一种电化学装置及电子装置的制作方法

本发明涉及储能，特别是涉及一种电化学装置及电子装置。

背景技术：

1、目前，锂离子电池已广泛应用于电动汽车、消费电子产品、储能装置等领域，并凭借其高能量密度、无记忆效应等优势逐渐成为上述领域的主流电池。在目前众多成熟正极材料中，含co的钴酸锂、镍钴锰酸锂等材料具有较高的体积能量密度，成为高能量密度材料的必然选择。为了进一步提升能量密度，不断提升充电截至电压，随之而来的是对其高温性能的严峻挑战。

2、有鉴于此，在储能技术领域，进一步提升锂离子电池的高温性能成为了各大锂离子电池厂商和相关工作者研究的重中之重。

技术实现思路

1、本技术提供了一种电化学装置及电子装置，以提高电化学装置在高温下的性能。

2、本技术的第一方面提供了一种电化学装置，其包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，其中，所述正极极片包含正极活性材料，所述正极活性材料包含co元素，基于所述正极活性材料的总质量，所述co元素的质量百分含量为a；所述电解液包含多腈化合物，基于所述电解液的总质量，所述多腈化合物的质量百分含量为b％，所述多腈化合物的质量百分含量b％与所述co元素的质量百分含量a满足关系：b＝9.7a-0.07+c，-1.5<c≤1.5，0<a≤0.65，例如，c可以为-1.4、-1.0、-0.5、0、0.5、1.0、1.5或为其间的任何范围，a可以为0.001、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65或为其间的任何范围。通过深入研究，本技术的发明人发现，通过协同控制正极活性材料中co元素的质量百分含量和多腈化合物的质量百分含量在上述范围内，可以有效发挥多腈化合物对正极活性材料的保护，同时避免多腈化合物对负极界面的破坏，显著改善电化学装置在高温下的性能。

3、在本技术的一种实施方案中，基于所述电解液的总质量，所述多腈化合物的质量百分含量b％满足：0<b≤7，例如，b可以为0.01、0.5、1、2、3、4、5、6、7或为其间的任何范围。通过控制多腈化合物的质量百分含量在上述范围内，可以强化正极结构稳定性，从而改善电化学装置在高温下的性能。

4、在本技术的一种实施方案中，所述多腈化合物包含二腈化合物和/或三腈化合物，基于所述电解液的总质量，所述二腈化合物的质量百分含量为b1，所述三腈化合物的质量百分含量为b2，b1和b2满足：0≤b1/b2≤4，例如，b1/b2可以为0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0或为其间的任何范围。不限于任何理论，本技术人发现，通过协同控制二腈化合物和三腈化合物的质量百分含量满足上述关系式，可以进一步改善电化学装置在高温下的性能。

5、在本技术的一种实施方案中，所述二腈化合物包括丁二腈(sn)、己二腈(and)、1,2-双(氰乙氧基)乙烷(dene)或1,4-二氰基-2-丁烯(hedn)中的至少一种，所述三腈化合物包括1,3,6-己烷三腈(htcn)或1,2,3-三(2-氰氧基)丙烷(tcep)中的至少一种。不限于任何理论，本技术人发现，通过选择上述二腈化合物和三腈化合物可以进一步改善电化学装置高温下的性能。

6、在本技术的一种实施方案中，所述电解液满足以下条件的至少一者：

7、(1)所述电解液还包含碳酸亚乙酯(ec)，基于所述电解液的总质量，所述碳酸亚乙酯的质量百分含量为c％，c满足：0.5≤c/b≤20，3≤c≤30，例如，c/b可以为0.5、1.5、3.5、5.5、7.5、9.5、11.5、13.5、15.5、17.5、19.5、20或为其间的任何范围，c可以为3、5、7、9、12、15、18、21、24、27、30或为其间的任何范围，当ec质量百分含量过低时，ec无法在负极形成良好的固体电解质界面(sei)膜，无法阻止多腈化合物对sei膜的破坏，当ec质量百分含量过高时，多腈化合物的质量百分含量过低，无法有效络合正极活性材料的活性位点，通过控制电解液中碳酸亚乙酯的质量百分含量在上述范围内，可以提升电化学装置的高温下的性能；

8、(2)所述电解液包含二氟磷酸锂，基于所述电解液的总质量，所述二氟磷酸锂的质量百分含量为d％，d满足：0.01≤d≤1，例如，d可以为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0或为其间的任何范围，通过控制电解液中二氟磷酸锂的质量百分含量在上述范围内，可以在负极表面形成稳定的sei膜，阻止正极溶出的co对sei膜的破坏，从而提高电化学装置在高温下的性能；

9、(3)所述电解液包含二氟磷酸锂，基于所述电解液的总质量，所述二氟磷酸锂的质量百分含量为d％，d满足：0.015≤d/a，通过协同控制二氟磷酸锂和正极活性材料中co元素的质量百分含量满足上述关系式，能够在负极形成稳定的sei膜，阻止正极溶出的co对sei膜的破坏，从而提高电化学装置在高温下的性能；

