电化学装置和电子装置的制作方法

1.本技术涉及电化学储能领域，尤其涉及电化学装置和电子装置。


背景技术：

2.随着电化学装置(例如，锂离子电池)的发展和进步，对其低温充放电性能提出了越来越高的要求。目前，为了提升电化学装置的低温充放电性能，虽然采取了一些措施得到了一些改进，但还不能令人满意。
3.因此，改善电化学装置的低温充放电性能，仍是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置在-20℃的0.2c放电容量为a，电化学装置在25℃的0.2c放电容量为b，且70％≤a/b≤90％。在一些实施例中，71％≤a/b≤87％。这表明本技术实施例中提出的电化学装置在-20℃的低温下具有较好的充放电性能，能够充入和放出较多的能量，提高对电化学装置的低温下的充放电性能的满意度。
5.在一些实施例中，电化学装置在45℃的0.2c放电容量为c，103％≤c/b≤110％。表明了电化学装置能够在中高温下充入和放出更多的能量，具有较好的中高温充放电性能。
6.在一些实施例中，满足如下(a)或(b)中的至少一者：(a)所述电化学装置包括负极，所述电化学装置在50％荷电状态时，所述负极的厚度为h2，所述电化学装置在0％荷电状态时，所述负极的厚度为h1，(h
2-h1)/h1为0％至6％；(b)所述电化学装置包括负极，所述电化学装置在100％荷电状态时，所述负极的厚度为h3，所述电化学装置在0％荷电状态时，所述负极的厚度为h1，(h
3-h1)/h1为0％至8％。表示了电化学装置在从0％荷电状态充电至50％荷电状态时负极的厚度增长率，该厚度增长率为0％至6％表示本技术实施例中的电化学装置的负极在充电过程中的膨胀较小，有利于提高电化学装置的充放电性能。
7.在一些实施例中，电化学装置包括负极，负极包括负极集流体和位于负极集流体的负极活性材料层，负极活性材料层的孔隙率为20％至50％，可选的，负极活性材料层的孔隙率为35％至50％。负极活性材料层的孔隙率如果小于20％，说明负极材料之间的空间较小，可能导致负极材料与电解液的接触不充分，进而造成负极的性能无法充分发挥，当负极活性材料层的孔隙率超过50％时，可能因为负极材料的颗粒之间的间隙过大，导致负极材料的颗粒之间电接触不良，影响电化学装置的性能。一些实施例中，负极活性材料层的孔隙率为35％至50％，此时电化学装置的性能更优。
8.在一些实施例中，所述电化学装置包括负极，所述负极包括负极集流体和位于所述负极集流体的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极材料，负极材料包括硬碳，且满足如下(c)至(g)中的至少一者：(c)所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力为10n/m至50n/m；优选的，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力为10n/m至48n/m；
9.(d)所述负极活性材料层的压实密度为0.9g/cm3至1.25g/cm3；(e)所述负极材料的
颗粒破碎率为10％至40％，可选的，所述负极材料的颗粒破碎率为10％至25％；(f)所述负极材料的x射线衍射图谱中，在18
°
至30
°
之间具有一个衍射峰，所述衍射峰的半高峰宽为4
°
至10
°
；(g)所述负极材料的微晶片层间距为0.34nm至0.4nm，可选的，负极材料的微晶片层间距为0.37nm至0.39nm，可选的，负极材料的微晶片层间距为0.37nm至0.38nm。
10.负极材料的微晶片层间距为0.37nm至0.39nm，此时负极材料的动力学性能较好，负极膨胀率较小，当负极材料的微晶片层间距过小时，离子在微晶片层之间扩散的阻力较大，微晶片层易于被离子撑开，导致负极整体膨胀。当微晶片层间距过大时，可能存在部分溶剂共嵌入的状况，破坏负极材料结构，影响整体电性能。
11.在一些实施例中，电化学装置满足如下(h)和(i)的至少一项：(h)电化学装置在25℃的1c放电容量为d，0.9＜d/b＜1；(i)电化学装置在25℃的5c放电容量为e，99％≤e/b≤105％。在一些实施例中，对电化学装置进行三电极电位监控，在以电压为纵坐标，荷电状态为横坐标作图，负极脱锂曲线在0.3v至0.8v为斜坡区，负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f为30％至80％。负极脱锂曲线在0.3v至0.8v为斜坡区(斜坡区指电化学曲线与0v水平线夹角大于30
°
，即相比于初始曲线，为明显的上升趋势)，负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f为30％至80％。在一些实施例中，斜坡区为硬碳材料的本征特性，不同负极材料的脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f不同，在负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f为30％至80％时电化学装置的动力学性能较好，但是若负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f大于80％时，电化学装置的整体电压低，能量密度降低。
