一种电化学装置和电子装置的制作方法

1.本技术涉及电化学技术领域，特别是涉及一种电化学装置和电子装置。


背景技术：

2.锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于便携式电能储存、电子设备、电动汽车等各个领域。在锂离子电池飞速发展的过程中也对锂离子电池的综合性能提出更高的要求，例如同时具有较高的能量密度和良好的循环性能等。
3.硅材料具有高的克容量(可达4200mah/g)，用作锂离子电池的负极活性材料能够显著提升锂离子电池的能量密度。但是，在锂离子脱嵌过程中，硅材料会产生较大的体积膨胀，具体地，其体积可增加至原先体积的300％至400％，因此容易出现硅材料破裂或粉化的问题，进而导致负极极片中的负极材料层出现粉化问题，并影响固体电解质界面(sei)膜的形成，降低锂离子电池的循环性能。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种电化学装置和电子装置，以改善电化学装置的循环性能。
5.本技术的第一方面提供了一种电化学装置，其包括负极极片，所述负极极片包括负极材料层，所述负极材料层包括硅碳复合材料，所述硅碳复合材料包括多孔碳骨架和硅材料，所述硅碳复合材料的平均粒径为aμm，满足3≤a≤15，所述负极材料层的孔隙率为b％，所述电化学装置满足0.15≤a/b≤1。多孔碳骨架具有多孔结构，可以为硅碳复合材料中的硅材料提供膨胀空间以缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，同时通过调控硅碳复合材料的平均粒径和硅碳复合材料的平均粒径与负极材料层的孔隙率的比值在上述范围内，不仅能够为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，而且使得硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间具有良好的电接触，从而提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
6.在本技术的一些实施方案中，所述负极材料层的孔隙率b％满足15≤b≤35。通过调控负极材料层的孔隙率在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
7.在本技术的一些实施方案中，所述负极材料层的压实密度为1.2g/cm3至1.8g/cm3。通过调控负极材料层的压实密度在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
8.在本技术的一些实施方案中，基于所述硅碳复合材料的质量，所述硅碳复合材料中碳的质量百分含量为d％，满足15≤d≤75，所述硅碳复合材料中硅的质量百分含量为e％，满足15≤e≤75，所述硅碳复合材料中氧的质量百分含量为0.3％至10％。通过调控硅碳复合材料中碳、硅和氧的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性
能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能，较高的比容量、首圈可逆容量和首圈库伦效率。
9.在本技术的一些实施方案中，所述多孔碳骨架的孔体积为0.5ml/g至2.0ml/g，基于所述多孔碳骨架的孔体积，微孔和介孔的孔体积百分比为70％至90％。多孔碳骨架具有大量的微孔和介孔，硅碳复合材料中硅材料分布在微孔和介孔的孔结构内，为硅碳复合材料中的硅材料提供膨胀空间，能够缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，从而改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
10.在本技术的一些实施方案中，所述电化学装置包括电解液，所述电解液包括碳酸乙烯酯，基于所述电解液的总质量，所述碳酸乙烯酯的质量百分含量为f％，满足5≤f≤30。通过调控碳酸乙烯酯的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和倍率性能。
11.在本技术的一些实施方案中，所述电化学装置满足0.2≤a/f≤2。通过调控a/f的值在上述范围内，有利于硅碳复合材料与电解液中的碳酸乙烯酯形成协同作用，以改善电化学装置的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
12.在本技术的一些实施方案中，所述电解液包括碳酸丙烯酯，基于所述电解液的总质量，所述碳酸丙烯酯的质量百分含量为g％，满足5≤g≤40。通过调控碳酸丙烯酯的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和倍率性能。
13.在本技术的一些实施方案中，所述硅碳复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将多孔碳骨架置于硅烷气氛中进行第一沉积反应，其中，所述多孔碳骨架的孔体积为0.5ml/g至2.0ml/g，基于所述多孔碳骨架的孔体积，微孔和介孔的孔体积百分比为70％至90％；所述硅烷气氛中硅烷的体积百分比为1％至30％，所述第一沉积反应的温度为400℃至600℃、时间为1h至12h；(2)然后在氧气气氛中进行第二沉积反应得到硅碳复合材料，其中，所述氧气气氛中氧气的体积百分比为1％至30％，所述第二沉积反应的温度为400℃至800℃、时间为1h至12h。本技术提供的制备方法制得的硅碳复合材料，硅材料嵌入到多孔碳骨架的微孔和介孔中，不仅能够发挥硅材料高比容量的优势，以提高电化学装置的比容量，而且多孔碳骨架为硅材料的体积膨胀提供了足够的空间以缓解体积膨胀产生的膨胀应力，有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