10、(4)所述电解液包含氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸亚乙烯酯(vc)、亚硫酸丙烯酯(ps)、硫酸亚乙酯(dtd)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)或双草酸硼酸锂(libob)中的至少一种，通过选择上述添加剂可以在正极和负极表面形成稳定的正极电解质界面(cei)和sei膜，稳定正极和负极，抑制正极、负极和电解液之间的副反应，从而提高电化学装置在高温下的性能。

11、不限于任何理论，本技术人发现，通过控制电解液满足上述条件中的一种、两种或两种以上的组合，可以进一步提高电化学装置在高温下的性能。

12、在本技术的一种实施方案中，所述电解液包含锂盐，所述锂盐包含无机锂盐或有机锂盐中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述锂盐的质量百分含量为7.5％至25％，例如，锂盐的质量百分含量可以为7.5％、10.0％、12.5％、15.0％、17.5％、20.0％、22.5％、25％或为其间的任何范围。通过选择上述锂盐并控制锂盐的质量百分含量在上述范围内，可以使电解液的离子电导率提高，从而改善电化学装置在高温下的性能。

13、在本技术的一种实施方案中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。不限于任何理论，本技术人发现，通过选择上述锂盐，可以进一步改善电化学装置在高温下的性能。

14、在本技术的一种实施方案中，所述电解液还包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一种。本技术中，基于电解液的总质量，上述非水溶剂的质量百分含量为10％至70％，例如可以为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或为其间的任何范围。不限于任何理论，本技术人发现，通过选择上述溶剂，可以进一步改善电化学装置在高温下的性能。

15、在本技术的一种实施方案中，正极极片的差示扫描量热(dsc)曲线包含至少一个放热主峰，当正极极片的dsc测试中出现上述至少一个放热主峰时，可以通过电解液成分的调整获得较高的分解温度(较高的稳定性)，其中，所述放热主峰为dsc测试过程中放热量>2mw/mg的放热峰。

16、在本技术的一种实施方案中，在dsc曲线上，所述放热主峰温度为t℃，t满足：t＝10b+267+x，-20≤x≤20，0<b≤7，200≤t≤360，例如t可以为200、220、240、260、280、300、320、340、360或为其间的任何范围，当放热主峰温度与多腈化合物的质量百分含量满足上述关系式时，由于多腈化合物可以与含co正极材料实现良好的配位，提升正极材料表面结构稳定性，进而可以改善电化学装置在高温下的性能。

17、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4μm至12μm。在本技术中，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。

18、在本技术中，正极材料层中包括本技术前述任一实施方案中的正极活性材料，正极活性材料可以包括复合氧化物，该复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。正极活性材料的具体种类没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。具体地，所述正极活性材料选自钴酸锂(licoo2)、锂镍锰钴三元材料、锰酸锂(limn2o4)、镍锰酸锂(lini0.5mn1.5o4)、磷酸铁锂(lifepo4)中的一种或几种。在本技术中，正极活性材料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30μm至120μm。

19、正极材料层还可以包括粘结剂，本技术对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丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶或聚偏氟乙烯中的至少一种。

20、在本技术中，正极材料层中还可以包括导电剂，本技术对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、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。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。

21、任选地，正极还可以包括导电层，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导电剂和上述粘结剂。

22、本技术中的负极极片没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如负极极片通常包括负极集流体和负极材料层。在本技术中，负极材料层可以设置于负极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是负极集流体的全部区域，也可以是负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。

23、本技术中，负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，可以包括但不限于铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体等。在本技术中，对负极的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4μm至12μm。

24、本技术中，负极材料层包括负极活性材料，其中，负极活性材料没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如可以包括但不限于天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、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tio2-li4ti5o12或li-al合金中的至少一种。

25、本技术中，负极材料层中还可以包括导电剂，本技术对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上述导电剂中的至少一种。

26、本技术中，负极材料层中还可以包括粘结剂，本技术对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上述粘结剂中的至少一种。

27、任选地，负极还可以包括导电层，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导电剂和上述粘结剂。

28、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，例如可以包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚四氟乙烯为主的聚烯烃(po)类隔膜、聚酯膜(例如聚对苯二甲酸二乙酯(pet)膜)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(pi)、聚酰胺膜(pa)、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pp。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。

29、例如，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。任选地，可以使用聚丙烯多孔膜、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。任选地，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。

30、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，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。

31、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：锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。

32、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、隔离膜和负极按顺序堆叠，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。

33、本技术的第二方面提供了一种电子装置，其包含本技术第一方面提供的电化学装置。本技术提供的电化学装置具有良好的高温性能，从而本技术提供的电子装置具有较长的使用寿命和良好的性能。

34、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。

35、本技术提供的电化学装置及电子装置，根据正极活性材料中co元素的质量百分含量，调节多腈化合物的质量百分含量，进一步通过多腈化合物、co的配位络合作用及其他添加剂的组合使用，显著提升正极材料高度脱锂后的结构稳定性，抑制co的溶出，降低活性材料对电解液的氧化，抑制相关副反应，从而有效改善电化学装置在高温下的性能。

36、当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。