电极极片和包含所述电极极片的电化学装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910253064.5 (22)申请日 2019.03.29 (71)申请人 宁德新能源科技有限公司 地址 352100 福建省宁德市蕉城区漳湾镇 新港路1号 (72)发明人 王慧鑫黄思林余红明程晟 (74)专利代理机构 北京律盟知识产权代理有限 责任公司 11287 代理人 蕭輔寬 (51)Int.Cl. H01M 4/66(2006.01) H01M 4/70(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 电极极片和包含所述电极极片的电。

2、化学装 置 (57)摘要 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单 位面积容量CsA2大于或等于所述阳极第一区的 单位面积容量CsA1。 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 的单位面积容量CsC2小于或等于所述阴极第一 区的单位面积容量CsC1的98。 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。 权利要求书2页 说明书17页 附图1页 CN 110010902 A 2019.07.12 CN 1。

3、10010902 A 1.一种阳极极片， 其包括阳极第一区和阳极第二区， 其中所述阳极第二区的单位面积容量CsA2大于或等于所述阳极第一区的单位面积容量 CsA1。 2.根据权利要求1所述的阳极极片， 其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。 3.根据权利要求1所述的阳极极片， 其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。 4.根据权利要求1所述的阳极极片， 其中所述阳极第一区和所述阳极第二区分别包括 不同的阳极活性物质。 5.根据权利要求1所述的阳极极片， 其中 所述阳极第一区的阳极活性物质的理论比容量小于所述阳极第二。

4、区的阳极活性物质 的理论比容量。 6.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包括陶瓷。 7.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的单位面积容量CsA4大于或等于所述阳极第二区的单位面积容量 CsA2。 8.一种阴极极片， 其包括阴极第一区和阴极第二区， 其中所述阴极第二区的单位面积容量CsC2小于或等于所述阴极第一区的单位面积容量 CsC1的98。 9.根据权利要求8所述的阴极极片， 其中所述阴极第一区包括所述阴极极片的主体区， 而所述阴极第二区包括所述阴极极片的边缘区。 10.根据权利要求8所述的阴极极片， 其中所述阴极第。

5、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。 11.根据权利要求8所述的阴极极片， 其中所述阴极第一区和所述阴极第二区分别包括 不同的阴极活性物质。 12.根据权利要求8所述的阴极极片， 其中所述阴极第一区包括三元材料和/或钴酸锂， 而所述阴极第二区包括磷酸铁锂。 13.根据权利要求8所述的阴极极片， 其中 所述阴极第一区的阴极活性物质的理论比容量大于所述阴极第二区的阴极活性物质 的理论比容量。 14.根据权利要求8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包括陶瓷。 15.根据权利要求8所述的阴极极片， 其还包括阴极第四区， 其中所述阴极第四区的单位面积容量Cs。

6、C4小于或等于所述阴极第二区的单位面积容量 CsC2。 16.一种电芯， 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， 所述阳极极片包括阳极第一区和阳极第二区； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110010902 A 2 其中第一区的数值CB1为所述阳极第一区的单位面积容量CsA1与所述阴极第一区的单 位面积容量CsC1的比值， 其中第二区的数值CB2为所述阳极第二区的单位面积容量CsA2与所述阴极第二区的单 位面积容量CsC2的比值， 且 其中CB2CB1。 17.根据权利要求16所述的电芯， 其中所述阳极极片为权利要求1-5中的任一者所述阳 极极片和/或所述。

7、阴极极片为权利要求8-13中的任一者所述的阴极极片。 18.根据权利要求16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包括陶瓷， 其中所述阳极第四区的单位面积容量CsA4大于或等于所述阳极第二区的单位面积容量 CsA2。 19.根据权利要求16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包括陶瓷， 其中所述阴极第四区的单位面积容量CsC4小于或等于所述阴极第二区的单位面积容量 CsC2。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110010902 A 3 电极极片和包含所述电极极片的电化学装置 技术领域 0001 。

8、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 0002 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。 0003 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。

9、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 0004 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。 0005 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， 所述阳极第二区的单位面积容量CsA2大于或等于所述阳极第一区的单位面积容量CsA1。 0006 在一些。

10、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。 0007 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。 0008 在一些实施例中， 所述阳极第一区和所述阳极第二区分别包括不同的阳极活性物 质。 0009 在一些实施例中， 所述阳极第一区的阳极活性物质的理论比容量小于所述阳极第 二区的阳极活性物质的理论比容量。 0010 在一些实施例中， 所述阳极极片还包括阳极第三区， 所述阳极第三区包括陶瓷。 0011 在一些实施例中， 所述阳极极片还包括阳极第四区， 所述阳极第四区的单位面积 容量CsA4大于或等于所。

