电化学装置以及电子设备的制作方法

本技术属于储能，具体涉及一种电化学装置以及电子设备。

背景技术：

1、电化学储能装置中，负极材料扮演着至关重要的角色，直接关乎电池的能量密度、循环效率及安全稳定性。目前，负极材料正朝着多元化发展，主要包括碳基材料和硅基材料两大类。碳基材料如石墨，因其优良的导电性和结构稳定性而备受青睐，但受限于其相对较低的比容量，难以满足高能量密度电池的需求。硅基材料虽拥有较高的理论比容量，却面临着循环稳定性差、体积效应显著等挑战。

2、在提升能量密度的过程中，现有技术提出将硅掺混在石墨负极中使用。然而，硅在循环过程中的体积膨胀会破坏负极表面的固体电解质界面膜(sei膜)，进而引发循环容量的快速衰减。为稳定含硅负极表面的sei膜，需要形成更多的固态电解质膜，但这样同时也会消耗更多的活性物质，造成容量损失。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种电化学装置以及电子设备，通过镧元素和钛元素与含硅负极体系中的配合，能够提高电化学装置的能量密度、循环性能和高温性能和安全性能。

2、第一方面，本技术提供了一种电化学装置，包括负极极片和电解液，负极极片包括负极合剂层，负极合剂层包括负极材料，负极材料包括第一颗粒和第二颗粒；第一颗粒包括硅元素，第二颗粒包括钛元素和镧元素；基于负极合剂层的质量，硅元素的质量含量为m1，钛元素的质量含量为m2，镧元素的质量含量为m3；1％≤m1≤12％，0.01％≤(m2+m3)≤2％。本技术的负极材料中通过第二颗粒的镧元素、钛元素和第一颗粒的硅元素配合，能够在第一颗粒表面形成扩大的离子导电网络，提升电化学装置的动力学，同时镧元素和钛元素能够和电解液相互作用，形成更加均匀稳定的固体电解质界面(sei)膜，还能提高硅的界面稳定性，有利于提升电化学装置的循环性能和高温稳定性，另外还减少了电解液和负极活性物质在化成阶段的消耗，使电化学装置的能量密度得到提高。

3、在一些实施例中，1％≤m1≤12％，示例性地，m1的值可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或这些值中任意两者组成的范围内的值。调控m1的值在上述范围，能够提高负极的能量密度，与上述钛元素和镧元素配合后能够进一步提升电化学装置的循环性能和高温稳定性能。

4、在一些实施例中，0.01％≤(m2+m3)≤2％，示例性地，m2+m3的值可以为0.01％、0.24％、0.45％、0.64％、0.94％、1.09％、1.29％、1.42％、1.62％、1.82％、2％或这些值中任意两者组成的范围内的值。本技术控制m2+m3的值在这些范围，能够提升sei膜和硅材料与电解液界面的稳定性，改善电化学装置的循环性能和高温稳定性能。

5、在一些实施例中，0.51≤m2/m3≤2.07。示例性地，m2/m3的值可以为0.51、0.67、0.83、1.01、1.25、1.34、1.57、1.76、1.79、2.01、2.07或这些值中任意两者组成的范围内的值。当调控镧元素和钛元素的质量比例在上述范围内，能够与电解液配合进一步提高sei膜的稳定性，提高循环性能和高温性能。

6、在一些实施例中，9≤m1/m2≤3516。示例性地，m1/m2的值可以为9、382、825、1209、1554、2055、2479、2626、2827、3516或这些值中任意两者组成的范围内的值。本技术调控硅元素和钛元素的质量比例在上述范围，能够促进钛元素和硅元素配合，提升硅元素的界面稳定性，进一步提高循环性能和高温性能。

7、在一些实施例中，第一颗粒为硅基材料；第二颗粒为钛酸镧锂；钛酸镧锂(llto)的分子式为li3xla2/3-xtio3，其中0<x≤0.5。例如，x可以为0.05、0.12、0.17、0.20、0.26、0.34、0.35、0.47、0.48、0.5或这些值中任意两者组成的范围内的值。采用llto提供钛元素和镧元素，能够进一步促进与硅基材料的配合作用，优化负极材料界面结构，提高sei膜的均匀性和稳定性，进一步提高电化学装置的首次库仑效率、循环性能和高温性能。

8、在一些实施例中，基于负极合剂层的质量，硅基材料的质量含量为h1，1.5％≤h1≤15％；钛酸镧锂的质量含量为h2，0.05％≤h2≤3％。示例性地，h1可以为1.5％、3.0％、4.4％、5.9％、7.2％、9.1％、10.5％、11.7％、14.1％、14.8％、15％或这些值中任意两者组成的范围内的值，h2可以为0.05％、0.40％、0.76％、1.05％、1.42％、1.75％、1.93％、2.19％、2.54％、2.80％、3％或这些值中任意两者组成的范围内的值。将硅基材料和钛酸镧锂的质量含量调控在上述范围，能够进一步提高循环性能和高温性能。

