CN112640163B - 负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置，该一种负极活性材料在一定颗粒体积累计分布下具有特定的宽长比和球形度，有助于改善电化学装置的倍率性能、动力学性能和变形问题。

Description

负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置。
背景技术
电化学装置(例如，锂离子电池)由于具有环境友好、工作电压高、比容量大和循环寿命长等优点而被广泛应用，已成为当今世界最具发展潜力的新型绿色化学电源。小尺寸锂离子电池通常用作驱动便携式电子通讯设备(例如，便携式摄像机、移动电话或者笔记本电脑等)的电源，特别是高性能便携式设备的电源。具有高输出特性的中等尺寸和大尺寸锂例子电池被发展应用于电动汽车(EV)和大规模储能系统(ESS)。随着锂离子电池的广泛应用，其倍率性能、动力学性能和变形问题已成为重要的研发方向。这些性能均与负极析锂现象相关。如何改善负极的析锂现象已成为亟待解决的关键技术问题。改进负极中的活性材料是解决上述问题的研究方向之一。
有鉴于此，确有必要提供一种改进的负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置。
发明内容
本申请通过提供一种负极活性材料及使用其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。
根据本申请的一个方面，本申请提供了一种负极活性材料，其中利用动态颗粒图像分析仪测试，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.4≤AR10≤0.55，所述负极活性材料的球形度S10满足0.48≤S10≤0.60。
在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.42≤AR10≤0.52。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.45≤AR10≤0.50。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10为0.4、0.42、0.45、0.48、0.50、0.52、0.55或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S10满足0.50≤S10≤0.55。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S10满足0.48、0.50、0.52、0.55、0.58、0.60或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时，所述负极活性材料满足条件(a)或(b)中的至少一者：
(a)所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.6≤AR50≤0.75；
(b)所述负极活性材料的球形度S50满足0.68≤S50≤0.82。
在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.62≤AR50≤0.72。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.65≤AR50≤0.70。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.6、0.62、0.65、0.68、0.70、0.72、0.75或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.70≤S50≤0.80。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.72≤S50≤0.75。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.68、0.70、0.72、0.75、0.78、0.80、0.82或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为90％时，所述负极活性材料满足条件(c)或(d)中的至少一者：
(c)所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.82≤AR90≤0.90；
(d)所述负极活性材料的球形度S90满足0.85≤S90≤0.95。
在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.85≤AR90≤0.88。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.82、0.85、0.88、0.90或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S90满足0.88≤S90≤0.90。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S90满足0.85、0.88、0.90、0.92、0.95或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料的压实密度大于1.90g/cm3。在一些实施例中，所述负极活性材料的压实密度大于1.95g/cm3。在一些实施例中，所述负极活性材料的压实密度大于2.0g/cm3。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料包括一次颗粒和二次颗粒，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为20％至55％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为25％至50％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为30％至40％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为30％至35％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为25％、30％、35％、40％、45％、50％或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种电化学装置，其包括正极、负极、隔离膜和电解液，其中所述负极包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含根据本申请所述的负极活性材料。
根据本申请的实施例，所述负极满足条件(e)至(g)中的至少一者：
(e)所述负极活性材料层的重量为0.095mg/mm2至0.105mg/mm2；