14.本技术的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。本技术提供的电化学装置具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能，从而本技术提供的电子装置具有较长的使用寿命。
15.本技术提供一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括负极极片，负极极片包括负极材料层，负极材料层包括硅碳复合材料，硅碳复合材料包括多孔碳骨架和硅材料，硅碳复合材料的平均粒径为aμm，满足3≤a≤15，负极材料层的孔隙率为b％，电化学装置满足0.15≤a/b≤1。多孔碳骨架具有多孔结构，可以为硅碳复合材料中的硅材料提供膨胀空间以缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，同时通过调控硅碳复合材料的平均粒径和硅碳复合材料的平均粒径与负极材料层的孔隙率的比值在上述范围内，不仅能够为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，而且使得硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间具有良好的电接触，从而提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
16.当然，实施本技术的任一实施方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施方案中的实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.需要说明的是，本技术的具体实施方案中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本技术，但是本技术的电化学装置并不仅限于锂离子电池。
19.本技术的第一方面提供了一种电化学装置，其包括负极极片，负极极片包括负极材料层，负极材料层包括硅碳复合材料，硅碳复合材料包括多孔碳骨架和硅材料，硅碳复合材料的平均粒径为aμm，满足3≤a≤15，优选6≤a≤12，负极材料层的孔隙率为b％，电化学装置满足0.15≤a/b≤1，优选0.3≤a/b≤1。例如，硅碳复合材料的平均粒径可以为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或为其间的任意范围，a/b的值可以为0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或为其间的任意范围。
20.本技术的发明人发现，当硅碳复合材料的平均粒径过小(例如小于3μm)时，硅碳复合材料的比表面积增加，容易与电解液发生副反应，从而影响电化学装置的循环性能。当硅碳复合材料的平均粒径过大(例如大于15μm)时，难以为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，无法有效缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，从而影响电化学装置的循环性能和倍率性能。当a/b的值过小(例如小于0.15)或过大(例如大于1)时，均不利于改善电化学装置的循环性能、膨胀性能和倍率性能。多孔碳骨架具有多孔结构，可以为硅碳复合材料中的硅材料提供膨胀空间以缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，同时通过调控硅碳复合材料的平均粒径和a/b的值在上述范围内，不仅为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，充分发挥硅碳复合材料中硅材料具有的高克容量优势，而且使得硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间具有良好的电接触，从而提高电化学装置的循环性能和膨胀性能(例如体积膨胀率)，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
21.在本技术的一些实施方案中，所述负极材料层的孔隙率为b％，满足15≤b≤35，优选18≤b≤30，例如，负极材料层的孔隙率可以为15％、20％、25％、30％、35％或为其间的任意范围。当负极材料层的孔隙率过小(例如小于15％)时，不能为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，会影响电化学装置的循环性能和膨胀性能。当负极材料层的孔隙率过大(例如大于35％)时，硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间的电接触减少，会影响电化学装置的倍率性能。通过调控负极材料层的孔隙率在上述范围内，不仅能够为硅碳复合材料中的硅材料的体积膨胀提供足够的空间，还使得硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间具有良好的电接触，从而提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。负极材料层的孔隙率是指负极材料层中的孔隙的体积与负极材料层的体积的百分比。