12.在一些实施例中，电化学装置包括正极和负极，正极包括正极集流体和位于正极流体上的正极活性材料层，负极包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性材料层，单位面积的单面正极活性材料层的重量为m1，单位面积的单面负极活性材料层的重量为m2，m1/m2为2至6。在一些实施例中，电化学装置的cb值为0.9至1.1，可选的，cb值为0.95至1.06；其中，cb值为相同面积下负极容量与正极容量之间的比值。即，cb＝负极容量/正极容量，所述负极容量＝cw
负极
×
克容量
负极
×
活性材料百分含量
负极
，所述正极容量＝cw
正极
×
克容量
正极
×
活性材料百分含量
正极
。活性材料百分含量
正极
和活性材料百分含量
负极
分别表示正极材料占正极活性材料层的质量比例和负极材料占负极活性材料层的质量比例。通过设置cb值，能够充分发挥正极材料和负极材料的性能，正极材料和合理的匹配负极材料中的硬碳材料，在电化学装置为锂离子电池时，在cb值过小时，可能导致正极提供的锂离子过多，造成负极析锂，在cb值过大时，可能导致能量密度下降。
13.本技术还提出一种电子装置，包括上述任一项的电化学装置。
14.本技术的实施例中电化学装置在-20℃的0.2c放电容量为a，电化学装置在25℃的0.2c放电容量为b，且70％≤a/b≤90％。本技术实施例中提出的电化学装置在-20℃的低温下具有较好的低温充放电性能，能够充入和放出较多的能量。
具体实施方式
15.下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本技术，但不以任何方式限制本技术。
16.电化学装置，例如锂离子电池，被广泛应用在各个领域，具有广泛使用场景。在低温下，电化学装置的充放电性能往往不能令人满意，期待进一步的改进。
17.在本公开的说明中，“100％荷电状态”指的是将电化学装置恒电流充电至至最大设计电压下的状态，且包含静置(一般静置10min)后的状态，均视为满充状态，除非有特别说明，最大设计电压包括但不限于4.48v、4.5v、4.53v或4.45v，甚至更高电压。
18.在本公开的说明中，“0％荷电状态”指的是将电化学装置恒电流放电至最小设计电压下的状态，且包含静置(一般静置10min)后的状态，均视为满放状态，除非有特别说明，最大设计电压包括但不限于3.0v、2.8v、2.6v或2.0v，甚至更低电压。同样的，在本公开的说明中，50％荷电状态为包含静置(一般静置10min)后的状态。
19.本技术的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置在-20℃的0.2c放电容量为a，电化学装置在25℃的0.2c放电容量为b，且70％≤a/b≤90％。在一些实施例中，电化学装置在25℃的0.2c的放电容量b表征了电化学装置在常温下的充放电性能，电化学装置在-20℃的0.2c的放电容量a表征了电化学装置在低温下的充放电性能，a/b表征了电化学装置的充放电性能在低温下的保持率，由于70％≤a/b≤90％，这表明本技术实施例中提出的电化学装置在-20℃的低温下具有较好的充放电性能，能够充入和放出较多的能量，提高对电化学装置的低温下的充放电性能的满意度。
20.在本技术的一些实施例中，电化学装置在45℃的0.2c放电容量为c，103％≤c/b≤110％。在一些实施例中，电化学装置在45℃的0.2c放电容量为c表征了电化学装置在中高温下的充放电性能，103％≤c/b≤110％表明了电化学装置能够在中高温下充入和放出更多的能量，具有较好的中高温充放电性能。
21.在本技术的一些实施例中，电化学装置包括负极，电化学装置在50％荷电状态时负极的厚度为h2，电化学装置在0％荷电状态时负极的厚度为h1，(h
2-h1)/h1为0％至6％。一些实施例中，(h
2-h1)/h1表示了电化学装置在从0％荷电状态充电至50％荷电状态时负极的厚度增长率，该厚度增长率为0％至6％表示本技术实施例中的电化学装置的负极在充电过程中的膨胀较小，有利于提高电化学装置的充放电性能。
22.在本技术的一些实施例中，电化学装置包括负极，电化学装置在100％荷电状态时负极的厚度为h3，电化学装置在0％荷电状态时负极的厚度为h1，(h
3-h1)/h1为0％至8％。一些实施例中，(h
3-h1)/h1表示了电化学装置在从0％荷电状态充电至100％荷电状态时负极的厚度增长率，该厚度增长率为0％至8％表示本技术实施例中的电化学装置的负极在整个充电过程中的膨胀较小，有利于提高电化学装置的充放电性能。