(f)由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的(004)面的峰面积C004和(110)面的峰面积C110的比值C004/C110在10至20的范围内；
(g)所述负极活性材料层具有20％至45％的孔隙率。
在一些实施例中，所述负极活性材料层的重量为0.095mg/mm2至0.105mg/mm2。在一些实施例中，所述负极活性材料层的重量为0.095mg/mm2、0.097mg/mm2、0.099mg/mm2、0.101mg/mm2、0.103mg/mm2、0.105mg/mm2或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110在12至18的范围内。在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110在14至16的范围内。在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，所述负极活性材料层具有25％至40％的孔隙率。在一些实施例中，所述负极活性材料层具有30％至35％的孔隙率。在一些实施例中，所述负极活性材料层的孔隙率为20％、25％、30％、35％、40％、45％或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，所述负极集流体与所述负极活性材料层之间进一步包含涂层，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶50至1∶120的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶60至1∶100的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶80至1∶90的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值为1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100、1∶110、1∶120或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于18N/m。在一些实施例中，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于20N/m。在一些实施例中，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于25N/m。
根据本申请的实施例，所述电化学装置满足以下关系：Y≤0.417X+A，其中：X为所述电化学装置的荷电状态，1＜X≤1.5，当所述电化学装置的荷电状态为1时，所述电化学装置的厚度为Amm，当所述电化学装置的荷电状态为X时，所述电化学装置的厚度为Ymm。在一些实施例中，X为1.1、1.2，、1.3、1.4或1.5。
根据本申请的又一个方面，本申请提供了一种电子装置，其包括根据本申请所述的电化学装置。
本申请的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
附图说明
在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
图1展示了根据本申请实施例的负极活性材料在不同颗粒体积累计分布下的宽长比。
图2展示了根据本申请实施例的负极活性材料在不同颗粒体积累计分布下的球形度。
图3展示了负极结构的X、Y和Z方向的示意图。
图4展示了根据本申请实施例的负极材料的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
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。
如本文中所使用，负极活性材料的“宽长比”指的是负极活性材料颗粒的宽径与长径的比值。负极活性材料的宽长比可通过动态颗粒图像分析(例如，使用新帕泰克QICPIC动态颗粒图像分析仪)获得。负极活性材料颗粒的“宽径”指的是与颗粒的投影图像相切的平行线之间的最小数值。负极活性材料颗粒的“长径”指的是与颗粒的投影图像相切的平行线之间的最大数值。负极活性材料的宽长比较小时，负极活性材料颗粒呈细长形状。负极活性材料的宽长比越接近1，表明负极活性材料颗粒的宽径与长径越相近，即，负极活性材料颗粒越接近圆形。
如本文中所使用，“ARn”指的是当负极活性材料的颗粒体积累计分布为n％时所对应的负极活性材料颗粒的宽长比。“AR10”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时所对应的负极活性材料颗粒的宽长比，如图1中“AR10”所示。“AR50”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时所对应的负极活性材料颗粒的宽长比，如图1中“AR50”所示。“AR90”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时所对应的负极活性材料颗粒的宽长比，如图1中“AR90”所示。
如本文中所使用，负极活性材料的“球形度”指的是与负极活性材料颗粒具有相同体积的球体的投影的周长与负极活性材料颗粒的实际投影的周长的比值。负极活性材料的球形度越接近1，表明负极活性材料颗粒越接近球形。当负极活性材料的球形度为1时，负极活性材料颗粒为正球形。负极活性材料的球形度可通过动态颗粒图像分析(例如，使用新帕泰克QICPIC动态颗粒图像分析仪)获得。
如本文中所使用，“Sn”指的是当负极活性材料的颗粒体积累计分布为n％时所对应的负极活性材料颗粒的球形度。“S10”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时所对应的负极活性材料颗粒的球形度，如图2中“S10”所示。“S50”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时所对应的负极活性材料颗粒的球形度，如图2中“S50”所示。“S90”表示当负极活性材料的颗粒体积累计分布为90％时所对应的负极活性材料颗粒的球形度，如图2中“S90”所示。
随着电化学装置(例如，锂离子电池，下文以锂离子电池为例)的广泛应用，其快速充电能力成为评价电化学装置性能的一个重要指标。倍率性能可反映出锂离子电池的快速充电能力。在锂离子电池的循环过程中，负极表面可能会出现析锂现象，其会显著降低锂离子电池的倍率性能。尤其是在低温下，负极活性材料的动力学性能有所下降，导致负极的电化学极化增大，更易发生析锂现象。析出的锂金属可能会形成锂枝晶，其会穿破隔离膜，引发正极与负极之间的短路。此外，锂离子电池在循环过程中的形变也会导致析锂现象的产生。因此，如何改善负极的析锂现象已成为研发方向之一。
本申请通过调整负极活性材料的形状及其分布可改善电化学装置在循环过程中的析锂现象以提高电化学装置的倍率性能和动力学性能，同时改善电化学装置的变形问题。具体而言，本申请提供了一种负极活性材料，其中利用动态颗粒图像分析仪测试，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.4≤AR10≤0.55，所述负极活性材料的球形度S10满足0.48≤S10≤0.60。