22.在本技术的一些实施方案中，负极材料层的压实密度为1.2g/cm3至1.8g/cm3，优选1.4g/cm3至1.8g/cm3。例如，负极材料层的压实密度可以为1.2g/cm3、1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.8g/cm3或为其间的任意范围。当负极材料层的压实密度过
小(例如小于1.2g/cm3)时，负极材料层的孔隙率增大，硅碳复合材料的颗粒与颗粒之间的电接触减少，会影响电化学装置的倍率性能。当负极材料层的压实密度过大(例如大于1.8g/cm3)时，负极材料层的孔隙率降低，则不能为硅材料的体积膨胀提供足够的空间以释放膨胀过程中产生的膨胀应力，会影响电化学装置的循环性能和膨胀性能。通过调控负极材料层的压实密度在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
23.在本技术的一些实施方案中，基于硅碳复合材料的质量，硅碳复合材料中碳的质量百分含量为d％，满足15≤d≤75，优选为40≤d≤75，硅碳复合材料中硅的质量百分含量为e％，满足15≤e≤75，优选为40≤e≤75，硅碳复合材料中氧的质量百分含量为0.3％至10％，优选为1％至6％。例如，硅碳复合材料中碳的质量百分含量可以为15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、75％或为其间的任意范围，硅碳复合材料中硅的质量百分含量可以为15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、75％或为其间的任意范围，硅碳复合材料中氧的质量百分含量可以为0.3％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或为其间的任意范围。可以理解的是，硅碳复合材料中可能会存在少量(质量百分含量小于0.1％)的杂质，为了方便讨论，本技术对杂质忽略不计，即硅碳复合材料中硅、碳和氧的质量百分含量之和为100％。
24.本技术的发明人发现，当硅碳复合材料中碳的质量百分含量过低(例如低于15％)时，不能为硅碳复合材料中硅材料提供足够的膨胀空间，从而会影响电化学装置的循环性能和膨胀性能。当硅碳复合材料中碳的质量百分含量过高(例如高于75％)时，此时硅的质量百分含量较低，无法有效发挥硅碳复合材料中硅材料具有的高克容量优势，会影响电池的比容量。通过调控硅碳复合材料中碳的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有较高的比容量。
25.当硅碳复合材料中硅的质量百分含量过低(例如低于15％)时，会影响电化学装置的首圈可逆容量，也无法有效发挥硅碳复合材料中硅材料具有的高克容量优势，会影响电池的比容量。当硅碳复合材料中硅的质量百分含量过高(例如高于75％)时，此时碳的质量百分含量较低，则不能为硅碳复合材料中的硅材料提供足够的膨胀空间，从而会影响电化学装置的循环性能和膨胀性能；此外，硅的质量百分含量过高不利于锂离子和电子的传输，从而影响电化学装置的倍率性能。通过调控硅碳复合材料中硅的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能、较高的首圈可逆容量和比容量。
26.硅碳复合材料中的氧会与锂离子在硅碳复合材料的表面形成惰性层，能够改善硅碳复合材料中硅材料的膨胀性能，进而可以改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。但是，当硅碳复合材料中氧的质量百分含量过高(例如高于10％)时，形成的惰性层会影响锂离子的传输，进而影响电化学装置的倍率性能和首圈库伦效率。通过调控硅碳复合材料中氧的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能和较高的首圈库伦效率。
27.整体而言，通过调控硅碳复合材料中碳、硅和氧的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能，较高的比容量、首圈可逆容量和首圈库伦效率。
28.在本技术的一些实施方案中，硅碳复合材料满足0.5≤d/e≤5，优选0.8≤d/e≤3例如，d/e的值可以为0.5、1、2、3、4、5或为其间的任意范围。通过调控d/e的值在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，以及使电化学装置具有良好的倍率性能。
29.在本技术的一些实施方案中，多孔碳骨架的孔体积为0.5ml/g至2.0ml/g，优选为0.8ml/g至2.0ml/g，基于多孔碳骨架的孔体积，微孔和介孔的孔体积百分比为70％至90％，优选为80％至90％。例如，多孔碳骨架的孔体积可以为0.5ml/g、0.6ml/g、0.7ml/g、0.8ml/g、0.9ml/g、1.0ml/g、1.1ml/g、1.2ml/g、1.3ml/g、1.5ml/g、1.8ml/g、2.0ml/g或为其间的任意范围，微孔和介孔的孔体积百分比为70％、75％、80％、85％、90％或为其间的任意范围。多孔碳骨架具有大量的微孔和介孔，硅碳复合材料中硅材料分布在微孔和介孔的孔结构内，为硅碳复合材料中的硅材料提供膨胀空间，能够缓冲膨胀过程中产生的膨胀应力，从而改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。其中，微孔和介孔的孔体积百分比是指微孔和介孔的孔体积之和与多孔碳骨架的孔体积之比的百分数，微孔是指孔径小于2nm的孔，介孔是指孔径在2nm至50nm之间的孔。
