电化学装置和电子装置的制作方法

电化学装置和电子装置
1.本技术是申请日为2021年6月10日，申请号为202110650358.9，发明名称为“电化学装置和电子装置”的申请的分案申请。
技术领域
2.本技术涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置和电子装置，尤其是锂离子电池。


背景技术：

3.电化学装置(例如，锂离子电池)在高功率产品领域(例如，电动汽车、电动工具、无人机、电动轮船等)具有广阔的应用前景。然而，诸如高功率、高电压、高温等条件通常会影响电化学装置的稳定性和安全性，由此对电化学装置提出了更高的要求。
4.有鉴于此，确有必要提供一种具有改进的适用于高功率产品的电化学装置和电子装置。


技术实现要素：

5.本技术通过提供一种适于在高功率工作条件下使用的电化学装置和电子装置以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。
6.根据本技术的一个方面，本技术提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中：所述正极包括正极集流体和设置于所述正极集流体的至少一个表面的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包含晶粒，所述晶粒的尺寸为d nm，d在30至100的范围内；所述电解液包含碳酸乙烯酯，所述电化学装置满足：0.003≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.75，其中基于所述电解液的重量，所述碳酸乙烯酯的含量为x％。当x和d满足上述关系，电化学装置具有显著改善的放电功率以及高温存储性能。
7.根据本技术的实施例，x和d满足：0.1≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.5。当x和d满足上述关系，电化学装置具有进一步改善的放电功率以及高温存储性能。
8.根据本技术的实施例，所述电解液进一步包含碳酸丙烯酯，基于所述电解液的重量，所述碳酸丙烯酯的含量为y％，满足：15≤x y≤50且1≤x≤30。
9.根据本技术的实施例，所述电解液还包括碳酸丙烯酯和六氟磷酸锂，基于所述电解液的重量，所述碳酸丙烯酯的含量为y％，所述六氟磷酸锂的含量为z％，满足1.0≤(x y)/z≤4.0。当(x y)/z在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
10.根据本技术的实施例，所述电解液进一步包含第一添加剂，所述第一添加剂包含1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯或硫酸乙烯酯中的至少一种，基于所述电解液的重量，所述第一添加剂的含量为p％，且p与x满足0.1≤x/p≤20。当x/p在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
11.根据本技术的实施例，0.05≤p≤15。
12.根据本技术的实施例，p与d满足0.01≤100
×
p/d≤50。当100
×
p/d在上述范围内
时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
13.根据本技术的实施例，所述电解液进一步包含第二添加剂，所述第二添加剂包含双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂或四氟硼酸锂中的至少一种，基于所述电解液的重量，所述第二添加剂的含量为q％，且q与x满足0.1≤x/q≤200。当x/q在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
14.根据本技术的实施例，q与d满足0＜100
×
q/d≤15。
15.根据本技术的实施例，所述电解液进一步包含双氟磺酰亚胺锂，基于所述电解液的重量，所述双氟磺酰亚胺锂的含量为j％，且x、y、z和j满足：其中1.6≤k≤6.5。当x、y、z和j满足上述条件时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
16.根据本技术的实施例，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于12.0mg/cm2。当设置于正极集流体的一个表面的正极活性材料层的量在上述范围内时，可缩短锂离子传输路径，从而进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
17.根据本技术的实施例，所述正极活性材料的尺寸满足(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤1.5。当正极活性材料的尺寸分布满足上述条件时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
18.根据本技术的实施例，所述负极的宽度为w1，所述正极的宽度为w2，(w1-w2)/2≤5.0mm。当(w1-w2)/2在上述范围内时，负极与正极的宽度差异在适当范围内，由此可控制负极容纳锂的空间，避免正极过脱锂，从而进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
19.根据本技术的实施例，所述正极进一步包括设置于所述正极集流体和所述正极活性材料层之间的导电层，所述导电层的厚度为小于或等于5μm。
20.根据本技术的实施例，所述正极包括正极转接极耳，所述正极转接极耳的宽度为大于或等于10mm，所述负极包括负极转接极耳，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于0.2mm。