23.在本技术的一些实施例中，电化学装置包括负极，负极包括负极集流体和位于负极集流体的负极活性材料层，负极活性材料层的孔隙率为20％至50％。一些实施例中，负极活性材料层的孔隙率如果小于20％，说明负极材料之间的空间较小，可能导致负极材料与电解液的接触不充分，进而造成负极的性能无法充分发挥，当负极活性材料层的孔隙率超过50％时，可能因为负极材料的颗粒之间的间隙过大，导致负极材料的颗粒之间电接触不良，影响电化学装置的性能。一些实施例中，负极活性材料层的孔隙率为35％至50％，此时电化学装置的性能更优。
24.负极活性材料层的孔隙率测试：
25.取满放后锂离子电池，拆解后取出负极用dmc(乙烯碳酸酯)浸泡20min后，再依次用dmc、丙酮清洗，置于烘箱内，80℃烘干12h。用负极离子研磨制样后在sem下观测，分别截取十张面积为a＝20μm
×
20μm的含第一活性材料层截面sem图片、第二活性材料层截面sem
图片，以及整个负极的截面sem图片，用图像处理软件(multiphase)计算得截面图内较暗部分孔隙的面积b，孔隙率＝b/a
×
100％，然后计算十张sem图片的孔隙率的平均值，即为负极活性材料层的孔隙率。
26.在本技术的一些实施例中，电化学装置包括负极，负极包括负极集流体和位于负极集流体的负极活性材料层，负极活性材料层包括负极材料，负极材料包括硬碳，负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力为10n/m至50n/m。一些实施例中，如果负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力过小，可能导致在电化学装置的充放电过程中负极活性材料层与负极集流体之间剥离脱落或接触不良，不利于电子传导，影响测试性能。如果负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力过大，可能会需要使用过多的粘结剂，这可能不利于负极的电导率，影响动力学性能。
27.负极活性材料层与负极集流体粘结力测试：
28.负极活性材料层与负极集流体的粘结力测试所用仪器的品牌为instron，型号为33652，取负极(宽30mm
×
长度(100mm至160mm))，用双面胶纸(型号：3m9448a，宽度20mm
×
长度(90mm至150mm))固定于钢板上，将与负极等宽的纸带与负极一侧用胶纸固定，调整拉力机限位块至合适位置，将纸带向上翻折及滑移40mm，滑移速率为50mm/min，测试180
°
下(即反方向拉伸)负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力。
29.在本技术的一些实施例中，负极活性材料层的压实密度为0.9g/cm3至1.25g/cm3。负极活性材料层的压实密度的测试：
30.取完全放电的锂离子电池，拆解出负极，清洗，烘干，使用电子天平对一定面积s的负极(负极集流体的双面涂覆有负极活性材料层)进行称重，重量记为w1，并使用万分尺测得负极的厚度t1。使用溶剂洗掉负极活性材料层，烘干，测量负极集流体的重量，记为w2，并使用万分尺测得负极集流体的厚度t2。通过下式计算设置在负极集流体一侧的负极活性材料层的重量w0和厚度t0以及负极活性材料层的压实密度：
31.w0＝(w1-w2)/2
32.t0＝(t1-t2)/2
33.压实密度＝w0/(t0
×
s)。
34.一些实施例中，如果负极活性材料层的压实密度过小，将不利于电化学装置的体积能量密度，也不利于负极活性材料层中电子的传导。如果负极活性材料层的压实密度过大，可能会导致电解液无法充分浸润负极活性材料层，不利于充分发挥负极的性能。
35.在本技术的一些实施例中，负极材料的颗粒破碎率为10％至40％，一些实施例中，负极材料的颗粒破碎率为负极材料的破碎颗粒与负极材料的颗粒总数的比值，在统计负极材料的颗粒破碎率时，可以采用扫描电子显微镜(sem)对负极活性材料层进行拍照，选取至少10个预定面积(10μm
×
10μm)的区域，通过统计每个预定面积内的总颗粒数，然后再统计预定面积内破碎颗粒的数量，负极材料的颗粒破碎率＝破碎颗粒的数量/总颗粒数，其中，破碎颗粒为可看见裂纹，即两个部分可完全重合的缝隙，说明颗粒破碎，总颗粒数统计时为粒径大于3μm的颗粒即进行统计，统计这些区域内负极材料的颗粒破碎率。电化学装置的负极在制造过程中通常会经过辊压，造成负极材料的颗粒部分破碎，少量的负极材料的颗粒破碎有利于增加与电解液的接触面积，提高倍率性能，如果负极材料的颗粒破碎率过高，将过度增加电解液的消耗，可选的，负极材料的颗粒破碎率为10％至25％，此时电化学装置的
整体性能较好。
36.在本技术的一些实施例中，负极材料的x射线衍射图谱中，在18
°
至30
°
之间具有一个衍射峰，衍射峰的半高峰宽为4
°
至10
°
。在一些实施例中，在18
°
至30
°
之间只有一个半高宽为4
°
至10
°
的衍射峰，一些实施例中，负极材料可以包括硬碳。