30.在本技术的一些实施方案中，电化学装置包括电解液，电解液包括碳酸乙烯酯(ec)，基于电解液的总质量，碳酸乙烯酯的质量百分含量为f％，满足5≤f≤30，优选为10≤f≤30。例如，ec的质量百分含量可以为5％、10％、15％、20％、25％、30％或为其间的任意范围。在电解液中加入ec，由于ec具有较高的介电常数，有利于提高电化学装置的倍率性能，同时当ec渗透到硅碳复合材料的表面后，有利于在负极极片的表面形成稳定的sei膜，从而有利于提高电化学装置的循环性能。但是当ec的质量百分含量过高(例如高于30％)，电解液粘度增大，不利于锂离子的传输，电解液的电导率降低，而且ec会与锂离子一起嵌入到硅碳复合材料中，使得可逆容量降低，从而影响电化学装置的倍率性能、循环性能和容量。通过调控ec的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和倍率性能。
31.在本技术的一些实施方案中，电化学装置满足0.2≤a/f≤2，优选为0.2≤a/f≤1.5。例如，a/f的值可以为0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.5、2或为其间的任意范围。当a/f的值过小(例如小于0.2)时，也即硅碳复合材料的平均粒径较小或ec的质量百分含量较高，均会影响电化学装置的倍率性能。当a/f的值过大(例如大于2)时，也即硅碳复合材料的平均粒径较大或ec的质量百分含量较低，会影响电化学装置的循环性能、膨胀性能和倍率性能。通过调控a/f的值在上述范围内，有利于硅碳复合材料与电解液中的ec形成协同作用，以改善电化学装置的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
32.在本技术的一些实施方案中，电解液包括碳酸丙烯酯(pc)，基于电解液的总质量，碳酸丙烯酯的质量百分含量为g％，满足5≤g≤40，优选为10≤g≤30。例如，pc的质量百分含量可以为5％、10％、20％、30％、40％或为其间的任意范围。在电解液中加入pc，由于pc具有较高的介电常数，有利于提高电化学装置的倍率性能，同时当pc渗透到硅碳复合材料的表面后，有利于在负极极片的表面形成稳定的sei膜，从而有利于提高电化学装置的循环性能。但是当pc的质量百分含量过高(例如高于40％)，电解液粘度增大，不利于锂离子的传输，电解液的电导率降低，而且pc存在析出的风险，从而影响电化学装置的循环性能、膨胀性能和倍率性能。通过调控pc的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和倍率性能。
li4ti5o
12
或li-al合金中的至少一种。
38.在本技术中，负极材料层中还可以包括负极导电剂，本技术对负极导电剂没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料或导电聚合物中的至少一种。上述基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑、乙炔黑、科琴黑或碳纤维中的至少一种。上述基于金属的材料可以包括但不限于金属粉和/或金属纤维，具体地，金属可以包括但不限于铜、镍、铝或银中的至少一种。导电聚合物可以包括但不限于聚亚苯基衍生物、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一种。
39.在本技术中，负极材料层中还可以包括负极粘结剂，本技术对负极粘结剂没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括但不限于聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙中的至少一种。
40.任选地，负极极片还可以包括导电层，导电层位于负极集流体和负极材料层之间。本技术对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层，导电层可以包括但不限于上述负极导电剂和上述负极粘结剂。
41.本技术的电解液还包括锂盐和其它非水溶剂，本技术对锂盐没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如可以包括但不限于lipf6、libf4、liasf6、liclo4、lib(c
6 h5)4、lich3so3、licf3so3、lin(so2cf3)2、lic(so2cf3)3、lisif6、libob或者二氟硼酸锂中的至少一种。优选地，锂盐包括lipf6。
