电化学装置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及电子设备。

背景技术：

1、二次电池，作为一种可重复充放电的电池类型，在现代能源存储领域扮演着举足轻重的角色。它们不仅能够有效地储存电能，而且在充电后可再次使用，极大地提升了能源利用效率和环保性。特别是在电动汽车、移动设备等领域，二次电池的应用愈发广泛。在二次电池的性能指标中，动力学性能尤为关键。动力学性能优异的电池，意味着其充放电速度更快，能量转换效率更高。

2、为了提升二次电池的动力学性能，现有技术提出优化电解液配方以及改进电池结构等方面措施，例如向电解液中加入高离子导电性的添加剂或采用多孔电极结构增加电极和电解液的接触面积，这些方法虽然有利于二次电池的动力学性能，但改进电解液时需要平衡整个电解液配方的离子导电性和化学稳定性，此外改进电池结构也需要考虑到生产工艺的可行性和成本等问题，并且上述措施还可能恶化电池的安全性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种电化学装置及电子设备，在正负极极片中分别加入不同的固态电解质，得到的电化学装置具有高能量密度并且兼顾大倍率长循环的特点，具有较好的应用前景。

2、第一方面，本技术提供了一种电化学装置，包括正极极片和负极极片，该正极极片包括正极合剂层，负极极片包括负极合剂层，其中正极合剂层包括第一颗粒和第二颗粒，第一颗粒含有镍元素、钴元素和锰元素，第二颗粒含有钛元素；基于正极合剂层的质量，钛元素的质量含量为n2％，0.08≤n2≤0.2；负极合剂层包括第三颗粒，第三颗粒含有硅元素和镧元素；基于负极合剂层的质量，镧元素的质量含量为n3％，0.1≤n3≤0.5，硅元素的质量含量为n4％，36≤n4≤40。

3、发明人发现：在三元材料-硅体系的电化学装置中向正极加入含有钛元素的第二颗粒，并控制正极合剂层中钛元素的质量含量n2％满足0.08≤n2≤0.2时，能够在正极构建导电网络，同时降低正极材料表面的固态电解质膜(cei膜)的阻抗，提升正极的动力学和电芯满放电时的阴极电位。但是阴极电位提升后会导致阳极电位同步提升，负极材料尤其是硅材料在高电位下容易与电解液发生副反应，容易破坏负极材料表面的固态电解质膜(sei膜)，影响电化学装置的循环寿命和使用性能。发明人在此基础上向负极加入含有镧元素的第三颗粒，并控制负极合剂层中的镧元素的质量含量n3％满足0.1≤n3≤0.5时，在化成后能够部分取代sei膜的无机成分，提高sei膜和负极活性材料的结构稳定性，并且还能够显著改善负极材料表面和极片的的离子导电性，并且降低锂离子通过sei膜时的化学反应阻抗，从而提升电池充放电过程中活性物质的脱嵌速度，提升电池的充放电能力和其他动力学性能。另一方面，本技术控制负极合剂层中硅元素的质量含量n4％满足36≤n4≤40，能够与负极镧元素更好的配合，提升电化学装置的重量能量密度的同时，使更高重量能量密度的电化学装置可以应用于大倍率充放电的设备。通过上述正极钛元素和负极镧元素、硅元素的配合，还能够进一步减少锂离子传输过程中产生的热量，有助于提高正负极材料的结构稳定性，尤其是在高温环境下不易和电解液或其他电池组件发生反应，从而提高电化学装置的热稳定性和高温储存性能。

4、在一些实施方式中，0.005≤(n2+n3)/n4≤0.017。通过调控上述三种元素的质量含量，能够使第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒紧密配合，构建导电网络体系的同时提高正负极结构稳定性，进一步提高电化学装置的动力学、热稳定性和高温储存性能。

5、在一些实施方式中，第一颗粒还包括钕元素，基于正极合剂层的质量，钕元素的质量含量为n1％，0.01≤n1≤0.05。本技术在上述体系的基础上，在第一颗粒中掺杂钕元素，能够优化三元材料的晶体结构，与第二颗粒中的钛元素配合能够在三元材料内部和表面构建导电网络通路，提高其结构稳定性和导电性能，有利于电化学装置得到更高的热稳定性和动力学性能。

6、在一些实施方式中，1.6≤n2/n1≤10。通过调控第一颗粒中钕元素和第二颗粒中钛元素的质量比例，能够进一步优化正极体系的导电网络，使电化学装置达到更佳的动力学和热稳定性。