21.根据本技术的实施例，所述正极活性材料具有式li
x
ni
ym1-yo2-zaz
，0.9≤x≤1.2，0.5≤y＜0.7，0≤z≤0.2，m包括al、mg、mn、co、fe、cr、v、ti、cu、ca、zn、zr、nb、mo、sr、sb、w或bi中的至少一种，a包含f、p、s、b、si或cl中的至少一种。
22.根据本技术的又一个方面，本技术提供了一种电子装置，其包括根据本技术实施例的电化学装置。
23.本技术的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本技术实施例的实施而阐释。
附图说明
24.图1示出本技术一种电池出极耳方式，以及该电池中负极的宽度为w1，正极的宽度为w2，以及转接极耳位置。
25.图2示出本技术又一种电池出极耳方式，以及该电池中负极的宽度为w1，正极的宽度为w2，以及转接极耳位置。
26.图3示出本技术集流体焊接出极耳的方式，以及该电池中负极的宽度为w1，正极的宽度为w2，以及转接极耳位置。
27.①
正极；
②
隔离膜；
③
负极；
④
转接极耳。
具体实施方式
28.本技术的实施例将会被详细的描示在下文中。本技术的实施例不应该被解释为对本技术的限制。
29.在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一种”连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一种”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一种”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。项目a可包含单个元件或多个元件。项目b可包含单个元件或多个元件。项目c可包含单个元件或多个元件。
30.降低正极活性材料的颗粒尺寸(例如，纳米化)可缩短离子迁移路径，提升电化学装置的放电能力，其提升电化学装置的高功率性能的研发方向之一。然而，较小的正极活性材料比表面积较大，具有高反应活性，在形成正极-电解质界面膜时会消耗大量电解液。碳酸乙烯酯(ec)是常用的电解液添加剂之一，其可保证锂盐在电解液中充分解离并防止石墨发生剥离，由此可改善电化学装置在常温和低温下的循环性能。然而，在高温下，碳酸乙烯酯易在正极活性材料表面发生氧化反应，导致电化学装置产气。
31.本技术通过使用特定的电解液并控制电解液组分之间的含量关系以及单位表面积的碳酸乙烯酯的含量解决了上述问题。具体而言，本技术提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中所述正极包括正极集流体和设置于所述正极集流体的至少一个表面的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包含晶粒，所述晶粒的尺寸为d nm，d在30至100的范围内；所述电解液包含碳酸乙烯酯和六氟磷酸锂，基于所述电解液的重量，所述碳酸乙烯酯的含量为x％，并且x和d满足：0.003≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.75。本技术的电化学装置具有显著改善的放电功率以及高温存储性能。因为碳酸乙烯酯容易在正极材料表面发生吸附脱氢反应导致产气，而d一定程度上可以反应正极材料的微观尺寸，在材料活性物质质量一定时，d值越大，整体的比表面积越小，有利于减少碳酸乙烯酯的氧化分解产气，但会增加离子传输路径，不利于放电，因为保持x和d满足上述关系可以兼顾放电性能和抑制电池产气。
32.在一些实施例中，d在40至80的范围内。在一些实施例中，d在50至70的范围内。在一些实施例中，d为30、40、50、60、70、80、90、100或在以上任何数值所组成的范围内。晶粒的尺寸可通过x射线衍射法(xrd)计算(003)衍射峰的半峰宽并根据谢乐公式计算得到。当d在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的循环性能和放电功率。
33.在一些实施例中，x和d满足：0.005≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.70。在一些实施例中，x和d满足：0.01≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.50。在一些实施例中，x和d满足：0.05≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.30。在一些实施例中，x和d满足：0.10≤100
×
x/(π
×
d2)≤0.20。x/(π
×
d2)表示每单
位正极活性材料的晶粒的体表面积对应的碳酸乙烯酯的含量百分比。当x和d满足上述条件时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
34.在一些实施例中，所述电解液还包括碳酸丙烯酯，基于所述电解液的重量，所述碳酸丙烯酯的含量为y％，满足15≤x y≤50且1≤x≤30。在一些实施例中，20≤x y≤40。在一些实施例中，25≤x y≤30。在一些实施例中，x y为15、20、25、30、35、40、45、50或在以上任何数值所组成的范围内。当x y在上述范围内时，可以减少副反应的产生，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
35.在一些实施例中，1≤x≤30。在一些实施例中，5≤x≤25。在一些实施例中，10≤x≤20。在一些实施例中，x为1、5、10、15、20、25、30或在以上任何数值所组成的范围内。当x在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