42.本技术对其它非水溶剂没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如可以包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二丙酯(dpc)、碳酸甲丙酯(mpc)、碳酸乙丙酯(epc)或碳酸甲乙酯(mec)中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸亚丁酯(bc)或碳酸乙烯基亚乙酯(vec)中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(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-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、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、戊内酯或己内酯中的至少一种。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-1-甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、1,2-二氧戊环、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、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一种。基于电解液的总质量，上述其它非水溶剂的质量百分含量为17％至83％，例如可以17％、17.5％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、82.5％、83％或为其间的任意范围。
43.本技术的电化学装置还可以包括正极极片，本技术对正极极片没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如正极极片通常包括正极集流体和正极材料层。正极材料
层可以设置于正极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是正极集流体的全部区域，也可以是正极集流体的部分区域，本技术没有特别限制，只要能实现本技术目的即可。在本技术中，正极集流体没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体等。在本技术中，对正极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如厚度为8μm至12μm。
44.在本技术中，正极材料层中包括正极活性材料，本技术对正极活性材料没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括锂或过渡金属元素的复合氧化物中的至少一种。本技术对上述过渡金属元素没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如可以包括镍、锰、钴或铁中的至少一种。具体的，正极活性材料可以包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。
45.在本技术中，正极材料层中还可以包括正极导电剂，本技术对正极导电剂没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括但不限于导电炭黑(super p)、碳纳米管(cnts)、碳纤维、乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种，优选地，正极导电剂包括导电炭黑和碳纳米管。上述碳纳米管可以包括但不限于单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。上述碳纤维可以包括但不限于气相生长碳纤维(vgcf)和/或纳米碳纤维。上述金属材料可以包括但不限于金属粉和/或金属纤维，具体地，金属可以包括但不限于铜、镍、铝或银中的至少一种。上述导电聚合物可以包括但不限于聚亚苯基衍生物、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一种。在本技术中，正极材料层还可以包括正极粘结剂，本技术对正极粘结剂没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如可以包括但不限于含氟树脂、聚丙烯树脂、纤维型粘结剂、橡胶型粘结剂或聚酰亚胺型粘结剂中的至少一种。
46.任选地，正极极片还可以包括导电层，导电层位于正极集流体和正极材料层之间。本技术对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层，例如可以包括但不限于上述正极导电剂和上述正极粘结剂。
47.本技术的电化学装置还可以包括隔离膜，本技术对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。上述隔离膜可以包括基材层和表面处理层，本技术对基材层没有特别限制，例如可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯为主的聚烯烃类隔离膜、聚酯膜(例如聚对苯二甲酸二乙酯膜)、纤维素膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、氨纶、芳纶膜、织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜或纺丝膜中的至少一种，优选为聚乙烯或聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电化学装置的稳定性。本技术的隔离膜可以具有多孔结构，孔径的尺寸没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如，孔径的尺寸可以为0.01μm至1μm。在本技术中，隔离膜的厚度没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如厚度可以为5μm至500μm。