37.在本技术的一些实施例中，负极材料的微晶片层间距为0.34nm至0.4nm。一些实施例中，负极材料包括碳材料，微晶片层间距为0.34nm至0.4nm说明碳材料为无定形碳。可选的，负极材料的微晶片层间距为0.38nm至0.39nm，此时负极材料的动力学性能较好，负极膨胀率较小，当负极材料的微晶片层间距过小时，离子在微晶片层之间扩散的阻力较大，微晶片层易于被离子撑开，导致负极整体膨胀。当微晶片层间距过大时，可能存在部分溶剂共嵌入的状况，破坏负极材料结构，影响整体电性能。
38.在本技术的一些实施例中，电化学装置在25℃的1c放电容量为d，0.9＜d/b＜1。一些实施例中，电化学装置的1c倍率下的充放电性能相比于0.2c下的充放电性能几乎不变，电化学装置具有良好的倍率性能。
39.在本技术的一些实施例中，电化学装置在25℃的5c放电容量为e，99％≤e/b≤105％。一些实施例中，电化学装置在温度为25℃的情况下，5c倍率下的放电容量大于0.2c下的放电容量，这表明电化学装置具有良好的大倍率充放电性能。
40.在一些实施例中，对电化学装置进行三电极电位监控，在以电压为纵坐标，荷电状态为横坐标作图，负极脱锂曲线在0.3v至0.8v为斜坡区(斜坡区指电化学曲线与0v水平线夹角大于30
°
，即相比于初始曲线，为明显的上升趋势)，负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f为30％至80％。在一些实施例中，斜坡区为硬碳材料的本征特性，不同负极材料的脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f不同，在负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f为30％至80％时电化学装置的动力学性能较好，但是若负极脱锂曲线在0.2v以下的荷电状态占比f大于80％时，电化学装置的整体电压低，能量密度降低。
41.在一些实施例中，电化学装置包括正极和负极，正极包括正极集流体和位于正极流体上的正极活性材料层，负极包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性材料层，单位面积的单面正极活性材料层的重量为m1，单位面积的单面负极活性材料层的重量为m2，m1/m2为2至6。一些实施例中，正极集流体的一面或两面可以具有正极活性材料层，m1为正极集流体上一面上单位面积正极活性材料层的重量，类似的，负极集流体的一面或两面具有负极活性材料层，m2为负极集流体一面上单位面积负极活性材料层的重量。
42.在一些实施例中，电化学装置的cb值为0.9至1.1，可选的，cb值为0.95至1.06；其中，cb值为相同面积下负极容量与正极容量之间的比值。一些实施例中，通过设置cb值，能够充分发挥正极材料和负极材料的性能，不会造成浪费，在电化学装置为锂离子电池时，在cb值过小时，可能导致正极提供的锂离子过多，造成负极析锂，在cb值过大时，可能导致能量密度下降。其中，cb＝负极容量/正极容量，所述的负极容量为(cw
负极
×
克容量
负极
×
活性材料百分含量
负极
)，所述的正极容量为(cw
正极
×
克容量
正极
×
活性材料百分含量
正极
)，所述的cw
负极
和cw
正极
为涂布时，称取1540.25mm2面积上的负极活性材料层的重量和正极活性材料层的重量，其中，cw及活性材料百分含量的获取方式为将电池拆出正极和负极，分别在平整的正极和负极上冲小圆片(如1540.25mm2面积)，并称量活性材料层的重量即为cw(涂膜区重量-空铜铝箔重量得到)。然后将小圆片加浓盐酸消解，并过滤，烘干，然后计算得出活性材料在活
性材料层的百分比(盐酸消解后烘干的待测物重量/盐酸消解前待测物重量)。
43.克容量
负极
和克容量
正极
测试：
44.第一步：制作纽扣型电池：将负极(正极)裁切成φ(直径)＝14mm圆片作为工作电极，以φ(直径)＝18mm金属锂作为对电极及参比电极，两者中间用φ(直径)＝20mm pe隔离膜隔开，滴加适量本技术的电解液，装配得到cr2430型纽扣电池。
45.第二步：克容量测试：取装配好的纽扣电池，确保开路电压(ocv)正常，每组至少包含4个平行样。纽扣电池的电压窗口设定在0v至2.5v。在25℃先静置1h，再以0.05c/50ua/20μa三阶段小电流对电池进行放电，负极实现sei(固体电解质界面膜)成膜并记录嵌锂容量(正极实现成膜并记录嵌锂容量)。随后以0.1c电流将电池充电至2.5v，记录负极(正极)脱锂容量，该脱锂容量即负极材料(正极材料)的克容量
负极
(克容量
正极
)。
46.本技术一些实施例中负极材料包括碳材料，下面简要地描述负极材料的制备过程以更好地理解本技术，但这仅是示例性的，而不用于限制本技术。将原料1(例如酚醛树脂)溶解于溶剂1(例如乙醇)搅拌一段时间得到混合液，之后将混合液转移至水热反应釜中，在180℃的条件下进行水热反应，待温度冷却，取出固体部分烘干。并放至箱式炉按一定的烧结方式对材料进行烧结，得到负极材料。一些实施例中，溶剂1还可以为：水、丙酮、甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、己烷、石油醚、甲苯或n-甲基吡咯烷酮。一些实施例中，原料1为可溶材料时可以为：环氧树脂、脲醛树脂、氨基树脂类、醚基树脂类、聚酯树脂类、蔗糖或葡萄糖。当原料1为不溶材料时，可直接进入烧结步骤，此时原料1包含：生物质类如果壳，秸秆等，木质素纤维素，淀粉，聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯abs塑料等。应该理解，该制备方法仅是示例性的，还可以采用其他合适的制备方法。一些实施例中，采用根本技术提出的负极材料的电化学装置具有优异的低温充放电性能、大倍率性能和较小的膨胀率。