在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.42≤AR10≤0.52。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.45≤AR10≤0.50。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR10为0.4、0.42、0.45、0.48、0.50、0.52、0.55或在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S10满足0.50≤S10≤0.55。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S10满足0.48、0.50、0.52、0.55、0.58、0.60或在上述任意两个数值所组成的范围内。
负极活性材料(例如，石墨)的颗粒通常以一定范围的孔隙率按不同取向一层一层地堆积在负极集流体表面形成负极活性材料层。由于负极活性材料颗粒呈无规则状态堆积，过于细长的负极活性材料颗粒(例如，AR10＜0.3)会减小颗粒间的孔隙，不利于电解液的浸润。类球形的负极活性材料颗粒(例如，S10＞0.9)会延长锂离子的传递路径，增加锂离子嵌入和脱出的阻力。在负极活性材料的制备过程中，可通过分级的方式控制负极活性材料的宽长比，然后通过整形的方式去除负极活性材料表面部分的棱角以控制负极活性材料的球形度。当负极活性材料的满足0.4≤AR10≤0.55和0.48≤S10≤0.60时，一部分负极活性材料颗粒较为细长且存在棱角，其可填充在负极活性材料的孔隙中，有助于抑制由锂离子的嵌入和脱嵌导致的负极活性材料层的膨胀，由此改善锂离子电池在循环过程中的变形问题和析锂现象。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.6≤AR50≤0.75。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.62≤AR50≤0.72。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.65≤AR50≤0.70。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.6、0.62、0.65、0.68、0.70、0.72、0.75或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时，所述负极活性材料的球形度S50满足0.68≤S50≤0.82。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.70≤S50≤0.80。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.72≤S50≤0.75。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S50满足0.68、0.70、0.72、0.75、0.78、0.80、0.82或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为90％时，所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.82≤AR90≤0.90。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.85≤AR90≤0.88。在一些实施例中，所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.82、0.85、0.88、0.90或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为90％时，所述负极活性材料的球形度S90满足0.85≤S90≤0.95。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S90满足0.88≤S90≤0.90。在一些实施例中，所述负极活性材料的球形度S90满足0.85、0.88、0.90、0.92、0.95或在上述任意两个数值所组成的范围内。
搭配使用不同外观形态的负极活性材料颗粒使负极活性材料满足上述AR10、AR50、AR90、S10、S50和S90时，负极活性材料整体上呈现较圆润但仍有一定棱角的外观形态。整体上较圆润的外观形态使得负极活性材料颗粒形成的堆积层之间存在适量孔隙，缩短锂离子的传输路径，加快锂离子的脱嵌，保证了锂离子在孔隙内的顺利传递。棱角的存在可增加负极活性材料颗粒间的摩擦力，使负极活性材料颗粒在锂离子嵌入和脱嵌过程中受到的应力朝各个方向均匀释放，从而抑制负极活性材料层的膨胀，由此改善锂离子电池在循环过程中的膨胀问题。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料的压实密度大于1.90g/cm3。在一些实施例中，所述负极活性材料的压实密度大于1.95g/cm3。在一些实施例中，所述负极活性材料的压实密度大于2.0g/cm3。较大的压实密度可使外观形态具有棱角的负极活性材料颗粒相互咬合，从而呈平行于集流体的方向层叠排列，减小层叠结构之间的孔隙。外观形态呈类球形的颗粒之间依然保留足够的孔隙以保证锂离子的顺利传输。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料包括一次颗粒(例如，图4中实线圈出的颗粒)和二次颗粒(例如，图4中虚线圈出的颗粒)。
根据本申请的实施例，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为20％至55％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为25％至50％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为30％至40％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为30％至35％。在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为25％、30％、35％、40％、45％、50％或在上述任意两个数值所组成的范围内。当负极活性材料包括上述范围内的量的一次颗粒时，负极活性材料颗粒的各向异性增加，由此可有效地改善锂离子电池在循环过程中的膨胀问题，抑制锂离子电池的变形。同时，具有上述范围内的量的一次颗粒还有助于提高负极活性材料的能量密度。
本申请还提供了一种电化学装置，其包括正极、负极、隔离膜和电解液。以下说明可用于本申请中正极、负极、隔离膜和电解液。
