具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。

空间相关术语，比如“上”等可在本文用于方便描述，以描述如图中阐释的一个要素或特征与另一要素(多个要素)或特征(多个特征)的关系。应理解，除了图中描述的方向之外，空间相关术语旨在包括设备或装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果将图中的设备翻转，则描述为在其他要素或特征“上方”或“上”的要素将定向在其他要素或特征的“下方”或“下面”。因此，示例性术语“上”可包括上面和下面的方向。

应理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文用于描述各种要素、组分、区域、层和/或部分，但是这些要素、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语用于区分一个要素、组分、区域、层或部分与另一要素、组分、区域、层或部分。因此，下面讨论的第一要素、组分、区域、层或部分可称为第二要素、组分、区域、层或部分，而不背离示例性实施方式的教导。

下面对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本申请提供一种电化学装置100，所述电化学装置100包括第一极片10、第一端子30和第二端子50，所述第一极片10包括复合集流体101。图1中示出的电化学装置100由第一极片10和其它电极组件卷绕而成，可以理解，所述电化学装置100也可由第一极片10和其它电极组件通过叠片的方式制成。其它电极组件包括第二极片20和隔离膜40，隔离膜40设置于第一极片10和第二极片20之间。

请参阅图2，所述复合集流体101包括基底层103、第一导电层105和第二导电层107，所述基底层103具有相对设置的第一表面102和第二表面104，所述第一导电层105设置于所述第一表面102上，所述第二导电层107设置于所述第二表面104上。所述第一导电层105和所述第二导电层107可以通过溅射法、真空沉积法、离子电镀法、激光脉冲沉积法等方法在所述基底层103的表面上形成。所述第一导电层105和所述第二导电层107为金属镀层，所述基底层103两侧的金属镀层的材质可相同也可不同，例如，两侧都为铜，或者一侧为铜、另一侧为铝，优选为两侧金属镀层的材质相同。

请参阅图3，所述第一导电层105包括第一区域1051和第二区域1052，第一极耳60连接所述第二区域1052，沿所述第一区域1051的长度方向，所述第一端子30电连接至所述第一区域1051的一端，所述第二端子50电连接至所述第一区域1051的另一端。所述第一端子30与所述第二端子50之间具有第一电阻R1，满足：R1≥5mΩ。进一步地，R1≥20mΩ。其中，第一区域1051作为加热区，用于对电化学装置100进行加热，第二区域1052作为涂覆区，用于设置活性材料层。

如图3所示，所述第一区域1051与所述第二区域1052可分离设置；如图4所示，所述第一区域1051也可从所述第二区域1052的一端一体延伸形成，此时，可无需设置连接所述第二区域1052的第一极耳60。图3和图4中，所述第一区域1051位于所述复合集流体101长度方向上的端部。可以理解，所述第一区域1051也可以大致位于所述复合集流体101长度方向上的中间位置，如图5所示，第一区域1051将第二区域1052分为了间隔的两部分。所述第一区域1051的位置可以根据电化学装置的结构设计进行调整。例如，所述第一区域1051可位于图1所示的卷绕式电极组件中第一极片10的最内圈空箔区(未涂覆活性材料层的复合集流体)，也可位于卷绕式电极组件第一极片10最外圈空箔区；叠片式电极组件中，所述第一区域1051可位于极片最外侧单面区，也可位于极片中的某一层。

如图3至图5所示，所述第一区域1051包括图案。所述图案的形状包括但不限于波形、锯齿形等。可以理解，第一导电层105为金属镀层，通过蚀刻等方式可将所述第一导电层105的部分金属镀层清除掉，使得残余的金属镀层形成一定图案(例如波形、锯齿形等)，所述图案使得电子传输路径变长，电阻升高，即形成了所述第一区域1051。

请参阅图6，所述第二导电层107包括第三区域1071和第四区域1072，第二极耳80连接所述第四区域1072。所述电化学装置还包括第三端子70和第四端子90，沿所述第三区域1071的长度方向，所述第三端子70电连接至所述第三区域1071的一端，所述第四端子90电连接至所述第三区域1071的另一端。所述第三端子70与所述第四端子90之间具有第二电阻R2，满足：R2≥5mΩ。进一步地，R2≥20mΩ。其中，第三区域1071作为加热区，用于对电化学装置100进行加热，第四区域1072作为涂覆区，用于设置活性材料层。