47.在一些实施例中，负极活性材料层中还可以包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，负极活性材料层中的导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的粘结剂可以包括羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的负极材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(78至98.5)∶(0.1至10)∶(0.1至10)。负极材料可以是硅基材料和其他材料的混合品。应该理解，以上所述仅是示例，可以采用任何其他合适的材料和质量比。在一些实施例中，负极集流体可以采用铜箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。
48.在一些实施例中，正极包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极活性材料层，正极活性材料层可以包括正极材料。正极材料包括能够吸收和释放锂(li)的正极材料。能够吸收/释放锂的正极材料的例子可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料。
49.具体的，钴酸锂的化学式可以如化学式1：
50.li
x
coam1bo
2-c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
化学式1
51.其中m1表示选自镍(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)、钨(w)、钇(y)、镧(la)、锆(zr)和硅(si)中的至少一种，x、a、b和c值分别在以下范围内：0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤
0.2、-0.1≤c≤0.2；
52.镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的化学式可以如化学式2：
53.liynidm2eo
2-f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
化学式2
54.其中m2表示选自钴(co)、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)、钨(w)、锆(zr)和硅(si)中的至少一种，y、d、e和f值分别在以下范围内：0.8≤y≤1.2、0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、-0.1≤f≤0.2：
55.锰酸锂的化学式可以如化学式3：
56.lizmn
2-g
m3go
4-h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
化学式3
57.其中m3表示选自钴(co)、镍(ni)、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)和钨(w)中的至少一种，z、g和h值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0≤g＜1.0和-0.2≤h≤0.2。
58.在一些实施例中，正极活性材料层还可以包括导电剂。在一些实施例中，正极活性材料层中的导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层还可以包括粘结剂，正极活性材料层中的粘结剂可以包括羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层中的正极材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80至99)∶(0.1至10)∶(0.1至10)。在一些实施例中，正极活性材料层的厚度可以为10μm至500μm。应该理解，以上所述仅是示例，正极活性材料层可以采用任何其他合适的材料、厚度和质量比。在一些实施例中，正极的正极集流体可以采用al箔，当然，也可以采用本领域常用的其他集流体。在一些实施例中，正极的正极集流体的厚度可以为1μm至50μm。在一些实施例中，正极活性材料层可以仅涂覆在正极集流体的部分区域上。