负极
本申请的电化学装置所使用的负极包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含根据本申请所述的负极活性材料。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料层设置在所述负极集流体上。在一些实施例中，所述负极活性材料层设置于所述负极集流体的两侧。在一些实施例中，所述负极集流体包含单面负极活性材料层的区域。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料层的重量为0.095g/cm2至0.105g/cm2。在一些实施例中，所述负极活性材料层的重量为0.095g/cm2至0.0.101g/cm2。在一些实施例中，所述负极活性材料层的重量为0.095g/cm2、0.097g/cm2、0.099g/em2、0.101g/cm2、0.103g/cm2、0.105g/cm2或在上述任意两个数值所组成的范围内。当负极活性材料层的重量在上述范围内时，有助于电解液浸润负极活性材料层，从而加快锂离子的传输。
根据本申请的实施例，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的(004)面的峰面积C004和(110)面的峰面积C110的比值C004/C110在10至20的范围内。在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110在12至18的范围内。在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110在14至16的范围内。在一些实施例中，由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的C004/C110为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或在上述任意两个数值所组成的范围内。负极活性材料层的C004/C110值可反映出负极活性材料层的取向性。C004/C110过大或过小时，负极活性材料层都表现出各向异性大。当C004/C110较大时，即(004)面的峰面积C004较大时，在一定的压实密度下，负极活性材料颗粒倾向于以与集流体平行的方式排列于集流体上。当C004/C110较小时，即(110)面的峰面积C110较大时，在一定的压实密度下，负极活性材料颗粒倾向于以与集流体垂直的方式排列于集流体上。当负极活性材料层的C004/C110至在上述范围内时，一部分负极活性材料颗粒以与集流体平行的方式排列于集流体上，另一部分负极活性材料颗粒以与集流体垂直的方式排列于集流体上，使得负极活性材料层在各个方向上具有适当的各向异性，有助于改善锂离子电池在循环过程中的膨胀和变形问题。根据本申请的实施例，所述负极活性材料层具有20％至45％的孔隙率。在一些实施例中，所述负极活性材料层具有25％至40％的孔隙率。在一些实施例中，所述负极活性材料层具有30％至35％的孔隙率。在一些实施例中，所述负极活性材料层的孔隙率为20％、25％、30％、35％、40％、45％或在上述任意两个数值所组成的范围内。当负极活性材料层的孔隙率在上述范围内时，有助于电解液浸润负极活性材料层，缩短锂离子的传输路径，加快锂离子的脱嵌，同时还有助于形成适量的固体电解质界面(SEI)膜，减少锂离子的损耗。
负极活性材料层的孔隙率可通过控制负极制备过程中辊压压力来实现。通过控制辊压压力，可实现负极活性材料层厚度的连续变化，从而可控制负极活性材料层的孔隙率。负极活性材料层的孔隙率可根据《GB/T24586-2009铁矿石表观密度真密度和孔隙率的测定》标准进行测试得到。
根据本申请的实施例，所述负极集流体与所述负极活性材料层之间进一步包含涂层，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶50至1∶120的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶60至1∶100的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1∶80至1∶90的范围内。在一些实施例中，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值为1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100、1∶110、1∶120或在上述任意两个数值所组成的范围内。
根据本申请的实施例，所述涂层包括导电层。在一些实施方案中，所述导电层的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、碳纳米管、石墨烯等)、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。
根据本申请的实施例，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于18N/m。在一些实施例中，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于20N/m。在一些实施例中，所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于25N/m。当负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力在上述范围内时，可避免在负极制备过程中的辊压或分条工序中发生脱膜或产生毛刺，从而可避免安全隐患，同时还可保证电池的内阻在可接受范围内，保证电化学装置的动力学性能。
负极活性材料层与负极集流体之间的粘结可通过控制负极制备过程中的辊压工序来是实现。具体地，负极活性材料层与负极集流体之间的粘结可使用Instron(型号为33652)测试仪进行测试：取15-20mm长的极片，用3M双面胶纸将其固定于钢板上，将胶纸贴在负极活性材料层表面，该胶纸一侧与其等宽的纸带相连接，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。
根据本申请的实施例，所述电化学装置满足以下关系：Y≤0.417X+A，其中：X为所述电化学装置的荷电状态，1＜X≤1.5，当所述电化学装置的荷电状态为1时，所述电化学装置的厚度为Amm，当所述电化学装置的荷电状态为X时，所述电化学装置的厚度为Ymm。在一些实施例中，X为1.1、1.2，、1.3、1.4或1.5。当X、Y和A满足上述关系时，电化学装置在过充状态下厚度变化较小，即，电化学装置基本不发生变形。
用于本申请所述的负极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。
根据本申请的实施例，所述负极进一步包括粘结剂，所述粘结剂选自以下的至少一种：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、环氧树脂或尼龙等。