11、述阳极第二区的单位面积容量CsA2。 0012 在一些实施例中， 所述阳极第四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。 0013 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， 所述阴极第二区的单位面积容量CsC2小于或等于所述阴极第一区的单位面积容量CsC1的 说明书 1/17 页 4 CN 110010902 A 4 98。 0014 在一些实施例中， 所述阴极第一区包括所述阴极极片的主体区， 所述阴极第二区 包括所述阴极极片的边缘区。 0015 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。 00。

12、16 在一些实施例中， 所述阴极第一区和所述阴极第二区分别包括不同的阴极活性物 质。 0017 在一些实施例中， 所述阴极第一区包括三元材料和/或钴酸锂， 而所述阴极第二区 包括磷酸铁锂。 0018 在一些实施例中， 所述阴极第一区的阴极活性物质的理论比容量大于所述阴极第 二区的阴极活性物质的理论比容量。 0019 在一些实施例中， 所述阴极极片还包括阴极第三区， 所述阴极第三区包括陶瓷。 0020 在一些实施例中， 所述阴极极片还包括阴极第四区， 所述阴极第四区的单位面积 容量CsC4小于或等于所述阴极第二区的单位面积容量CsC2。 0021 在一些实施例中， 所述阴极第四区的阴极极片的厚度。

13、小于或等于所述阴极第二区 的阴极极片的厚度。 0022 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， 所述阳极极片包括阳极第一区和阳极第二区； 第一区 的数值CB1为所述阳极第一区的单位面积容量CsA1与所述阴极第一区的单位面积容量CsC1的 比值， 其中第二区的数值CB2为所述阳极第二区的单位面积容量CsA2与所述阴极第二区的单 位面积容量CsC2的比值， 且其中CB2CB1。 0023 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。 0024 在一些实施例中， 所述电芯中的所述阴极极片为上述实。

14、施例所述的阴极极片。 0025 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， 所述阳极第三区包括陶瓷， 所述阳极第四区的单位面积容量CsA4大于 或等于所述阳极第二区的单位面积容量CsA2。 0026 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， 所述阴极第三区包括陶瓷， 所述阴极第四区的单位面积容量CsC4小于 或等于所述阴极第二区的单位面积容量CsC2。 0027 本申请通过在所述电芯的极片不同区进行不同单位面积容量设置， 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。

15、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 0028 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。 说明书 2/17 页 5 CN 110010902 A 5 0029 图1示出了现有技术中的常见的电极极片的结构； 0030 图2示出了本申。

16、请的一些实施例中的经分区的电极极片的结构示意图。 0031 针对图1和2中的附图标记指代的含义， 本申请说明如下： 0032 附图标记1指示主体区； 0033 附图标记2指示空箔区； 0034 附图标记3指示基材； 0035 附图标记4指示边缘薄区； 0036 附图标记5指示边缘区。 具体实施方式 0037 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。 0038 如。

17、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。

18、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。 0039 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。 0040 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。

19、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。 0041 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。 0042 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。

20、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 说明书 3/17 页 6 CN 110010902 A 6 能。 0043 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。

21、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 毫米至十几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。 0044 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。 0045 对于阳极极片(也称， 负极极片)而言， 和活性物质区(也称， 主体区)相比， 当单位 面积的阴极极片(也称， 正极极片)释放相同数量的锂离子时， 单位面积的阳极薄区的活性 物质由于含有较少的活性物。

22、质而无法如主体区那样完全接收这些锂离子， 由此会导致过量 的锂离子 “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。 此外， 由于边缘薄区4的厚度小于主体区1的厚度， 这会导致阳极极片和阴极 极片的边缘薄区难以形成紧密贴合， 从而导致锂离子在阳极薄区的表面发生不均匀的沉积 而形成锂枝晶。 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。 0046 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 及包含它们中的至少一者的电芯。 其中通过将阳极极片和/或阴极。

23、极片分成多个区域并进 行差异涂布， 可以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。 0047 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3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1)和第二区(例如， 边缘 区5)， 且其中通过调整所述第一区和所述第二区的单位面积容量来实现上述目的。 需要说 明的是， 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。

24、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的边缘 区5与主体区1的厚度可以相同也可以不同。 0048 一、 阳极极片 0049 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， 其中所述阳极第二区的单位面积容量CsA2大于或等于所述阳极第一区的单位面积 容量CsA1。 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， 而所述阳极第二 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。 0050 通过调整阳极极片薄区的单。