36.在一些实施例中，0＜y≤49。在一些实施例中，1≤y≤40。在一些实施例中，5≤y≤30。在一些实施例中，10≤y≤20。在一些实施例中，y为0.5、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、49或在以上任何数值所组成的范围内。当y在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
37.在一些实施例中，所述电解液还包括碳酸丙烯酯和六氟磷酸锂，基于所述电解液的重量，所述碳酸丙烯酯的含量为y％，所述六氟磷酸锂的含量为z％，满足1.0≤(x y)/z≤4.0。
38.在一些实施例中，(x y)/z在1.5至3.5的范围内。在一些实施例中，(x y)/z在2.0至3.0的范围内。在一些实施例中，(x y)/z为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0或在以上任何数值所组成的范围内。当(x y)/z在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯在电解液中与锂盐以配位形式存在，但(x y)/z含量过高，溶剂得不到有效配位，导致游离溶剂持续发生分解而产气，而(x y)/z过低时，锂盐得不到充分解离，影响锂离子的快速传输而影响放电功率。
39.在一些实施例中，30/7≤z≤100/3。在一些实施例中，5≤z≤30。在一些实施例中，10≤z≤20。在一些实施例中，z为30/7、5、10、15、20、25、30、100/3或在以上任何数值所组成的范围内。当z在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
40.在一些实施例中，所述电解液进一步包含第一添加剂，所述第一添加剂包含1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯或硫酸乙烯酯中的至少一种，基于所述电解液的重量，所述第一添加剂的含量为p％，且p与x满足0.1≤x/p≤20。在一些实施例中，0.5≤x/p≤15。在一些实施例中，1≤x/p≤10。在一些实施例中，3≤x/p≤5。在一些实施例中，x/p为0.1、0.5、1、2、5、8、10、12、15、18、20或在以上任何数值所组成的范围内。当x/p在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。第一添加剂的主要作用是在正极或负极中的至少一者表面成膜，从而有效减少溶剂在碳酸乙烯酯在电极表面的氧化分解，因此第一添加剂含量过少时，无法有效抑制溶剂的氧化分解，造成产气；含量过多时，成膜阻抗比较大，影响离子在正极或负极与电解液界面的传输。
41.在一些实施例中，p与d满足0.01≤100
×
p/d≤50。在一些实施例中，0.05≤100
×
p/d≤40。在一些实施例中，0.1≤100
×
p/d≤30。在一些实施例中，0.5≤100
×
p/d≤20。在一些实施例中，1≤100
×
p/d≤10。在一些实施例中，2≤100
×
p/d≤5。在一些实施例中，100
×
p/d为0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或在以上任何数值所组成的范围内。当100
×
p/d在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。当第一添加剂在正极表面的成膜时，需要完整覆盖正极表面，这与正极表面积密切相关。因此第一添加剂的含量太少时，不足以完全覆盖正极表面，无法充分减少电极界面的副反应，而第一添加剂含量太多时，正极表面阻抗过大，影响放电性能的发挥。因此当第一添加剂含量需根据材料粒径尺寸变化，即满足上述关系时，电化学装置能够得到更优的性能。
42.在一些实施例中，0.05≤p≤15。当p在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
43.在一些实施例中，所述电解液进一步包含第二添加剂，所述第二添加剂包含双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂或四氟硼酸锂中的至少一种，基于所述电解液的重量，所述第二添加剂的含量为q％，且q与x满足0.1≤x/q≤200。在一些实施例中，0.5≤x/q≤180。在一些实施例中，1≤x/q≤150。在一些实施例中，5≤x/q≤120。在一些实施例中，10≤x/q≤100。在一些实施例中，20≤x/q≤80。在一些实施例中，30≤x/q≤50。在一些实施例中，x/q为0.5、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180或在以上任何数值所组成的范围内。当x/q在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。第二添加剂可以在电极表面成膜，成膜成分以无机锂盐为主，可以起到调节成膜阻抗的作用，保持上述关系可以得到更优的放电性能和更少的产气。
44.在一些实施例中，q与d满足0＜100
×
q/d≤15。在一些实施例中，0.01≤100
×
q/d≤12。在一些实施例中，0.05≤100
×
q/d≤10。在一些实施例中，0.1≤100
×
q/d≤8。在一些实施例中，0.5≤100
×
q/d≤5。在一些实施例中，1≤100
×
q/d≤3。在一些实施例中，100
×
q/d为0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或在以上任何数值所组成的范围内。当100
×
q/d在上述范围内时，第二添加剂与正极活性材料颗粒的接触面积在较优的范围内，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