正极
正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性材料。正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。
在一些实施方案中，正极活性材料包括够吸收和释放锂(Li)的正极材料。能够吸收/释放锂(Li)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。
具体的，钴酸锂的化学式可以如化学式1：
LixCoaM1bO2-c 化学式1
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。
镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的化学式可以如化学式2：
LiyNidM2eO2-f 化学式2
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。
锰酸锂的化学式可以如化学式3：
LizMn2-gM3gO4-h 化学式3
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。
在一些实施例中，所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的1.5至15倍。在一些实施例中，所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的3至10倍。在一些实施例中，所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的5至8倍。在一些实施例中，所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍或15倍。
在一些实施例中，正极活性材料层可以在表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。所述涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐(oxycarbonate)和涂覆元素的羟基碳酸盐(hydroxycarbonate)中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。在涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、F或它们的混合物。可以通过任何方法来施加涂层，只要所述方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，所述方法可以包括对本领域普通技术人员来说众所周知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。
在一些实施方案中，正极活性材料层还包含粘合剂，并且可选地还包括正极导电材料。
粘合剂可提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正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、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。
正极活性材料层包括正极导电材料，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。
用于根据本申请的电化学装置的正极集流体可以是铝(Al)，但不限于此。
电解液
可用于本申请实施例的电解液可以为现有技术中已知的电解液。
可用于本申请实施例的电解液中的电解质包括，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，上述电解质可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。在一些实施例中，电解质包括LiPF6和LiBF4的组合。在一些实施例中，电解质包括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，电解质包括LiPF6。
在一些实施例中，电解质的浓度在0.8-3mol/L的范围内，例如0.8-2.5mol/L的范围内、0.8-2mol/L的范围内、1-2mol/L的范围内、又例如为1mol/L、1.15mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、2mol/L或2.5mol/L。
可用于本申请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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
在一些实施例中，本申请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，本申请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，本申请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，本申请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。
可用于本申请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、含碳碳双键的环状碳酸酯、含硫氧双键的化合物、二氟磷酸锂。
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-己三甲腈(HTCN)、1，2，6-己三甲腈、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。
在一些实施例中，具有碳-碳双键的环状碳酸酯具体包括，但不限于：碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯亚乙酯或碳酸-1，2-二甲基亚乙烯酯中的至少一种。
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、1，3-丙磺酸内酯、1-氟-1，3-丙磺酸内酯、2-氟-1，3-丙磺酸内酯或3-氟-1，3-丙磺酸内酯中的至少一种。
隔离膜
在一些实施方案中，正极与负极之间设有隔离膜以防止短路。可用于本申请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。在一些实施方案中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
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。多孔结构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接性。