59.在一些实施例中，一些实施例中，电化学装置包括设置在正极和负极之间的隔离膜。隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。尤其是聚乙烯和聚丙烯，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池的稳定性。在一些实施例中，隔离膜的厚度在约5μm至50μm的范围内。
60.在一些实施例中，隔离膜表面还可以包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝(al2o3)、氧化硅(sio2)、氧化镁(mgo)、氧化钛(tio2)、二氧化铪(hfo2)、氧化锡(sno2)、二氧化铈(ceo2)、氧化镍(nio)、氧化锌(zno)、氧化钙(cao)、氧化锆(zro2)、氧化钇(y2o3)、碳化硅(sic)、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。在一些实施例中，隔离膜的孔具有在约0.01μm至1μm的范围的直径。多孔层的粘结剂选自聚偏氟乙烯、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、羧甲基纤维素钠、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。隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘结性。
61.在本技术的一些实施例中，电化学装置的为卷绕式、堆叠式或折叠式。在一些实施
例中，电化学装置的正极和/或负极可以是卷绕或堆叠式形成的多层结构，也可以是单层正极、隔离膜、单层负极叠加的单层结构。
62.在一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池，但是本技术不限于此。在一些实施例中，电化学装置还可以包括电解质。电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐选自lipf6、libf4、liasf6、liclo4、lib(c6h5)4、lich3so3、licf3so3、lin(so2cf3)2、lic(so2cf3)3、lisif6、libob或者二氟硼酸锂中的一种或多种。例如，锂盐选用lipf6，因为它具有高的离子导电率并可以改善循环特性。非水溶剂可为碳酸酯化合物、基于酯的化合物、基于醚的化合物、基于酮的化合物、基于醇的化合物、非质子溶剂或它们的组合。碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
63.链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二丙酯(dpc)、碳酸甲丙酯(mpc)、碳酸乙丙酯(epc)、碳酸甲乙酯(mec)及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸亚丁酯(bc)、碳酸乙烯基亚乙酯(vec)或者其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(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或者其组合。
64.羧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、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯或者其组合。
65.醚化合物的实例为二丁醚、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、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃或者其组合。
66.其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、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、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯或者其组合。
67.在本技术的一些实施例中，以锂离子电池为例，将正极、隔离膜、负极按顺序卷绕或堆叠成电极件，之后装入例如铝塑膜中进行封装，注入电解液，化成、封装，即制成锂离子电池。然后，对制备的锂离子电池进行性能测试。
68.本领域的技术人员将理解，以上描述的电化学装置(例如，锂离子电池)的制备方法仅是实施例。在不背离本技术公开的内容的基础上，可以采用本领域常用的其他方法。
69.本技术的实施例还提供了包括上述电化学装置的电子装置。本技术实施例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、无人机、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。
