施例公开了一种电芯及电化学装置。电芯包括第一极片、隔膜和第二极片依次叠置后卷绕形成的电极组件，第一极片包括第一集流体、第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层设置于第一集流体朝向电极组件的卷绕中心的表面，第二活性物质层设置于第一集流体背离电极组件的卷绕中心的表面。第一活性物质层的平均镍含量大于第二活性物质层的平均镍含量，第二极片包括含硅材料。通过上述方式，本申请实施例电芯能够减小第一极片和第二极片之间的相互挤压，从而降低第二极片出现析锂的概率，提升电芯的安全性能。

技术研发人员：史骁
受保护的技术使用者：厦门新能安科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13