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。
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。
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。
电化学装置
本申请还提供了一种电化学装置，其包括正极、电解液和负极，所述正极包括正极活性材料层和正极集流体，所述负极包括负极活性材料层和负极集流体，所述负极活性材料层包括根据本申请所述的负极活性材料。
本申请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、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容器。特别地，该电化学装置是锂二次电池，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。
电子装置
本申请另提供了一种电子装置，其包括根据本申请的电化学装置。
本申请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。在一些实施方案中，本申请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。
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，本申请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申请的范围内。
实施例
以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。
一、锂离子电池的制备
1、负极的制备
将负极活性物质石墨、丁苯橡胶(简写为SBR)和羧甲基纤维素钠(简写为CMC)按照重量比95∶2∶3在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将此浆料涂覆于预先涂覆有底涂层(如炭黑)的集流体铜箔的两个表面上，底涂层的厚度为1.0μm，烘干后冷压得到负极活性材料层，经裁片、焊接极耳，得到负极。负极活性材料层的重量为0.100mg/mm2，负极活性材料层厚度为130μm。负极活性材料层重量为以负极集流体任一表面上的负极活性材料层的重量计。
负极活性材料的宽长比和球形度可通过如下方式控制：在负极活性材料的制备过程中，将制备好的石墨通过进料系统进入整形区进行打磨，使颗粒表面具有棱角，从而控制颗粒的宽长比和球形度。随后将打磨后的颗粒通过自分流分级区进行分级，得到所需分布的颗粒。
负极活性材料一次颗粒指的是经过破碎后得到一定颗粒粒度分布的颗粒直接石墨化的样品，负极活性材料二次颗粒指的是经过破碎后和一定比例的沥青混合，通过造粒设备在一定的温度下热处理使得颗粒与颗粒之间通过沥青粘附在一起，然后石墨化得到二次颗粒。负极活性材料中一次颗粒的含量是通过控制一次颗粒和二次颗粒的混合比例获得的。
负极活性材料粉末压实的测试方法为称取1g粉末置于模具中(直径为13mm)，然后将模具置于自动粉压测试设备(三思纵横UTM7305)，通过设备对模具施加一定的压力最终测得粉末在5t条件下的粉末压实密度。
2、正极的制备
将钴酸锂(LiCoO2)、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比96∶2∶2在适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料。将此浆料涂覆于正极集流体铝箔上，烘干、冷压、裁片、分切后，得到正极。
3、电解液的制备
在含水量＜10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)和碳酸丙烯酯(简写为PC)按照3∶4∶3的质量比混合均匀，再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述非水溶剂，最后加入3wt％的氟代碳酸乙烯酯、2wt％的1，3-丙烷磺内酯、2wt％的丁二腈，配成电解液。
4、隔离膜的制备
以7μm厚的聚乙烯(PE)多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
将正极、隔离膜、负极按顺序叠好，使隔离膜处于正极和负极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、整形、容量测试等工序，获得软包锂离子电池。
二、测试方法
1、负极活性材料的宽长比分布的测试方法
使用新帕泰克QICPIC动态颗粒图像分析仪测试负极活性材料的宽长比分布。
2、负极活性材料的球形度分布的测试方法
使用新帕泰克QICPIC动态颗粒图像分析仪测试负极活性材料的球形度分布。
3、负极活性材料层与负极集流体之间的粘结力的测试方法
使用Instron(型号为33652)测试仪进行测试负极活性材料层与负极集流体之间的粘结：取15-20mm长的极片，用3M双面胶纸将其固定于钢板上，将胶纸贴在负极活性材料层表面，该胶纸一侧与其等宽的纸带相连接，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。
4、负极活性材料层的C004/C110的测试方法
按照中华人民共和国机械行业标准JB/T 4220-2011《人造石墨的点阵参数测定方法》测试负极活性材料层的X射线衍射图谱中的(004)面衍射线图形和(110)面衍射线图形。试验条件如下：X射线采用CuKα辐射，CuKα辐射由滤波片或单色器除去。X射线管的工作电压为(30-35)kV，工作电流为(15-20)mA。计数器的扫描速度为1/4(°)/min。在记录004衍射线图形时，衍射角2θ的扫描范围为53°-57°。在记录110衍射线图形时，衍射角2θ的扫描范围为75°-79°。由(004)面衍射线图形得到的峰面积记为C004。由(110)面衍射线图形得到的峰面积记为C110。计算负极活性材料层的C004/C110的比值。
5、负极活性材料层的孔隙率的测试方法
将负极活性材料层样品制备成完整圆片。每个实施例或对比例测试30个样品，每个样品体积为约0.35cm3。根据《GB/T24586-2009铁矿石表观密度真密度和孔隙率的测定》标准进行测试负极活性材料层的孔隙率。
6、负极活性材料层的浸润时间的测试方法
取长50mm、宽50mm的负极活性材料层样品。在干燥条件下，将5mL电解液滴在样品表面，开始计时。待样品表面电解液完全消失，停止计时。计时时间记为负极活性材料层的浸润时间。每个实施例或对比例测试30个样品，取平均值。
7、锂离子液相传递阻抗(Rion)的测试方法
将锂离子电池接入法国比奥罗杰公司生产的Bio-Logic VMP3B电化学工作站进行测试，频率范围为30mHz至50kHz，振幅为5mV。采集数据后采用阻抗复平面图对数据进行分析，得到锂离子液相传递阻抗(Rion)。
8、锂离子电池的2C放电容量保存率的测试方法