48.在本技术中，上述基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，本技术对表面处理层没有特别限制，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。无机物层可以包括但不限于无机颗粒和无机物层粘结剂，本技术对无机颗粒没有特别限制，例如，可以包括但不限于氧化铝、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
钙或硫酸钡中的至少一种。本技术对无机物层粘结剂没有特别限制，例如，可以包括但不限于聚偏氟乙烯、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、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，本技术对聚合物没有特别限制，聚合物的材料可以包括但不限于聚酰胺、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。
49.本技术的电化学装置没有特别限制，其可以包括发生电化学反应的任何装置。在一些实施方案中，电化学装置可以包括但不限于锂离子电池。
50.电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本技术没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置；或者，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。
51.本技术的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。本技术提供的电化学装置具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能，从而本技术提供的电子装置具有较长的使用寿命。
52.本技术的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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。
53.实施例
54.以下，举出实施例及对比例来对本技术的实施方案进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
55.测试方法和设备：
56.平均粒径测试：
57.此处特别需要指出的是：在负极极片中，由于所述硅碳复合材料和石墨、粘结剂、分散剂与导电剂材料混合使用，为便于较准确表征负极极片中所述硅碳复合材料的平均粒径，作以下定义来测试表征负极极片中所述硅碳复合材料的平均粒径：结合扫描电镜测试方法，使用扫描电镜(zeiss sigma-02-33)设备在背散模式下(0.1kv至30kv)，在100k的倍率下，在颜色的对比度上颜色最浅的颗粒为硅碳复合材料对应的颗粒，以上述各个颗粒中存在的两点之间最长距离的数值作为该颗粒的粒径，统计该100k倍率下所有硅碳复合材料的粒径，并根据所有硅碳复合材料的粒径计算得出平均值，得到硅碳复合材料的平均粒径。
58.孔隙率测试：
59.采用气体置换法测试负极材料层的孔隙率，孔隙率＝(v-v0)/v
×
100％，孔体积为
v-v0，其中，v0为被测样品的真实体积，v为被测样品的总体积。测试设备为全自动真密度测试仪(accupycⅱ1340)，测试气体为氦气。
60.多孔碳骨架的孔体积、微孔和介孔的孔体积百分比测试：
61.多孔碳骨架的孔体积测试：利用氮气吸脱附法测量多孔碳骨架的孔体积。在恒温低温-196℃(77k)下，测定不同相对压力时氮气在多孔碳骨架表面的吸附量，将相对压力p0/p接近1(p0/p＞0.99)时的氮气吸附量看作饱和吸附量vs，取氮气饱和吸附量冷凝后的体积作为多孔碳骨架的孔体积：v1＝vs
×
0.001547。其中，p0是指常压，p是指氮气脱附出来时气体的压力。
62.微孔和介孔的孔体积百分比计算：称取2g硅碳复合材料的粉末样品装入全自动比表面积及孔隙度分析仪(tristar ii 3020)的测试样品管中，200℃脱气120min后，利用氮气吸脱附法测得多孔碳骨架的氮气吸脱附等温线，采用非线性密度泛函理论(nldft理论)计算得到多孔碳骨架内的孔径分布，以孔径为x轴、孔体积为y轴作图得到孔径分布曲线，取孔径x＞0nm范围内孔径分布曲线下覆盖的面积sa与分布曲线下覆盖的总面积s的比值：a＝sa/s
×
100％作为多孔碳骨架内的微孔和介孔的孔体积百分比。
63.碳的质量百分含量的测试：
64.将硅碳复合材料在富氧条件下由高频炉高温加热燃烧使碳氧化成二氧化碳，经处理后进入相应的吸收池，对相应的红外辐射进行吸收再由探测器转化成对应的信号。此信号由计算机采样，经线性校正后转换成与二氧化碳浓度成正比的数值，然后把整个分析过程的取值累加，分析结束后，此累加值在计算机中除以重量值，再乘以校正系数，扣除空白，即可获得样品中碳的质量百分含量。利用高频红外碳硫分析仪(上海徳凯hcs-140)进行测试。
