[发明专利]电化学装置和电子装置

说明书

本申请提供了一种电化学装置和电子装置，包括负极，负极包括依次设置的集流体层、锂金属层和多孔骨架层，其中，多孔骨架层部分嵌入锂金属层中，多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度为0.2μm至50μm。本申请提供的电化学装置具有良好的循环性能和较高的安全可靠性。

技术领域

本申请涉及电化学领域，特别是涉及一种电化学装置和电子装置。

背景技术

锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高，期待着综合性能全面提升的新型锂离子电池的出现。

由于锂金属的相对原子质量小(6.94)、标准电极电位低(-3.045V)、理论比容量高(3860mA·h/g)，因此，使用锂金属作为电池的负极，配合一些高能量密度的正极材料，可以大大提高电池的能量密度以及电池的工作电压。但是，锂金属较活泼，容易与电解液体系中的有机小分子发生一系列副反应，导致锂金属与电解液同时被消耗，循环库伦效率低。其次，在充电过程中，锂会在负极集流体表面沉积，由于电流密度以及电解液中锂离子浓度的不均匀性，在沉积过程中会出现某些位点沉积速度过快而形成尖锐的枝晶结构，使锂离子电池的能量密度降低，甚至刺穿隔膜形成短路，引发安全问题。最后，在电池充电-放电过程中，负极极片的厚度会发生剧烈的膨胀-收缩，容易导致负极极片上的涂层被剥离下来，影响锂离子电池的循环性能。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电化学装置和电子装置，以提高电化学装置的循环性能和安全可靠性。

需要说明的是，在以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。

具体技术方案如下：

本申请的第一方面提供了一种电化学装置，包括负极，负极包括依次设置的集流体层、锂金属层和多孔骨架层，其中，多孔骨架层部分嵌入锂金属层中，多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度为0.2μm至50μm。

在本申请中，由于多孔骨架层部分嵌入锂金属层中，锂金属层可以对循环过程中消耗的锂进行补充，从而提高电化学装置的循环性能。同时，多孔骨架层部分嵌入到锂金属层中，并控制多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度为0.2μm至50μm，由于锂金属层的硬度较低，能够有效改善集流体层与多孔骨架层之间的电接触，以保障电流传输的均匀性，有效避免锂枝晶的产生，可以提高锂的沉积密度并避免锂枝晶刺穿隔膜而引发安全事故，从而提高电化学装置的安全可靠性。此外，多孔骨架层中存在的孔隙能够为锂沉积提供空间，以避免在电化学装置循环过程中由于锂离子在正负极之间迁移而引起负极剧烈的体积变化，提高锂沉积的密度，从而提高电化学装置的能量密度。本申请中，依次设置集流体层、锂金属层和多孔骨架层可以是指，将集流体层作为底层，将锂金属层作为中间层，将多孔骨架层作为上层依次设置。集流体层与多孔骨架层之间的电接触是指集流体层与多孔骨架层相互接触且能够传输电流。

本申请的多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度为0.2μm至50μm，优选为2μm至30μm。例如，多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度的下限值可以包含以下数据中：0.2μm、1μm、10μm、20μm或25μm；多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度的上限值可以包含以下数据中：30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。不限于任何理论，当多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度过小时(例如小于0.2μm)，会使多孔骨架层与锂金属层之间的接触变差，从而影响集流体层和多孔骨架层之间的电接触，使得电流传输的均匀性变差，在锂沉积过程中某些位点沉积速度过快，进而形成尖锐的锂枝晶结构，导致电化学装置的安全可靠性降低；当多孔骨架层嵌入锂金属层的厚度过大时(例如大于50μm)，由于多孔骨架层厚度过大，会使电化学装置的能量密度降低。