7、在一些实施方式中，第一颗粒中，镍元素、钴元素和锰元素的质量比例为(5-9):(0.5-3):(0.5-2)。本技术控制三元材料中镍元素、钴元素和锰元素的质量比例在该范围内，与第二颗粒中的钛元素配合后有助于提高三元材料的电导率，另外与钕元素配合能够稳定三元材料的晶体结构，减少高温或充放电过程中的结构损坏，有利于提升电化学装置的热稳定性和循环性能。

8、具体地，第一颗粒为镍钴锰酸锂，镍钴锰酸锂的化学式为liniacobmn1-a-bo2，其中，0.5≤a≤0.9，0.05≤b≤0.3，也就是说，0.05≤(1-a-b)≤0.2。

9、在一些实施方式中，第一颗粒的平均粒径为d1μm；第二颗粒的平均粒径为d2μm；22.0≤d1/d2≤50。当第一颗粒和第二颗粒的粒径比例在该范围内能够更好地配合，从而优化正极极片中镍元素、钴元素、锰元素和钛元素的分布状态，得到更加优异的导电网络体系和电极结构，进一步提升电化学装置的动力学性能和高温储存性能。

10、在一些实施方式中，第三颗粒的平均粒径为d3μm，10≤d3≤15。该平均粒径下的第三颗粒能够提升硅元素和镧元素的配合效果，优化负极的结构稳定性，提升电化学装置的动力学、循环和高温性能。

11、在一些实施方式中，5≤d1≤9.5；和/或，0.1≤d2≤0.8。

12、在一些实施方式中，第二颗粒为磷酸钛铝锂；磷酸钛铝锂的化学式为li1+xalxti2-x(po4)3，其中0≤x≤0.5；基于正极合剂层的质量，磷酸钛铝锂的质量含量为m1％，0.4≤m1≤1.0。

13、在一些实施方式中，第三颗粒包括钛酸镧锂；钛酸镧锂的化学式为la2/3-yli3ytio3，其中0.17≤y≤0.5；基于负极合剂层的质量，钛酸镧锂的质量含量为m2％，0.5≤m2≤1.5。由于li1+xalxti2-x(po4)3(latp)加入负极，在充电过程中在低电位下会与锂离子发生反应，大幅降低电池的首次效率，因此在负极侧加入与不与锂离子发生反应的li3xla2/3-xtio3(llto)。

14、在一些实施方式中，电解液包括式i所示化合物；式i中，r1为取代或未取代的c2-c8环醚基，r2为取代或未取代的c1-c5亚烷基，r3为氢或者取代或未取代的c1-c5烷基。基于电解液的质量，式i所示化合物的质量含量n5％，0.2≤n5≤0.6。本技术中在电解液中加入式i化合物，与上述正负极体系配合，有利于提高电化学装置的高温储存性能和安全性能，虽然具体的机理尚不清楚，推测可能是式i化合物有利于提高sei膜和cei膜的成膜质量和稳定性，从而实现对电化学装置高温性能和安全性能的提升效果。

15、

16、在一些实施方式中，为进一步提高电化学装置的高温性能和安全性能，式i所示化合物选自2-四氢呋喃基丙烯酸酯、2-四氢呋喃基甲基丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。这些化合物在本技术的电化学装置体系下能够进一步提升电化学装置的高温性能和安全性能。

17、在一些实施方式中，0.4≤n5/n3≤3。通过调控n3和n5满足该关系，有利于优化sei膜的成膜质量，从而进一步提高电化学装置的安全性能。

18、第二方面，本技术还提供一种电子设备，包括本技术第一方面提供的任意一种电化学装置。由于包括上述本技术提供的电化学装置，因而该电子设备具备和上述电化学装置相同的优势。

19、基于本技术提供的电化学装置和电子装置，通过在正负极极片中分别加入第二颗粒和第三颗粒，在化成后能够部分取代cei膜和sei膜的无机成分，一方面减少活性材料在成膜阶段的消耗，有利于保持较高的能量密度，另一方面构建导电网络通路，使电化学装置具有较高的动力学性能，倍率循环性能优异，另外还有助于提高活性材料的结构稳定性，减少产热，提高电化学装置的热稳定性和高温储存性能。在与电解液中的式i化合物配合后，还有利于进一步提高电化学装置的高温稳定性和安全性能，具有极佳的应用前景。