65.硅的质量百分含量的测试：
66.取硅碳复合材料5g，置于聚四氟乙烯(ptfe)材质的烧杯中，缓慢加入10ml浓硝酸和2ml氢氟酸，加热到220℃，使硅碳复合材料完全溶解得到样品溶液，然后摇动样品溶液，缓慢倒入单层滤纸的漏斗中，并冲洗烧杯与滤渣三次，水温在20℃
±
5℃，定容至100ml，摇匀，使用电感耦合等离子体(icp)设备(pe 7000dv)，测试溶液中硅的质量为x，则粉末中硅的质量百分含量y＝x/5
×
100％。
67.压实密度测试：
68.负极材料层的压实密度pa通过公式：pa＝ma/va计算得出。式中，ma为负极材料层的质量，单位：g；va为负极材料层的体积，单位：cm3，其中，体积va是负极材料层的面积sa与负极材料层的厚度之积。
69.循环性能测试：
70.将锂离子电池在测试温度为25℃下，以0.7c恒流充电到4.4v，以4.4v恒压充电到0.025c，静置5min后，以0.5c恒流放电到3.0v，此为一个循环，并测试锂离子电池的容量记为初始容量，然后进行多次循环，以每一次循环得到的容量与初始容量相比得到容量保持率和容量衰减曲线。以容量保持率衰减为90％的圈数记为锂离子电池在25℃下的循环圈数。
71.除了将测试温度更改为45℃，以容量保持率衰减为80％的圈数记为锂离子电池在45℃下的循环圈数，其余与25℃下测试步骤相同。
72.膨胀性能测试：
73.在测试温度为25℃下，用螺旋千分尺测试锂离子电池在50％荷电状态(soc)下的厚度，记为h0，然后按照循环性能测试中的步骤循环至500圈时，测试锂离子电池在100％soc下的厚度，记为h1。25℃循环膨胀率＝(h1-h0)/h0
×
100％。
74.将测试温度更改为45℃，其余与25℃下测试步骤相同，则可计算得到45℃循环膨胀率。
75.倍率性能测试：
76.在测试温度为25℃下，将锂离子电池以0.2c恒流放电到3.0v，静置5min，以0.5c恒流充电到4.45v，以4.45v恒压充电到0.05c后静置5min，调整放电倍率，分别以0.2c和2.0c进行放电测试，得到对应的放电容量，2.0c与0.2c下放电容量的比值百分数作为衡量倍率性能依据。
77.首圈可逆容量测试：
78.在测试温度为25℃下，将锂离子电池以0.2c恒流放电到3.0v，静置5min，以0.5c恒流充电到4.45v，以4.45v恒压充电到0.05c后静置5min，测试得到的充电容量即为首圈可逆容量。
79.首圈库伦效率测试：
80.在测试温度为25℃下，将锂离子电池以0.2c恒流放电到3.0v，静置5min，以0.5c恒流充电到4.45v，以4.45v恒压充电到0.05c后静置5min，测试锂离子电池的首圈充电容量和首圈放电容量，根据以下公式计算首圈库伦效率：首圈库伦效率＝首圈充电容量/首圈放电容量
×
100％。
81.实施例1-1
82.《正极极片的制备》
83.将正极活性材料钴酸锂(licoo2)、正极导电剂乙炔黑、正极粘结剂聚偏二氟乙烯按照质量比为95:2.5:2.5进行混合，加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)，在真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得正极浆料，其中正极浆料的固含量为70wt％。将正极浆料均匀涂覆于厚度为12μm的正极集流体铝箔的一个表面上，烘干，得到单面涂覆有厚度为110μm正极材料层的正极极片。在铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆有正极材料层的正极极片。然后经过冷压、裁切后得到规格为74mm
×
851mm正极极片。
84.《硅碳复合材料的制备》
85.(1)将多孔碳骨架置于硅烷气氛中进行第一沉积反应，其中，多孔碳骨架的孔体积为1ml/g、平均粒径为3μm，微孔和介孔的孔体积百分比为80％；硅烷气氛中硅烷的体积百分比为20％，其余为氮气，第一沉积反应的温度为500℃、时间为6h；
86.(2)然后在氧气气氛中进行第二沉积反应，对第一沉积反应中得到的物质进行钝化处理，通过氧气将第一沉积反应中暴露出来的硅进行氧化，得到硅碳复合材料，其中，氧气气氛中氧气的体积百分比为20％，其余为氮气，第二沉积反应的温度为500℃、时间为5h。
87.其中，硅碳复合材料的平均粒径为3μm。
88.《负极极片的制备》
89.将石墨、上述制备得到的硅碳复合材料、负极导电剂导电炭黑、负极粘结剂聚丙烯酸、增稠剂羧甲基纤维素钠按照质量比为86.5:10:2:0.8:0.7进行混合，加入去离子水，在
真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为75wt％。将负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔的一个表面上，烘干，得到单面涂覆有厚度为130μm负极材料层的负极极片。在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆有负极材料层的负极极片。然后经过冷压、裁切后得到规格为76mm
×
867mm负极极片。
90.《电解液的制备》
91.在含水量《10ppm的氩气气氛手套箱中，将一定量的ec和dec混合均匀得到有机溶剂，然后向有机溶剂中加入锂盐lipf6并混合均匀，得到电解液。其中，基于电解液的总质量，锂盐的质量百分含量为12.5％，ec的质量百分含量为25％，其余为dec。