70.下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本技术进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。
71.实施例1
72.正极的制备：将钴酸锂、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)作为溶剂，搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，涂覆厚度为80μm，经过干燥、冷压、裁切后得到正极。
73.负极的制备：将环氧树脂溶解于乙醇搅拌一段时间得到混合液，之后加入固化剂(间苯二胺)(环氧树脂∶固化剂质量比＝10∶1)将混合液转移至水热反应釜中，在180℃的条件下进行水热反应，待温度冷却，取出固体部分。并放至箱式炉，在通氮气的条件下按5℃/min升温至200℃恒温1h，然后5℃/min升温至900℃2h，自然冷却，破碎得到负极材料。将负极材料、导电炭黑和丁苯橡胶或改性paa按重量比96∶1.5∶2.5的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用铜箔6μm作为负极的集流体，将负极浆料涂覆于负极的集流体上，涂覆负极活性材料层的厚度为50μm，干燥后，在压力30吨，辊隙为100μm的条件下冷压(辊压)，裁切后得到负极，得到负极活性材料层的孔隙率为30％。
74.隔离膜的制备：隔离膜为7μm厚的聚乙烯(pe)。
75.电解液的制备：在含水量小于10ppm的环境下，将lipf6加入非水有机溶剂，非水有机溶剂包括ec，pc和dec，其中三种有机溶剂的质量比为：碳酸乙烯酯(ec)∶碳酸丙烯酯(pc)∶碳酸二乙酯(dec)＝2∶2∶6，lipf6的浓度为1.15mol/l，混合均匀，得到电解液。
76.锂离子电池的制备：将正极、隔离膜、负极按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极和负极中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件置于外包装铝塑膜中，在80℃下脱去水分后，注入上述电解液并封装，经过化成，脱气，切边等工艺流程得到锂离子电池。
77.铜箔6μm厚度，相比于一般的铜箔厚度8μm至16μm，意味着更小的电阻，与本技术中的硬碳材料结合，能实现大倍率充放电，并且具有更高的能量密度。
78.其他实施例和对比例是在实施例1的步骤的基础上进行参数变更，具体变更的参数如下面的表格所示。
79.下面描述本技术的各个参数的测试方法。
80.1)高低温性能的测试
81.在25℃的环境中，将电池恒流放电至3v，进行第一次充电和放电，在0.7c的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.48v，然后在0.2c的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为3v，此时记录25℃的放电容量b；然后重复对电池进行0.7c的充电电流下恒流和恒压充电，直到上限电压为4.48v，调整温度为-20℃，然后在0.2c的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为3v，此时记录-20℃时的放电容量a。调整温度为25℃，在0.7c的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.48v，然后调整温度为45℃，在0.2c的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为3v，此时记录45℃时的放电容量c。
82.低温容量保持率a/b＝(25℃的放电容量b/-20℃时的放电容量a)
×
100％
83.高温容量保持率c/b＝(45℃的放电容量c/25℃时的放电容量b)
×
100％
84.2)倍率性能的测试
85.在25℃的环境中，将电池恒流放电至3v，进行第一次充电和放电，在0.7c的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.48v，然后在0.2c的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为3v，此时记录0.2c的放电容量，然后重复对电池进行0.7c的充电电流下恒流和恒压充电，直到上限电压为4.48v，依次设置放电倍率为1c和5c恒流放电，直到最终
电压为3v，此时记录1c和5c的放电容量
86.1c的容量保持率d/b＝(0.2c的放电容量/1c时的放电容量)
×
100％
87.5c的容量保持率e/b＝(0.2c的放电容量/5c时的放电容量)
×
100％