25、位面积容量以使其大于或等于阳极极片主体区的单 位面积容量， 阳极极片薄区能够具有至少与阳极极片主体区一样， 甚至更强的 “吸收” 锂离 子的能力。 因此， 当单位面积的阴极极片释放相同数量的锂离子时， 单位面积的阳极薄区的 说明书 4/17 页 7 CN 110010902 A 7 活性物质能够如同主体区那样接收这些锂离子， 而不会出现 “过量锂离子囤积” 的现象。 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。 0051 在本申请的一些实施例中， 所述阳极极片包括阳极基材(也称， 阳极集流体)和位 于阳极基材的至少一个表面上的阳极活性物质。 在一些实施例中。

26、， 所述阳极基材可为， 但不 限于， 铜箔或镍箔。 0052 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。 0053 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。

27、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。 0054 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。

28、择石墨， 因为它可以给出大的电化学当量和高的能量密度。 0055 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。 0056 金属元素和半金属元素的例子可以包括锡(Sn)、 铅(Pb)。

29、、 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、。

30、 t、 u、 p、 q和r满足s0、 t0、 u0、 p0、 q0和r0。 0057 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。 0058 表1列举了一些锂离子电池的阳极材料及其比容量， 其中可以基于这些阳极材料 的比容量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。 在本申请的一 些实施例中， 可以选择以下阳极活性物质中的一种， 也可以选择以下阳极活性物质中的多 种的混合物涂敷至阳极第一区。 在本申请的一些实施例中， 可以选择以下阳极活性物质中 说明书 5/17 页 8 CN 110010902 A 8 的。

31、一种， 也可以选择以下阳极活性物质中的多种的混合物涂敷至阳极第二区。 然而， 应理 解， 表1只是示例性的列举了其中一些阳极材料， 而本申请的实现并不仅限于所列举的阳极 材料。 此外， 表1给出的比容量为阳极活性物质的实际能够实现的比容量， 其中对阳极活性 物质进行改性会使得比容量值发生小幅度的变化。 0059 表1 0060 0061 在本申请的一些实施例中， 所述阳极第一区和所述阳极第二区可以分别包括不同 的阳极活性物质。 在本申请的一些实施例中， 所述阳极第一区的阳极活性物质的理论比容 量小于所述阳极第二区的阳极活性物质的理论比容量。 0062 在本申请的一些实施例中， 所述阳极极片还包。

32、括阳极第三区， 其中阳极第三区安 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 阳极第三区包括陶瓷， 其中所述陶瓷的单位面积容量为0。 0063 在本申请的一些实施例中， 所述阳极极片还包括阳极第四区， 其中所述阳极第四 区的单位面积容量CsA4大于或等于所述阳极第二区的单位面积容量CsA2。 在本申请的一些 实施例中， 所述阳极第四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， 所述阳极第四区经布置以与阳极第二区相邻但远离阳极第 一区。 其中阳极第四区的设置原理与阳极第二区的设置原理类似， 均是为了补偿薄区的面 。

33、积比容量以提高薄区的嵌锂能力。 0064 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。 0065 在本申请的一些实施例中， 所述阳极第四区可以包括与阳极第一区和阳极第二区 均不同的阳极活性物质， 也可以包括仅与阳极第一区不同但与阳极第二区相同的阳极活性 说明书 6/17 页 9 CN 110010902 A 9 物质。 0066 二、 阴极极片 0067 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。

34、述阴极第二区的单位面积容量CsC2小于或等于所述阴极第一区的单位面积 容量CsC1的约98。 在一些实施例中， 所述阴极第一区包括所述阴极极片的主体区， 而所述 阴极第二区包括所述阴极极片的边缘区。 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。 0068 通过调整阴极极片薄区的单位面积容量以使其小于或等于阴极极片主体区的单 位面积容量的约98， 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 释放较少的锂离子。 因此， 单位面积的阳极薄区的活性物质只需要 “负担” 这些较少的锂离 子即可， 而不需要如同阳极主体区那样需要 “负担” 很多的。

35、锂离子。 因此， 阳极薄区不会出现 “过量锂离子囤积” 的现象。 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。 0069 在本申请的一些实施例中， 所述阴极第二区的单位面积容量CsC2小于或等于所述 阴极第一区的单位面积容量CsC1的约95、 约90、 约85、 约80、 约75、 约70、 约 65、 约60、 约55或者约50。 0070 在本申请的一些实施例中， 所述阴极极片包括阴极基材(也称， 阴极集流体)和位 于阴极基材的至少一个表面上的阴极活性物质。 在一些实施例中， 所述阴极基材可为， 但不 限于， 铝箔或镍箔。 0071 锂离子电池的阴极活。