45.在一些实施例中，0＜q≤15。在一些实施例中，0.01≤q≤12。在一些实施例中，0.05≤q≤10。在一些实施例中，0.1≤q≤8。在一些实施例中，0.5≤q≤5。在一些实施例中，1≤q≤3。在一些实施例中，q为0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或在以上任何数值所组成的范围内。当q在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
46.在一些实施例中，所述电解液进一步包含双氟磺酰亚胺锂(lifsi)，基于所述电解液的重量，所述双氟磺酰亚胺锂的含量为j％，且x、y、z和j满足：其中1.6≤k≤6.5。在一些实施例中，2.0≤k≤6.0。在一些实施例中，3.0≤k≤5.0。在一些实施例中，k为1.6、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5或在以上任何数值所组成的范围内。当x、y、z和j满足上述条件时，锂盐在电解液中溶解性能较好，且双氟磺酰亚胺锂和六氟磷酸锂含量在合适的范围内，可以较少单纯使用双氟磺酰亚胺锂或六氟磷酸锂的带来的集流体腐蚀或电导率较低的问题，且可以进一步较少产气，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
47.在一些实施例中，1≤j≤10。当j在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
48.在一些实施例中，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于12.0mg/cm2。在一些实施例中，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于10.0mg/cm2。在一些实施例中，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于8.0mg/cm2。在一些实施例中，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于5.0mg/cm2。在一些实施例中，设置于所述正极集流体的一个表面的所述正极活性材料层的量为小于或等于3.0mg/cm2。当设置于正极集流体的一个表面的正极活性材料层的量在上述范围内时，可缩短锂离子传输路径，从而进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
49.在一些实施例中，所述正极活性材料的尺寸满足(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤1.5。在一些实施例中，(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤1.2。在一些实施例中，(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤1.0。在一些实施例中，(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤0.8。在一些实施例中，(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤0.5。在一些实施例中，(d
v90-d
v10
)/d
v50
≤0.3。当正极活性材料的尺寸满足上述条件时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
50.在一些实施例中，所述正极活性材料满足15μm≤d
v90
≤30μm。当正极活性材料的d
v90
在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
51.在一些实施例中，所述正极活性材料满足2μm≤d
v10
≤10μm。当正极活性材料的d
v10
在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
52.在一些实施例中，所述正极活性材料满足5μm≤d
v50
≤16μm。当正极活性材料的d
v50
在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
53.在一些实施例中，所述负极的宽度为w1，所述正极的宽度为w2，如图1、图2、图3所示，(w1-w2)/2≤5.0mm。在一些实施例中，(w1-w2)/2≤3.0mm。在一些实施例中，w1-w2≤2.0mm。在一些实施例中，0.5mm≤(w1-w2)/2≤3.0μm。当(w1-w2)/2在上述范围内时，负极与正极的宽度差异在适当范围内，由此可控制负极容纳锂的空间，避免正极过脱锂，从而进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
54.在一些实施例中，所述负极的宽度为15mm≤w1≤320mm为。当w1在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
55.在一些实施例中，所述正极的宽度为14mm≤w2≤319mm为。当w2在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
56.在一些实施例中，所述正极进一步包括设置于所述正极集流体和所述正极活性材料层之间的导电层，所述导电层的厚度为小于或等于5μm。在一些实施例中，所述导电层的厚度为小于或等于4μm。在一些实施例中，所述导电层的厚度为小于或等于3μm。在一些实施例中，所述导电层的厚度为小于或等于2μm。在一些实施例中，所述导电层的厚度为小于或等于1μm。当导电层的厚度在上述范围内时，可以增加电子传输速率，从而进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