将锂离子电池在25℃下静止5分钟后以0.7C的电流恒流充电至电压为4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C，静置5分钟，然后以0.5C恒流放电至电压为3.0V，静止5分钟。重复上述充放电过程，以0.1C进行放电至电压为3.0V，记录锂离子电池的0.1C放电容量，然后以2C进行放电至电压为3.0V，记录锂离子电池的2C放电容量。通过下式锂离子电池的2C放电容量保存率：
2C放电容量保存率＝2C放电容量/0.1C放电容量×100％。
9、锂离子电池在-20℃下的放电容量保存率的测试方法
将锂离子电池在25℃下静置5分钟。将锂离子电池以0.7C的电流恒流充电至电压为4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C，静置5分钟。以0.5C的电流恒流放电至电压为3.0V，测试锂离子电池在25℃下的放电容量。调整炉温至-20℃，重复上述充放电过程，测试锂离子电池在-20℃下的放电容量。通过下式计算锂离子电池在-20℃下的放电容量保存率：
放电容量保持率＝-20℃放电容量/25℃放电容量×100％。
10、锂离子电池的直流电阻(DCR)的测试方法
在25℃下，将锂离子电池以1.5C恒流充电至4.45V，再以4.45V恒压充电至0.05C，静置30分钟。以0.1C放电10秒，记录电压值为U1，以1C放电360秒，记录电压值为U2。重复充放电步骤5次。“1C”是在1小时内将锂离子电池容量完全放完的电流值。
通过下式计算锂离子电池在25℃下的直流电阻R：
R＝(U2-U1)/(1C-0.1C)。
采用基本相同的方法测试锂离子电池在0℃下的直流电阻，区别仅在于操作温度为0℃。
除非有特别说明，本申请所述的DCR指的是锂离子电池在10％荷电状态(SOC)下的直流电阻。
11、锂离子电池的析锂现象的判断方法
将锂离子电池在25℃下静止5分钟。根据实施例或对比例的设置，将锂离子电池以0.7C或2C的电流恒流充电至4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C，静置5分钟。然后以0.5C的电流恒流放电至3.0V，静止5分钟。重复上述充放电过程10次。将电池满充，在干燥条件下拆解，拍照记录负极的状态。
根据以下标准判断锂离子电池的析锂程度：
当拆解后的负极整体呈现金黄色，极少部分可观察到灰色；且灰色区域的面积＜2％，则判定为不析锂。
当拆解后的负极大部分呈现金黄色，部分位置可观察到灰色；且灰色区域的面积在2％至20％之间，则判定为轻微析锂。
当拆解后的负极整体呈现为灰色，部分位置可观察到金黄色；且灰色区域的面积在20％至60％之间，则判定为析锂。
当拆解后的负极整体呈现灰色且灰色区域的面积＞60％时，则判定为严重析锂。
12、锂离子电池的电荷转移阻抗(Rct)的测试方法
在上述制备锂离子电池的过程中额外接入铜丝作为参比电极，并以20uA的电流在负极镀锂6小时，得到三电极锂离子电池。
将三电极锂离子电池接入法国比奥罗杰公司生产的Bio-Logic VMP3B电化学工作站进行测试，频率范围为30mHz至50kHz，振幅为5mV。采集数据后采用阻抗复平面图对数据进行分析，得到锂离子电池的电荷转移阻抗(Rct)。
13、负极沿X/Y方向的膨胀率的测试方法
使用电荷耦合元件(CCD)测试冷压后的负极沿X/Y方向的宽度H1。将负极按照锂离子电池的制备步骤制成锂离子电池，将锂离子电池在25℃下静止5分钟后以0.7C的电流恒流充电至4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C。在干燥条件下拆解锂离子电池，得到拆解后的负极。使用电荷耦合元件(CCD)测试负极沿X/Y方向(如图3所示)的宽度H2。通过下式计算负极沿X/Y方向的膨胀率：
X/Y方向的膨胀率＝(H2-H1)/H1×100％。
14、负极沿Z方向的膨胀率的测试方法
测试经一定压实密度(1.78g/cc)处理的负极的厚度，记为T1。将负极按照锂离子电池的制备步骤制成锂离子电池，将锂离子电池在25℃下静止5分钟后以0.7C的电流恒流充电至3.95V(即，50％SOC)。在干燥条件下拆解锂离子电池，得到拆解后的负极。记录至少14个点的负极厚度，取平均值，记为T2。。通过下式计算负极沿Z方向的膨胀率：
Z方向的膨胀率＝(T2-T1)/T1×100％。
15、锂离子电池的循环膨胀率和循环变形率的测试方法
将锂离子电池在45℃下静止5分钟后以0.7C的电流恒流充电至4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C，静置5分钟。通过PPG测试方法测试锂离子电池三个位置点的厚度，取平均值记为PPG0，通过MMC测试方法测试锂离子电池三个位置点的厚度，取平均值记为MMC0。然后将锂离子电池以0.5C的电流恒流放电至3.0V，静止5分钟。重复上述充放电循环500次，其中在第1-200次充放电循环期间每充放电50次记录电池厚度，第300-500次充放电循环期间每100次记录电池厚度，每次测试锂离子电池三个位置点的厚度，取平均值，记为PPGx和MMCx(x代表循环次数)，将三个测试点测试的MMC厚度的最大值记为Max(MMCx)。MMCx与MMC0的差值记为电池厚度增长值。
通过下式计算锂离子电池在45℃下的循环膨胀率：
循环膨胀率(45℃)＝MMCx-MMC0/MMC0×100％。
通过下式计算锂离子电池在45℃下的循环变形率：
循环变形率(45℃)＝[PPGx/Max(MMCx)-1]×100％。
如上所述的PPG测试方法为：使用PPG软包电池测厚仪(深圳奥拓美自动化科技有限公司制造)，将锂离子电池放置于测厚仪下面板上，在测试过程中上盖板匀速下降，通过压力传感测得锂离子电池的厚度，为PPG厚度。
如上所述的MMC测试方法为：使用千分尺测试仪(日本Mitutoyo制造，型号：MDC-25SX)测量锂离子电池正极极耳处的厚度，每个样品测量三个不同位置，取平均值，记为MMC厚度。
采用基本相同的方法测试锂离子电池在25℃下的循环膨胀率和循环变形率，区别在于操作温度为25℃。
16、锂离子电池在150％SOC下的变形率的测试方法
将锂离子电池在25℃下静止5分钟后以0.5C的电流恒流充电至4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.025C(即，100％SOC，也称荷电状态为1)。然后以0.1C的电流恒流充电1小时，静置30分钟。重复0.1C恒流充电过程共5次，其中第1次、第2次、第3次、第4次和第5次充电分别达到110％SOC(即，荷电状态为1.1)、120％SOC(即，荷电状态为1.2)、130％SOC(即，荷电状态为1.3)、140％SOC(即，荷电状态为1.4)和150SOC％(即，荷电状态为1.5)，每次充电时长1小时，每次充电结束后静置30分钟。循环5次后，通过PPG测试方法测试锂离子电池在150％SOC下三个不同位置点的厚度，取平均值记为PPG5，通过MMC测试方法测试锂离子电池在150％SOC下三个不同位置点的厚度，取最大值记为Max(MMC5)。通过下式计算锂离子电池在150％SOC下的变形率：