9、在一些实施例中，负极合剂层还包括硬碳和石墨；基于负极合剂层的质量，硬碳的质量含量为h3，石墨的质量含量为h4，1％≤h3≤5％，77％≤h4≤97.4％。例如，h3可以为1％、1.40％、1.96％、2.30％、2.70％、3.34％、3.56％、4.23％、4.54％、4.66％、5％或这些值中任意两者组成的范围内的值，h4可以为77％、79.34％、81.18％、83.46％、86.16％、87.26％、90.10％、91.49％、94.34％、96.39％、97.4％或这些值中任意两者组成的范围内的值。本技术调控硬碳和石墨的质量含量在上述范围，能够促进硬碳、石墨和硅元素的配合，进一步提高电化学装置的高温性能和安全性能。

10、示例性地，石墨包括天然石墨和/或人造石墨；硅基材料包括硅、硅碳化合物、硅氧化合物中的至少一种。

11、在一些实施例中，硬碳的晶面间距为d002，0.35nm≤d002≤0.43nm。例如，d002可以为0.35nm、0.36nm、0.37nm、0.38nm、0.39nm、0.40nm、0.41nm、0.42nm、0.43nm或这些值中任意两者组成的范围内的值。当调控硬碳的晶面间距在上述范围，能够减少负极活性材料在充放电过程中的体积变化，提高负极材料的结构稳定性，从而进一步提升循环性能和热稳定性。

12、在一些实施例中，负极合剂层还包括第一聚合物；第一聚合物包括丙烯酸单体；基于负极合剂层的质量，第一聚合物的质量含量为w0，0.5％≤w0≤2％。例如，w0可为0.5％、0.7％、0.8％、1.0％、1.1％、1.4％、1.6％、1.8％、2％或这些值中任意两者组成的范围内的值。本技术通过丙烯酸单体的氢键作用与llto发生相互作用，提高llto与负极活性材料的接触效果，促进二者的协同配合效果，进一步优化电化学装置的循环性能和高温性能。

13、在一些实施例中，基于第一聚合物的质量，丙烯酸单体的质量含量为w1，20％≤w1≤70％。例如，w1可为20％、25％、32％、35％、43％、47％、56％、57％、66％、70％或这些值中任意两者组成的范围内的值。调控第一聚合物中丙烯酸单体的质量含量在上述范围，有利于进一步改善电化学装置的循环性能和高温性能。

14、在一些实施例中，电解液包括氟代碳酸乙烯酯(fec)；基于电解液的质量，氟代碳酸乙烯酯的质量含量为n1，5％≤n1≤15％。例如，n1可为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或这些值中任意两者组成的范围内的值。向电解液中加入fec并调控其质量含量满足上述范围，与本技术的负极体系配合能够进一步改善电化学装置的循环性能和高温性能。

15、在一些实施例中，电解液包括式i所示的第一物质；基于电解液的质量，第一物质的质量含量n2，0.01％≤n2≤6％，例如，n2可为0.01％、0.67％、1.45％、2.04％、2.82％、3.11％、3.79％、4.28％、4.84％、5.75％、6％或这些值中任意两者组成的范围内的值。采用第一物质与本技术的负极体系配合，能够进一步优化sei膜的成膜质量，从而提高电化学装置的循环性能和高温性能，以及提升安全性能。

16、

17、式i中，x1选自共价单键、o或c，x2和x3各自独立地选自o或c，x2和x3中至少两者选自o；r1、r2和r3各自独立地选自氢、未取代或被ra取代的c1-c10的烷基、未取代或被ra取代的c6-c10的芳基、未取代或被ra取代的c3-c10的脂环烃基、未取代或被ra取代的c3-c10的n杂环烷基、未取代或被ra取代的c3-c10的n杂芳基；各个基团的取代基ra各自独立地选自c1-c5的烷基、c6-c10的芳基、c2-c5的酯基或卤素；或者，r2和r3相互连接，与-x2-b-x3-形成c1-c10的环状基团。

18、在一些实施例中，第一物质选自以下化合物中的至少一种：

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20、

21、上述化合物能够进一步提升sei膜的质量，提高电化学装置的循环性能、高温性能以及安全性能。

22、在一些实施例中，3.1≤n2/m3≤1860。例如，n2/m3的值可为3.1、201.3、397.3、517.3、791.4、991.0、1133.1、1240.0、1540.4、1733.6、1860或这些值中任意两者所组成的范围内的值。通过调控负极中镧元素和电解液中第一物质的比例关系，能够进一步提高电化学装置的动力学性能和循环寿命，以及sei膜形成的质量。

23、本技术第二方面提供了一种电子设备，电子设备包括本技术第一方面提供的电化学装置。

24、基于本技术的电化学装置和电子设备，有益效果至少在于：

25、(1)通过钛元素、镧元素与硅元素的配合能够提高sei膜的稳定性，以及提高硅和其他活性物质的界面稳定性，减少负极产热，进而提高电化学装置的循环性能和高温性能，同时减少了化成阶段电解液和负极活性物质的消耗，还能使能量密度得到提升。

26、(2)在上述基础上进一步调控硬碳和石墨的质量占比，能够拉低阳极电位，进一步减少产热量，提高电化学装置的热稳定性、高温性能以及安全性能。

27、(3)通过在电解液中加入第一物质与本技术的负极体系配合，能够进一步优化sei膜的均匀性和稳定性，提高电化学装置的循环性能、高温性能及安全性能。