如图6所示，所述第三区域1071与所述第四区域1072可分离设置；如图7所示，所述第三区域1071也可从所述第四区域1072的一端一体延伸形成，此时，可无需设置连接所述第四区域1072的第二极耳80。图6和图7中，所述第三区域1071位于所述复合集流体101长度方向上的端部。可以理解，所述第三区域1071也可以大致位于所述复合集流体101长度方向上的中间位置，如图8所示，第三区域1071将第四区域1072分为了间隔的两部分。

如图6至图8所示，所述第三区域1071包括图案。所述图案的形状包括但不限于波形、锯齿形等。可以理解，第二导电层107为金属镀层，通过蚀刻等方式可将所述第二导电层107的部分金属镀层清除掉，使得残余的金属镀层形成一定图案(例如波形、锯齿形等)，所述图案使得电子传输路径变长，电阻升高，即形成了所述第三区域1071。

所述第一区域1051与所述第三区域1071在所述复合集流体101厚度方向上的投影可完全重叠、部分重叠或完不重叠。可以理解，所述第二导电层107可以只包括第四区域1072而不包括第三区域1071。此时，第二导电层107上对应第一区域1051的金属层可被去除，如图9所示。

一些实施方式中，所述第一区域1051、所述第二区域1052、所述第三区域1071或所述第四区域1072的材质各自独立地包括镍(Ni)、钛(Ti)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、镁(Mg)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、硅(Si)、锗(Ge)、锑(Sb)、铅(Pb)、铟(In)或锌(Zn)中的至少一种。

一些实施方式中，第一导电层105的孔隙率范围为0％至60％，第二导电层107的孔隙率范围为0％至60％。第一导电层105和第二导电层107具有一定孔隙率，有利于减重以及提高活性材料负载量。但孔隙率过大，会导致第一导电层105和第二导电层107内孔隙过多，使得内部电子沿着第一导电层105或第二导电层107的传输路径加长，使得电子传导能力下降，影响电化学装置的电学性能。

一些实施方式中，第一导电层105的厚度范围为0.1μm至10μm，第二导电层107的厚度范围为0.1μm至10μm。第一导电层105或第二导电层107的厚度在上述范围内，有利于在保证第一导电层105或第二导电层107具有较高的电子传导能力、保证电化学性能的同时，保证电化学装置具有较高的能量密度。

一些实施方式中，基底层103的材质包括聚合物。所述聚合物包括绝缘性聚合物。所述绝缘性聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚砜及其衍生物中的至少一种。

一些实施方式中，基底层103的孔隙率范围为0％至50％。所述基底层103具有一定孔隙率有利于减重以及提高活性材料负载量，同时增大了复合集流体101的表面积以改善电子传输路径。增大表面积改善电子传输路径的原理为：孔隙率越大，基底层103的表面有更大面积在制备第一导电层105或第二导电层107的时候可以被金属层覆盖，即贴近表面附近的孔洞内壁也会被蒸镀上一层金属，成为实际意义上表面第一导电层105或第二导电层107的一部分。

一些实施方式中，基底层103的厚度范围为1μm至20μm。所述基底层103的厚度在上述范围内，有利于在保证其具有较高的机械强度、保证基底层103两侧的第一导电层105和第二导电层107之间不会相互连通、引发失效的同时，保证电化学装置具有较高的能量密度。

请继续参阅图1，所述第一极片10还包括第一活性材料层106，所述第一活性材料层106设置于第二区域表面。所述第一极片10还包括第二活性材料层108，所述第二活性材料层108设置于第四区域表面。所述第一活性材料层106与所述第二活性材料层108为极性相同的活性材料层，如同为正极活性材料层。所述电化学装置100还包括第三极耳91，所述第三极耳91用于将第二极片20的电性导出。所述第三极耳91可为正极极耳或是负极极耳，在一实施例中，所述第二极片20为负极极片，所述第三极耳91为负极极耳。

请继续参阅图1，所述第一活性材料层106与所述第二活性材料层108为极性不同的活性材料层，如第一活性材料层106为负极活性材料层，第二活性材料层108为正极活性材料层。

一些实施方式中，基底层103与第一导电层105之间设有粘接层。一些实施方式中，基底层103与第二导电层107之间设有粘接层。可以理解，所述基底层103的两侧可均具有粘接层，也可以只有一侧具有粘接层。所述粘接层用于改善基底层103与第一导电层105之间以及基底层103与第二导电层107之间的界面结合力，提高复合集流体101的可靠性。