57.在一些实施例中，所述正极包括正极转接极耳，所述正极转接极耳的宽度为大于或等于10mm。在一些实施例中，所述正极转接极耳的宽度为大于或等于12mm。在一些实施例中，所述正极转接极耳的宽度为大于或等于15mm。在一些实施例中，所述正极转接极耳的宽
度为大于或等于18mm。在一些实施例中，所述正极转接极耳的宽度为大于或等于20mm。当正极转接极耳的宽度在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
58.在一些实施例中，所述负极包括负极转接极耳，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于0.2mm。在一些实施例中，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于0.3mm。在一些实施例中，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于0.5mm。在一些实施例中，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于0.8mm。在一些实施例中，所述负极转接极耳的宽度为大于或等于1.0mm。当负极转接极耳的宽度在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的放电功率以及高温存储性能。
59.在一些实施例中，所述正极活性材料具有式li
x
ni
ym1-yo2-zaz
，0.9≤x≤1.2，0.5≤y＜0.7，0≤z≤0.2，m包括al、mg、mn、co、fe、cr、v、ti、cu、b、ca、zn、zr、nb、mo、sr、sb、w或bi中的至少一种，a包含f、p、s、b、si或cl中的至少一种。
60.在一些实施例中，所述正极材料还包含粘合剂，并且可选地还包括正极导电材料。
61.粘合剂可提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还可提高正极活性材料与正极集流体的结合。粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、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、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、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
62.在一些实施例中，所述正极材料还包括正极导电材料，从而赋予电极导电性。所述正极导电材料可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。正极导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
63.在一些实施例中，正极集流体可以是铝(al)，但不限于此。
64.负极
65.负极包括集流体和设置在集流体上的负极活性材料层。负极活性材料的具体种类均不受到具体的限制，可根据需求进行选择。
66.在一些实施例中，所述负极活性材料选自天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(简称为mcmb)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、li-sn合金、li-sn-o合金、sn、sno、sno2、尖晶石结构的锂化tio
2-li4ti5o
12
、li-al合金中的一种或几种。
67.碳材料的非限制性示例包括结晶碳、非晶碳和它们的混合物。结晶碳可以是无定形的或片形的、小片形的、球形的或纤维状的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦等。
68.在一些实施例中，负极活性材料层可以包含粘合剂，并且可选地还包括导电材料。
69.粘合剂提高负极活性材料颗粒彼此间的结合和负极活性材料与集流体的结合。粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、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、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
70.负极活性材料层包括导电材料，从而赋予电极导电性。所述导电材料可以包括任
何导电材料，只要它不引起化学变化。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
71.用于本技术所述的负极的集流体可以选自铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合。
72.电解液