150％SOC变形率＝[PPGx/Max(MMC5)-1]×100％。
三、测试结果
表1展示了负极活性材料的宽长比分布和球形度分布对锂离子电池的性能的影响。结果表明，当负极活性材料的宽长比分布和球形度分布满足以下条件时：0.4≤AR10≤0.55、0.48≤S10≤0.60、0.6≤AR50≤0.75、0.68≤S50≤0.82、0.82≤AR90≤0.90、0.85≤S90≤0.95，不同形状的负极活性材料颗粒搭配使用，较圆润的负极活性材料之间形成孔隙，细长且存在棱角的负极活性材料颗粒填充在这些孔隙中，使得负极活性材料整体上呈现较圆润但仍有一定棱角的外观形态，从而可显著降低锂离子电池的高温循环膨胀率和直流电阻(DCR)，并且使锂离子电池在循环过程中不会出现析锂现象，即，显著提升锂离子电池的性能。
Figure BDA0002919010500000221
表2展示了负极活性材料层的取向对锂离子电池的性能的影响。
结果表明，随着颗粒宽长比和球形度的减小，负极活性材料层的C004/C110值增加，使得负极活性材料层沿Z方向的膨胀率减小，电池的厚度增加值减小。在负极活性材料的宽长比分布和球形度分布满足以下条件的基础上：0.4≤AR10≤0.55、0.48≤S10≤0.60、0.6≤AR50≤0.75、0.68≤S50≤0.82、0.82≤AR90≤0.90、0.85≤S90≤0.95，当负极活性材料层的C004/C110值在10至20的范围内时，锂离子的嵌入和脱嵌所产生的应力朝向各个方向，沿Z方向和沿X/Y方向的膨胀率达到平衡，由此可显著降低锂离子电池过充变形率、厚度增长值以及循环变形率，即，显著改善了锂离子电池的变形问题。
Figure BDA0002919010500000241
表3展示了负极活性材料的一次颗粒数量占比和压实密度、负极活性材料层的重量和涂层对锂离子电池的性能的影响。除表3中所列参数以外，实施例28-39与实施例10的其它设置相同。
表3
Figure BDA0002919010500000251
结果表明，随着负极活性材料中一次颗粒数量占比的增加，负极活性材料的压实密度增加。当负极活性材料中一次颗粒数量占比相同时，降低负极活性材料层的重量可减小负极活性材料层的厚度，使得锂离子经过颗粒与颗粒之间的孔隙进入到集流体附近的电荷转移阻抗(Rct)减小，并且可改善锂离子电池的析锂现象。此外，增加涂层(即，导电层)可增大锂离子的传递速度，降低锂离子电池的电荷转移阻抗(Rct)，由此可改善大倍率嵌锂过程中的析锂现象。
表4展示了负极活性材料层的孔隙率对锂离子电池的性能的影响。
Figure BDA0002919010500000261
结果表明，当负极活性材料层的孔隙率在20％至45％的范围内时，电解液浸润负极活性材料层的时间显著缩短，锂离子的液相传递阻抗(Rion)以及锂离子电池的电荷转移阻抗(Rct)和直流电阻(DCR)均显著降低，由此可显著改善锂离子电池的2C放电速率和析锂现象，从而显著改善锂离子电池的倍率性能。
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申请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：“在一些实施方案中”、“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”，其不必然是引用本申请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。
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申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (11)

1.一种负极活性材料，其中利用动态颗粒图像分析仪测试，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为10％时，所述负极活性材料的宽长比AR10满足0.4≤AR10≤0.55，所述负极活性材料的球形度S10满足0.48≤S10≤0.60，且
其中当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时，所述负极活性材料的球形度S50满足0.68≤S50≤0.82。
2.根据权利要求1所述负极活性材料，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为50％时，所述负极活性材料的宽长比AR50满足0.6≤AR50≤0.75。
3.根据权利要求1所述负极活性材料，当所述负极活性材料的颗粒体积累计分布为90％时，所述负极活性材料满足条件(c)或(d)中的至少一者：
(c)所述负极活性材料的宽长比AR90满足0.82≤AR90≤0.90；
(d)所述负极活性材料的球形度S90满足0.85≤S90≤0.95。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料的压实密度大于1.90g/cm3。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料包括一次颗粒和二次颗粒，基于所述负极活性材料的总颗粒数量，所述一次颗粒的数量为20％至55％。
6.一种电化学装置，其包括正极、负极、隔离膜和电解液，其中所述负极包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含根据权利要求1-5中任一权利要求所述的负极活性材料。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中所述负极满足条件(e)至(g)中的至少一者：
(e)所述负极活性材料层的重量为0.095mg/mm2至0.105mg/mm2；
(f)由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的(004)面的峰面积C004和(110)面的峰面积C110的比值C004/C110在10至20的范围内；
(g)所述负极活性材料层具有20％至45％的孔隙率。
8.根据权利要求6所述的电化学装置，其中所述负极集流体与所述负极活性材料层之间进一步包含涂层，所述涂层的厚度与所述负极活性材料层的厚度的比值在1:50至1:120的范围内。
9.根据权利要求6所述的负极，其中所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的粘结力大于18N/m。
10.根据权利要求6所述的电化学装置，其中所述电化学装置满足以下关系：Y≤0.417X+A，
其中：
X为所述电化学装置的荷电状态，1＜X≤1.5，
当所述电化学装置的荷电状态为1时，所述电化学装置的厚度为A mm，
当所述电化学装置的荷电状态为X时，所述电化学装置的厚度为Y mm。
11.一种电子装置，其包括根据权利要求6至10中任意一项权利要求所述的电化学装置。
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