92.《隔离膜的制备》
93.采用厚度为7μm的聚乙烯薄膜(celgard公司提供)。
94.《锂离子电池的制备》
95.将上述制备得到的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间以起到隔离的作用，卷绕得到电极组件。将电极组件置于铝塑膜包装袋中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、脱气、切边等工序得到锂离子电池。
96.实施例1-2至实施例1-6
97.除了调整多孔碳骨架的平均粒径使硅碳复合材料的平均粒径和负极材料层的孔隙率如表1所示以外，其余与实施例1-1相同。
98.实施例2-1至实施例2-6
99.除了调整多孔碳骨架的平均粒径使负极材料层的压实密度和孔隙率如表2所示以外，其余与实施例1-3相同。
100.实施例3-1至实施例3-7
101.除了调整第一沉积反应和第二沉积反应中的参数使硅碳复合材料中碳和硅的质量百分含量如表3所示以外，其余与实施例2-3相同。
102.实施例4-1和实施例4-2
103.除了按照表4所示调整ec的质量百分含量，以及硅碳复合材料的平均粒径以外，其余与实施例3-3相同。
104.实施例4-3和实施例4-7
105.除了在《电解液的制备》中制备有机溶剂时还加入pc，并按照表4所示调整ec和pc的质量百分含量，以及硅碳复合材料的平均粒径以外，其余与实施例3-3相同。
106.实施例5-1至实施例5-5
107.除了调整采用如表5所示的多孔碳骨架制备硅碳复合材料以外，其余与实施例4-5相同。
108.对比例1-1至对比例1-2
109.除了调整多孔碳的平均粒径使硅碳复合材料的平均粒径和负极材料层的孔隙率如表1所示以外，其余与实施例1-1相同。
110.各实施例和对比例的制备参数及性能测试如表1至表5所示。
111.表1
[0112][0113]
从实施例1-1至实施例1-6、对比例1-1和对比例1-2可以看出，当硅碳复合材料的平均粒径和负极材料层的孔隙率的比值，以及硅碳复合材料的平均粒径同时在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有更好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。此外，负极材料层的孔隙率通常会影响电化学装置的性能，当负极材料层的孔隙率在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有更好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
[0114]
表2
[0115][0116][0117]
负极材料层的压实密度也会影响负极材料层的孔隙率，进而影响电化学装置的性能。从实施例1-3、实施例2-1至实施例2-6可以看出，当负极材料层的压实密度在本技术的范围内，得到的负极材料层的孔隙率也在本技术的范围内，电化学装置同时具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
[0118]
表3
[0119][0120]
硅碳复合材料中碳和硅的含量直接影响电化学装置的性能，从实施例2-3、实施例3-1至实施例3-7可以看出，当硅碳复合材料中碳、氧和硅的质量百分含量在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能，以及较高的首圈可逆容量。
[0121]
表4
[0122][0123][0124]
注：表4中的“/”表示不存在对应的参数或物质。
[0125]
电解液中有机溶剂组分的含量以及溶剂和负极活性材料之间的关系通常会影响电化学装置的性能，从实施例3-3、实施例4-1和实施例4-2可以看出，当电解液中包含ec且ec的质量百分含量在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。从实施例4-3至实施例4-7可以看出，当电解液中同时包含ec和pc，且ec和pc的质量百分含量在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。从实施例3-3、实施例4-1至实施例4-7可以看出，当a/f的值在本技术的范围内，得到的电化学装置同时具有良好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
[0126]
表5
[0127][0128]
制备硅碳复合材料所采用的多孔碳骨架直接影响硅碳复合材料的性能，进而影响电化学装置的性能。从实施例4-5、实施例5-1至实施例5-5可以看出，当多孔碳骨架的孔体积、微孔和介孔的孔体积百分比在本技术的范围内，得到的电化学装置具有更好的循环性能、膨胀性能和倍率性能。
[0129]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0130]
本说明书中的各个实施方案均采用相关的方式描述，各个实施方案之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方案重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
[0131]
以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。