73.可用于本技术实施例的电解液中的锂盐包括、但不限于：无机锂盐，例如liclo4、liasf6、lipf6、libf4、lisbf6、liso3f、lin(fso2)2等；含氟有机锂盐，例如licf3so3、lin(fso2)(cf3so2)、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2、环状1,3-六氟丙烷二磺酰亚胺锂、环状1,2-四氟乙烷二磺酰亚胺锂、lin(cf3so2)(c4f9so2)、lic(cf3so2)3、lipf4(cf3)2、lipf4(c2f5)2、lipf4(cf3so2)2、lipf4(c2f5so2)2、libf2(cf3)2、libf2(c2f5)2、libf2(cf3so2)2、libf2(c2f5so2)2；含二羧酸配合物锂盐，例如双(草酸根合)硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、三(草酸根合)磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂等。另外，上述锂盐可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。在一些实施例中，锂盐包括lipf6和libf4的组合。在一些实施例中，锂盐包括lipf6或libf4等无机锂盐与licf3so3、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2等含氟有机锂盐的组合。在一些实施例中，锂盐的浓度在0.8mol/l至3mol/l的范围内，0.8mol/l至2.5mol/l的范围内、0.8mol/l至2mol/l的范围或1mol/l至2mol/l的范围内。在一些实施例中，锂盐的浓度为约1mol/l、约1.15mol/l、约1.2mol/l、约1.5mol/l、约2mol/l或约2.5mol/l。
74.可用于本技术实施例的电解液中的溶剂包括、但不限于：环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯、环状醚、链状醚、含磷有机溶剂、含硫有机溶剂和芳香族含氟溶剂。
75.在一些实施例中，环状碳酸酯包括，但不限于：碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，ec)、碳酸亚丙酯(propylene carbonate，pc)和碳酸亚丁酯。在一些实施例中，环状碳酸酯具有3-6个碳原子。
76.在一些实施例中，链状碳酸酯包括，但不限于：碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，dec)、碳酸甲基正丙基酯、碳酸乙基正丙基酯、碳酸二正丙酯等链状碳酸酯，作为被氟取代的链状碳酸酯，例如双(氟甲基)碳酸酯、双(二氟甲基)碳酸酯、双(三氟甲基)碳酸酯、双(2-氟乙基)碳酸酯、双(2,2-二氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟乙基甲基碳酸酯、2,2-二氟乙基甲基碳酸酯和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯。
77.在一些实施例中，环状羧酸酯包括，但不限于：γ-丁内酯和γ-戊内酯。在一些实施例中，环状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。
78.在一些实施例中，链状羧酸酯包括，但不限于：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、特戊酸甲酯和特戊酸乙酯。在一些实施例中，链状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。在一些实施例中，氟取代的链状羧酸酯包括，但不限于：三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、三氟乙酸丁酯和三氟乙酸2,2,2-三氟乙酯。
79.在一些实施例中，环状醚包括，但不限于：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、1,4-二氧六环和二甲氧基丙烷。
80.在一些实施例中，链状醚包括，但不限于：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-乙氧基甲氧基乙烷和1,2-乙氧基甲氧基乙烷。
81.在一些实施例中，含磷有机溶剂包括，但不限于：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯和磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯。
82.在一些实施例中，含硫有机溶剂包括，但不限于：环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二甲基砜、二乙基砜、乙基甲基砜、甲基丙基砜、二甲基亚砜、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、乙磺酸甲酯、乙磺酸乙酯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯和硫酸二丁酯。在一些实施例中，含硫有机溶剂的部分氢原子可被氟取代。
83.在一些实施例中，芳香族含氟溶剂包括，但不限于：氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯、六氟苯和三氟甲基苯。
84.在一些实施例中，本技术的电解液中使用的溶剂包括如上所述的一种或多种。在一些实施例中，本技术的电解液中使用的溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，本技术的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物质组成的群组的有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中，本技术的电解液中使用的溶剂包含：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯或其组合。
85.可用于本技术实施例的电解液中的添加剂包括、但不限于：具有2-3个氰基的化合物、含硫氧双键的化合物。