进一步地，所述粘接层包括粘接剂。所述粘接剂包括聚酰胺(PA)、聚胺酯(PU)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、丙烯酸酯类聚合物、海草酸钠(SA))、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基壳聚糖(CMCS)、明胶、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚环氧乙烷(PEO)、有机硅树脂、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)及其衍生物中的至少一者。所述基底层103两侧的粘接层的材质可以相同，也可以不同。

进一步地，所述粘接层还包括导电剂。所述导电剂包括碳纳米管、导电碳或石墨烯中的至少一者。所述导电剂的添加可以进一步增加电子传导通路，提高电学性能。

本申请还提供一种用电设备，其包括上述任一项所述的电化学装置。

进一步地，所述用电设备还包括开关，满足以下条件中的至少一者：

1)当所述电化学装置的温度低于T1时，所述开关闭合，使电流通过第一区域，对所述电化学装置进行加热；

2)当所述电化学装置的温度低于T1时，所述开关闭合，使电流通过第三区域，对所述电化学装置进行加热。

当电化学装置的温度低于正常运行温度(例如，低于约5℃)时，第一端子30和第二端子50将连接加热电路，和/或第三端子70与第四端子90将连接加热电路，由于电阻R1、R2比电化学装置正常运行时的内阻大得多，发热量与电阻呈正相关，且在充电时可方便地提高加热电路的电流，电化学装置的内部温度将快速升高，从而可迅速提升电化学装置的电化学性能。

以下通过具体实施例以及对比例来对本申请进行说明。

实施例1

复合集流体的制备：在10μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层0.3μm厚的金属Al镀层作为第一导电层和第二导电层。在复合集流体长度方向的一端，通过酸性腐蚀液体反应，在第一导电层上刻蚀出如图3所示的图案作为第一区域，其中，连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为1.14Ω。

正极片的制备：将正极活性材料钴酸锂(LiCoO₂)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体一侧金属Al镀层的涂覆区表面，90℃条件下烘干，即已完成正极片的单面涂布。随后重复上述工艺，在复合集流体的另一侧进行浆料的涂布并烘干，完成上述过程后，将极片的活性物质层冷压至4.0g/cm³的压实密度。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了正极片的制备。

负极片的制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆金属Cu集流体一侧表面，110℃条件下烘干，即已完成负极片的单面涂布。随后重复上述工艺，在金属Cu集流体的另一侧表面进行浆料的涂布并烘干，完成上述过程后，将极片的活性物质层冷压至1.7g/cm³的压实密度。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了负极片的制备。

电解液的制备：在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF₆)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1.15M的电解液。

锂离子电池的制备：选用厚度15μm的聚乙烯(PE)作为隔离膜，将上述正极片、隔离膜、负极片按照顺序叠好，然后将叠好的极片和隔离膜卷成卷绕式电极组件，其中第一区域位于最内圈单面区，放入外包装铝塑膜中，经过顶侧封，然后进行注液、化成等工序，得到锂离子电池。

实施例2

与实施例1的区别在于：PET薄膜的厚度为20μm。

实施例3

与实施例1的区别在于：PET薄膜的厚度为1μm。

实施例4

与实施例1的区别在于：金属Al镀层的厚度为1μm。

实施例5

与实施例2的区别在于：金属Al镀层的厚度为10μm。

实施例6

与实施例1的区别在于：金属Al镀层的厚度为0.1μm。

实施例7

与实施例1的区别在于：基底层的材质为聚酰亚胺(PI)。

实施例8

与实施例4的区别在于：基底层的材质为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。

实施例9

与实施例4的区别在于：金属镀层的材质为Ni。

实施例10

与实施例4的区别在于：金属镀层的材质为Cu。

实施例11

与实施例4的区别在于：第一导电层的材质为Al、第二导电层的材质为Cu。

实施例12

与实施例4的区别在于：金属镀层孔隙率为30％。

实施例13

与实施例4的区别在于：基底层孔隙率为30％。

实施例14

与实施例4的区别在于：在基底层与两侧的金属镀层之间均设置粘结层，粘结层材质为聚氨酯。

实施例15

与实施例4的区别在于：在基底层与两侧的金属镀层之间均设置粘结层，粘结层材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。

实施例16

与实施例4的区别在于：在基底层与一侧的金属镀层之间设置粘结层，粘结层材质为聚氨酯。

实施例17

与实施例4的区别在于：在基底层与两侧的金属镀层之间均设置粘结层，粘结层材质一侧为聚氨酯、另一侧为乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。

实施例18

与实施例4的区别在于：在正极片的制备前，先在复合集流体表面按如下方式制备底涂层：将导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比97:3进行混合，加入去离子水，调配成为固含量为0.85的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体金属Al镀层的涂覆区表面，110℃条件下烘干，得到底涂层。