36、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。 0072 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)。

37、、 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： 0.8x1.2、 0.8a1、 0b0.2、 -0.1c0.2、 0d 0.2。 0073 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。

38、(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 y1.2、 0.3e0.98、 0.02f0.7、 0.02g0.7、 -0.1h0.2。 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。 0074 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。

39、(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： 0.8z 说明书 7/17 页 10 CN 110010902 A 10 1.2、 0p1.0和-0.2r0.2。 0075 表2列举了一些锂离子电池的阴极材料及其比容量， 其中可以基于这些阴极材料 的比容量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。 在本申请的一 些实施例中， 可以选择以下阴极活性物质中的一种， 也可以选择以下阴极活性物质中的多 种的混。

40、合物涂敷至阴极第一区。 在本申请的一些实施例中， 可以选择以下阴极活性物质中 的一种， 也可以选择以下阴极活性物质中的多种的混合物涂敷至阴极第二区。 然而， 应理 解， 表2只是示例性的列举了其中一些阴极材料， 而本申请的实现并不仅限于所列举的阴极 材料。 此外， 表2给出的比容量为阴极活性物质的实际能够实现的比容量， 其中对阴极活性 物质进行改性会使得比容量值发生小幅度的变化。 0076 表2 0077 0078 0079 在本申请的一些实施例中， 所述阴极第一区和所述阴极第二区可以分别包括不同 的阴极活性物质。 在本申请的一些实施例中， 所述阴极第一区包括三元材料和/或钴酸锂， 而所述阴极。

41、第二区包括磷酸铁锂， 其中三元材料和/或钴酸锂的单位面积比容量大于磷酸 铁锂的单位面积比容量。 0080 在本申请的一些实施例中， 所述阴极第一区的阴极活性物质的理论比容量大于所 述阴极第二区的阴极活性物质的理论比容量。 0081 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， 其中阴极第三区安 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 阴极第三区包括陶瓷， 其中所述陶瓷的单位面积容量为0。 说明书 8/17 页 11 CN 110010902 A 11 0082 在本申请的一些实施例中， 所述阴极极片还包括阴极第四区， 其中所述阴极第四 区。

42、的单位面积容量CsC4小于或等于所述阴极第二区的单位面积容量CsC2。 在本申请的一些 实施例中， 所述阴极第四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， 所述阴极第四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。 其 中阴极第四区的设置原理与阴极第二区的设置原理类似， 均是为了减少阴极薄区脱出锂离 子的数量。 0083 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。 0084 在本申请的一些实施例中， 所述阴。

43、极第四区可以包括与阴极第一区和阴极第二区 均不同的阳极活性物质， 也可以包括仅与阴极第一区不同但与阴极第二区相同的阳极活性 物质。 0085 三、 电芯和电化学装置 0086 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单位面积容量CsA与阴极极片的单位面积容量CsC的比值定义为电 芯平衡值CB。 其中为了提高阳极薄区的嵌锂能力或者为了降低阴极薄区的脱锂能力， 本申 请提出了薄区的CB值大于或等于厚区的CB值。 0087 具体地， 在本申请所述的电芯中， 将。

44、所述阳极第一区的单位面积容量CsA1与所述阴 极第一区的单位面积容量CsC1的比值定义为第一区的数值CB1， 而将所述阳极第二区的单位 面积容量CsA2与所述阴极第二区的单位面积容量CsC2的比值定义为第二区的数值CB2， 且其 中CB2CB1。 0088 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。 0089 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/或阳极第四区。 在一些实施例中， 所述电芯中的所述阴极极片。

45、还包括上述实 施例所述的阴极第三区和/或阴极第四区。 0090 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四区而所述电芯的 阴极极片包括阴极第四区时， 进一步将所述阳极第四区的单位面积容量CsA4与所述阴极第 四区的单位面积容量CsC4的比值定义为第四区的数值CB4， 其中CB1、 CB2和CB4的关系满足CB4 CB2CB1。 0091 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。 0092 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。

46、。 液态电解液包括锂盐和非水溶剂。 0093 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。 说明书 9/17 页 12 CN 110010902 A 12 0094 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。 0095 碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、 碳酸二甲酯(DM。

47、C)、 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。 0096 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。。

48、 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。 0097 羧。

49、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、 -丁内酯、 癸内酯、 戊内酯、 甲瓦龙酸内酯、 己内酯及其组合。 0098 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。

50、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。 0099 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、 0100 HCF2CF2CH2OCF2CF2H、 (CF3)2CFCF(C。