86.在一些实施例中具有2-3个氰基的化合物，可以包括选自丁二腈(sn)、己二腈(adn)、乙二醇双(丙腈)醚(edn)、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈(htcn)、1,2,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷(tcep)或1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷中的至少一种；基于所述电解液的总重量，所述具有2-3个氰基的化合物的含量为0.1％-10％。
87.在一些实施例中含硫氧双键的化合物包括，但不限于：硫酸乙烯酯、1,2-丙二醇硫酸酯中的至少一种。
88.隔离膜
89.正极与负极之间可设有隔离膜以防止短路。可用于本技术的实施例中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本技术的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
90.例如，隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
91.基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层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。
92.无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、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、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。
93.聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、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、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
94.电化学装置
95.本技术的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池或二次电池。锂二次电池可包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
96.电子装置
97.本技术另提供了一种电子装置，其包括根据本技术的电化学装置。本技术的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本技术的电化学装置可用于，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。
98.下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本技术中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本技术的范围内。
99.实施例
100.以下说明根据本技术的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。
101.一、锂离子电池的制备
102.1、正极的制备
103.首先，在反应器中准备硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的水溶液，其中ni
2
、co
2
、mn
2
的摩尔比为5:3:2，通入氮气，然后控制反应器温度在40℃，逐渐加入浓度为4mol/l的naoh水溶液和氨水溶液，调节加入速率和加入量，控制反应过程溶液的ph＝10，反应2小时后得到包含镍钴锰元素的沉淀物，经过滤、洗涤、干燥，得到前驱体物质。然后，在25％的氧气气氛中将上述所得前驱体物质与碳酸锂经过900℃煅烧得到li(ni
0.5
co
0.2
mn
0.3
)o2正极活性材料，该正极活性材料晶粒尺寸为45nm，克容量为160mah/g，(d
v90-d
v10
)/d
v50
＝1.2。
104.通过调整煅烧温度和煅烧时间，控制晶体的生长，从而得到不同晶粒尺寸的正极材料。
105.将正极活性材料、导电剂super p、粘结剂聚偏二氟乙烯按照重量比97:1.4:1.6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72wt％；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上；将涂覆后的铝箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在85℃的真空条件下干燥4小时，得到正极(也称正极极片)，正极的宽度为64.0
±
0.5mm、容量面密度为1.29mah/cm2，压实密度为3.3g/cm3。
106.2、负极的制备
107.将负极活性材料人造石墨、导电剂super p、增稠剂羧甲基纤维素钠(cmc)、粘结剂丁苯橡胶(sbr)按照重量比96:2:0.8:1.2进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为54wt％；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将涂覆后的铜箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在120℃的真空条件下干燥12小时，得到负极(也称负极片)，负极的宽度为67
±
0.5mm。
108.3、电解液的制备
109.在干燥的氩气气氛手套箱中，溶剂、添加剂和锂盐按照表1至表4所示含量进行混合，其中首先加入溶剂，然后加入添加剂，溶解并充分搅拌后加入锂盐lipf6，混合均匀后获得电解液。