实施例19

与实施例4的区别在于：通过设置图案纹路的间距使得连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为1.27Ω。

实施例20

与实施例4的区别在于：通过设置图案纹路的间距使得连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为28.07Ω。

实施例21

与实施例4的区别在于：通过设置图案纹路的间距使得连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为6.25Ω。

实施例22

与实施例4的区别在于：通过设置图案纹路的间距使得连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为0.2Ω。

实施例23

与实施例4的区别在于：在第一区域未设置图案，使得连接第一区域的第一端子与第二端子之间的电阻R1为0.05Ω。

实施例24

与实施例4的区别在于：将复合集流体中与第一区域相对的第二导电层去除。

实施例25

与实施例4的区别在于：在第二导电层中设置第三区域，且第三区域未设置图案，其中，连接第三区域的第三端子与第四端子之间的电阻R2为0.09Ω。

实施例26

与实施例4的区别在于：在第二导电层中设置第三区域，且第三区域的图案与第一区域不同，其中，连接第三区域的第三端子与第四端子之间的电阻R2为1.24Ω。

实施例27

与实施例4的区别在于：仅负极片中使用复合集流体，且复合集流体中的金属镀层材料为Cu。

实施例28

与实施例4的区别在于：负极同样使用复合集流体，且复合集流体中的金属镀层材料为Cu。

实施例29

与实施例4的区别在于：第一区域位于复合集流体长度方向的中部。

实施例30

与实施例4的区别在于：第一区域位于卷绕结构的最外圈单面区。

实施例31

与实施例4的区别在于：第一区域位于卷绕结构的最外圈空箔区。

实施例32

与实施例4的区别在于：电极组件为叠片结构，第一区域位于电极组件最外侧单面区。

实施例33

与实施例32的区别在于：第一区域位于电极组件的中间层。

实施例34

与实施例4的区别在于：复合集流体的一侧为金属Cu镀层、另一侧为金属Al镀层，在金属Al镀层上设置第一区域，并在金属Al镀层的涂覆区设置正极活性材料层，在金属Cu镀层上设置负极活性材料层。该复合极片与隔膜叠好后自卷绕形成卷绕式电极组件。

对比例1

与实施例1的区别在于：正极片的制备中使用常规Al集流体。

对比例2

与对比例1的区别在于：在卷绕式电极组件中间设置加热Ni片。

对比例3

与对比例1的区别在于：复合集流体上未设置第一区域，在卷绕式电极组件中间设置加热Ni片。温升测试：将锂离子电池从零下10℃以50W的功率，加热至电池表面最高温度点为25℃时，测试电池表面最大温差(℃)。

针刺实验：取10支锂离子电池进行针刺实验，不冒烟不起火为通过测试，针刺实验通过率＝通过测试的锂离子电池数/10。

跌落测试：取10支锂离子电池进行跌落测试，从1.5m高度自由跌落，锂离子电池未失效为通过测试，跌落测试通过率＝通过测试的锂离子电池数/10。

能量密度测试：将锂离子电池在25℃环境下，以1C的充电速率从3.0V充电至4.4V，再以0.1C的放电速率放电至3.0V，测定0.1C放电容量，0.1C放电能量密度＝0.1C放电容量/锂离子电池体积。

循环容量保持率测试：将锂离子电池在25℃环境下，以2C的充电速率从3.0V充电至4.4V，再以0.2C的放电速率放电至3.0V，确定此次的放电容量为首次放电容量，重复上述充放电循环50次，测定第50次放电的放电容量，循环容量保持率＝第50次放电容量/首次放电容量。

各实施例和对比例制备的锂离子电池的组成和性能测试结果请见表1和表2。

表1

表2

由表1和表2的结果可知，相较于对比例1-3，实施例1-34的锂离子电池在提升温升性能的同时，能够显著提升锂离子电池的针刺和跌落安全性。此外，相比于在电极组件中间单独设置加热Ni片的方式，通过对复合集流体设置加热区，改善了界面接触劣化，因而提升了锂离子电池的循环性能。另外，通过控制基底层、第一导电层和第二导电层的厚度，锂离子电池的能量密度能够得到进一步提升。

本申请提供的电化学装置和用电设备，通过对复合集流体设置加热区用于连接加热电路，从而实现电化学装置的自身加热功能，优化了加热结构的引入方式，进而有效改善了现有加热方式存在的能量密度降低、界面接触劣化、自放电问题严重、跌落测试存在可靠性风险等问题。