88.表1中实施例2至8与实施例1的区别为调整固化剂和环氧树脂的比例，使得环氧树脂和固化剂(间苯二胺)的质量比例分别处于1∶1至10∶1之间，并且，通过辊压的控制，从而实现材料微晶层间距为表1中所示，并且，得到合适的负极活性材料层的孔隙率。
89.表1示出了实施例1至8和对比例1至2的各个参数和评估结果。
[0090][0091][0092]
注：h1为0％荷电状态下电化学装置的负极厚度，h2为50％荷电状态下电化学装置的负极厚度，h3为100％荷电状态下电化学装置的负极厚度。
[0093]
请参考表1，对比表1中实施例1至实施例5可以看出，随着负极材料的微晶片层间距的增加，电化学装置的a/b的值升高，循环膨胀减小。可见负极材料的微晶片层间距对电化学装置的低温充电性能具有影响，在材料的微晶片层较小时，造成负极材料性能受损，主要的原因包括在低温条件下电解液离子传输变慢，在此基础上，较小的微晶片层间距加大了锂离子的传输阻力，导致负极材料的膨胀变大。可是负极微晶间距不宜大于0.4nm，因为当负极材料的微晶片层间距过大时，电解液中部分溶剂可能共嵌入负极材料，破坏负极材料的结构，影响电化学装置整体电性能。同时注意到c/b对材料的片层间距也相对敏感，低层间距引起嵌锂阻力增大的情况下，材料嵌锂动力学差，高温下容易在嵌锂过程产生结构破坏，因此对材料而言不利。对比例2由于低温下层间距过小，带来的阻抗和极化极大，引起低温性能的降低。
[0094]
对比表1中实施例6至实施例8可以看出，随着负极活性材料层的孔隙率的增大，电芯的a/b先增大，后减小。这是因为当孔隙率太小时，电解液浸润不足，低温下材料易析锂，随着孔隙率的增加，电解液与材料的接触更充分，嵌锂和脱锂的距离缩短，使得材料的动力学性能提升。但是在继续增大的过程中，对比例1相比于实施例1，虽然c/b有一定的提高，但是其低温性能较差。
[0095]
表2中实施例9至实施例12，粘结力的变化由paa(聚丙烯酸)粘接剂量的变化控制，控制paa的比例为2.8％至6％，随着paa比例的增加，活性材料与集流体之间的粘结力上升。
实施例13至实施例15颗粒的破碎率由冷压时的辊压变化引起，其使用的辊压压力为30至50吨，对比例3至4使用的辊压大于等于60吨。
[0096]
表2示出了实施例4以及实施例9至15和对比例3至4的各个参数和评估结果。
[0097][0098]
请参考表2，在实施例4的基础上调节粘结力，实施例9至实施例12随着负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力的增加，颗粒破碎率维持较低水平时，电化学装置的低温容量保持率维持稳定水平，1c倍率和5c倍率下的容量保持率降低。这是因为，当负极活性材料层和负极集流体之间粘结力过大时，负极的粘结剂的含量过高，粘接剂未非导体，在阻碍锂离子的迁移的同时也降低导电子能力，极片内阻增加，影响负极材料的动力学性能，因此导致电化学装置的1c倍率和5c倍率下的容量保持率降低。但粘结力不能过小，如对比例3，过小时可能存在因为粘结力较小导致负极活性材料层与负极集流体剥离的情况，导致内阻增加和倍率性能下降。
[0099]
请参考表2，在实施例4的基础上调节负极颗粒破碎率，实施例13至实施例15，调整颗粒随着负极材料的颗粒破碎率的增加，倍率性能受阻，由于破碎造成的颗粒间的电接触网络进一步影响，阻抗增加和sei增厚进一步加重极化，易造成电流不均和析锂，并使颗粒脱离集流体，随着破碎率的增加1c倍率的容量保持率d/b和5c倍率下的容量保持率e/b减小。因此，负极材料的颗粒破碎率需控制在低于40％，对比例4拥有较高的破碎率，材料整体倍率性能很差。
[0100]
表3示出了实施例16至22的各个参数和评估结果。
[0101][0102]
[0103]
请参考表3，实施例16至实施例19在实施例4的基础上调节调节cb值，可以看出，随着cb值的降低，电化学装置的低温容量保持率和1c，5c倍率下的容量保持率有一个先变化不大然后降低的过程，cb变化由0.95至0.9下降最快。这是因为实施例16至19的负极材料属于硬碳材料，硬碳材料具有一定的过嵌能力，因此在cb值为0.95时，依然可以正常工作，从而获得比较大的能量密度，但当cb值低于0.95时，由于正极提供的锂离子过多，导致负极材料析锂，且影响低温性能和倍率性能，当cb值超过1.1时，由于cb值过大，导致电化学装置的能量密度下降，且阳极电位抬升，迫使阴极电位抬升，不利于电性能发挥。
[0104]
请参考表3，在实施例4的基础上调节m1/m2值，从实施例17至21可以看出，随着单位面积单面正极活性材料层的重量m1与单位面积的负极活性材料层的重量m2的比值的增加，电化学装置的低温容量保持率降低，1c倍率和5c倍率下的容量保持率也降低。这是因为随着m1/m2的增加，正极材料的动力学性能较差，将影响电化学整体的动力学性能，进而影响1c倍率和5c倍率下的容量保持率。因此设计时，需要根据负极材料和正极材料的容量等情况进行合理的匹配，使得电芯设计的m1/m2在优选范围内。
[0105]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。