110.4、隔离膜的制备
111.选用9μm厚的聚乙烯(pe)隔离膜，经过pvdf浆液、无机颗粒(片状勃姆石和al2o3比例为70:30)浆液涂覆烘干后得到最终隔离膜，涂层厚度为3μm，隔离膜的孔隙率为55％。
112.5、锂离子电池的制备
113.将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；焊接极耳后将裸电芯置于外包装箔铝塑膜中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成(0.02c恒流充电到3.3v，再以0.1c恒流充电到3.6v)、整形、容量测试等工序，获得软包锂离子电池，测试电池内阻为1.5
±
0.5mohm，电池容量约为5.0ah。
114.二、测试方法
115.1、正极活性材料的晶粒尺寸的测试方法
116.采用x射线衍射仪(型号：x
‘
pert pro，x射线高压发生器：8.5kw/60kv，陶瓷x光管：2.2kw(cu靶))进行测试。使用highscore或highscore plus经物相检索、谱图拟合后根据scherrer公式计算得到晶粒尺寸。
117.2、锂离子电池的放电功率的测试方法
118.将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以1.0c恒流充电至电压为4.2v，然后以4.2v恒压充电至电流为0.05c。接着将恒温箱温度降低至5℃，以恒压3.0v放电15秒，计算锂离子电池的放电功率(放电设备量程100a)。
119.3、锂离子电池的大倍率循环过程膨胀率的测试方法
120.将锂离子电池置于45℃恒温烘箱中，以1.0c恒流充电至电压4.2v，恒压充电至电流为0.05c，静置10min，再以10c横流放电至电压3.0v，静置15min，重复该充放电过程800次。测试电池第一次恒压充电至电流为0.05c时的厚度l1，第800次恒压充电至电流为0.05c时的厚度l
800
。通过下式计算锂离子电池大倍率循环下厚度膨胀率：(l
800-l1)/l1×
100％。
121.三、测试结果
122.表1实施例1至实施例27中正极活性材料(d
v90-d
v10
)/d
v50
控制为1.2，正极活性材料
的晶粒尺寸及电解液组成如下表所示
[0123][0124]
[0125][0126]
相比于对比例1-1和对比例1-2，实施例1-1至实施例1-15说明(x y)/z在1至4之间可以得到更好的功率性能和高温存储性能，主要是ec含量、pc含量和六氟磷酸锂的含量控制在合适的范围内，可以有效的降低产气的来源，控制锂盐解离的作用在较优的范围，保证了锂离子的有效迁移，从而改善电化学装置的放电功率和倍率性能。实施例1-16至实施例1-27可以进一步说明，增加第一添加剂或第二添加剂中的至少一种时，可以进一步改善循环过程电池厚度变化率，但可能会影响功率性能，当第一添加剂的含量为p％，且p与x满足0.1≤x/p≤20；或第二添加剂的含量为q％，且q与x满足0.1≤x/q≤200时，电池能够得到较优的综合性能。实施例1-13至实施例1-15、实施例1-24、实施例1-25与实施例1-4对比说明，正极晶粒尺寸变小功率性能可以进一步提升，晶粒尺寸变大功率性能损失，但搭配该设计电解液可以保证必要的功率性能和存储性能。
[0127]
表2中正极活性材料的晶粒尺寸为45nm，正极活性材料(d
v90-d
v10
)/d
v50
控制为1.2，电解液组成如下表所示
[0128]
[0129][0130]
实施例2-1至2-3与实施例1-1至实施例1-5、对比例2-1、对比例2-2对比说明，lifsi的加入可以进一步提升功率性能，但当k小于1.6或k大于6.5时，性能会有损失，因为k值太小或太大均会影响离子迁移。而实施例2-4和2-10进一步说明，添加剂的加入可以进一步提升性能，因为添加剂成膜减少了溶剂副反应，保证了大倍率循环时高温对电极界面的副反应。
[0131]
表3通过对正极活性物质进行筛分，控制正极活性材料的d
v10
、d
v50
、d
v90
的值，电解液组成与实施例1-23相同。
[0132][0133][0134]
实施例3-1、实施例3-2、实施例1-23、实施例3-6说明，控制正极片涂覆重量可以控
制电池功率性能，主要是由于正极片的涂覆重量可以影响离子传输路径。实施例1-23和实施例3-3至实施例3-5对比说明，相同正极片涂覆重量条件下，降低正极活性物质占比也可以提升放电功率性能，主要是正极活性物质占比降低可以增加更多的导电剂以提升极片导电性能，从而提升电池功率性能。
[0135]
表4实施例4-1至实施例4-4与实施例1-23的区别在于负极与正极宽度差值，(w1-w2)/2的值可以通过控制负极宽度实现。
[0136][0137]
实施例1-23和实施例4-1至实施例4-4对比说明，随着(w1-w2)/2值的增加，放电功率性能降低，高温存储性能变差，主要是(w1-w2)/2过大导致电池电压一定时的正极电位增加恶化高温存储，而扩散至负极宽度超出正极极的锂离子脱出困难影响放电功率，保持合适的(w1-w2)/2至可以实现更高的功率性能和高温存储性能。
[0138]
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本技术中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本技术中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
[0139]
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本技术的限制，并且可以在不脱离本技术的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。