CN113921908B - 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，其中，电化学装置包括电解液，电解液包括通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物。将通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物同时加入电解液中，二者形成协同作用，能够有效改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。并且，该电解液能够抑制电化学装置的高温存储产气，进而改善电化学装置的安全性能。
Description
技术领域
本申请涉及电化学领域，具体涉及一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置。
背景技术
随着电子产品的快速发展，锂离子电池因能量密度高、可小型化和轻量化等优势，广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑、无人机、电动车、电动工具、电力存储系统等。
在较高温度下，锂离子电池正极和负极的活性显著增强，会与电解液发生反应，诱发产气等问题。为了解决上述问题，通常会加入成膜添加剂以形成更厚更致密的固体电解质界面(SEI)膜和正极电解液界面(CEI)膜抑制反应，但SEI膜和CEI膜较厚时会阻碍锂离子的传导，从而导致电池正极和负极阻抗增加且影响锂离子电池的动力学性能。
发明内容
本申请提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，以改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。
需要说明的是，本申请的发明内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
本申请的第一方面提供一种电化学装置，其包括电解液，该电解液包括通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物：
其中，X和Z各自独立地选自经取代或未经取代的亚甲基、O或S，Y选自-(S＝O)-或者-(SO2)-，R1和R2各自独立地选自甲基取代的亚膦基(-(PH)-)、甲基取代的亚甲硅烷基(-(SiH)-)、经取代或未经取代的C1-C10的亚烷基、经取代或未经取代的C3-C10的亚环烷基、经取代或未经取代的C2-C10的亚烯基、经取代或未经取代的C2-C10的亚炔基、经取代或未经取代的亚苯基，经取代时，取代基选自卤原子；R3、R4和R5各自独立地选自单键、C1-C3的亚烷基、C1-C3的亚烷氧基或C1-C3的亚烷氧基烷基。
电解液包括通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物时，通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物产生协同效果，能够更有效地钝化正极界面和负极界面与电解液的高温分解反应，在负极表面形成高离子导通的复合SEI膜，在抑制高温存储产气的同时减小电化学装置的负极初始阻抗。负极初始阻抗的减小能够有效改善电化学装置中的负极析锂现象，以降低负极析出的锂金属与电解液反应发生产气问题的风险，从而使电化学装置的存储性能和安全性能得以改善。由此，电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，得到显著改善，安全性能也得以改善。
优选地，通式(I)表示的化合物选自以下化合物(式I-1)至(式I-27)中的至少一种：
优选地，通式(II)表示的化合物选自以下化合物(式II-1)至(式II-12)中的至少一种：
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI为0.05％至10％。例如，WI的值可以为0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、10％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，通过将通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI控制在上述范围内，更有利于改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI优选为0.1％至10％。
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII为0.05％至10％。例如，WII的值可以为0.05％、0.1％、1％、4％、10％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，通过将通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII控制在上述范围内，更有利于改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(I)表示的化合物的质量百分含量WII优选为0.1％至10％。
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII之间满足：1％＜WI+WII＜15％，且WI＜2WII。例如，WI+WII的值可以为1.5％、6％、14.9％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，使通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII满足上述关系式，以更好地发挥二者的协同关系，使电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，达到更优的效果。
在本申请的一种实施方案中，电解液还包含通式(III)表示的化合物：
其中，R6、R7、R8、R9、R10和R11各自独立地选自氢原子、氟原子、未取代或被氟原子取代的C1-C5的烷基。
电解液中包含通式(III)表示的化合物，可以降低电解液的粘度，从而提高电解液的离子电导率，以进一步降低锂离子传输的阻抗，即降低负极的初始阻抗，从而进一步降低负极发生锂金属析出的风险，改善电化学装置的高温存储性能。通式(III)表示的化合物还可以加强电解液中有机溶剂的抗氧化性，使电化学装置的循环性能得以提升。
优选地，通式(III)表示的化合物选自以下化合物(式III-1)至(式III-19)中的至少一种：
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(III)表示的化合物的质量百分含量WIII为10％至70％。例如，通式(III)表示的化合物的质量百分含量WIII可以为10％、20％、40％、50％、70％或上述任两个数值范围间的任一数值。将通式(III)表示的化合物的质量百分含量WIII控制在上述范围内，更有利于改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。
在本申请的一种实施方案中，电解液包含第一锂盐，第一锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。通过选用上述锂盐，使电解液的离子电导率提高，以降低负极初始阻抗，使发生负极析锂现象的风险降低，从而进而提高电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，第一锂盐在电解液中的质量百分含量为6.25％至50％。例如，第一锂盐的含量可以为6.25％、12.5％、50％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，将第一锂盐在电解液中的摩尔浓度控制在上述范围内，能够提高电解液的离子电导率，改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。
在本申请的一种实施方案中，电解液包含第二锂盐，第二锂盐为二氟磷酸锂。将二氟磷酸锂加入电解液中，能够在提高电解液的离子电导率的同时，使负极初始阻抗进一步降低，负极析锂现象进一步改善，从而使电化学装置获得更优的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，二氟磷酸锂的质量百分含量WIV为0.01％至1％。例如，WIV的值可以为0.01％、0.1％、1％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，将二氟磷酸锂的质量百分含量WIV控制在上述范围内，更有利于降低电化学装置的负极初始阻抗。
在本申请的一种实施方案中，基于电解液的质量，通式(I)表示的化合物的质量百分含量WII和二氟磷酸锂的质量百分含量WIV之间满足：0.2％≤WI+WIV≤10.5。例如，WI+WIV的值可以为0.2％、2.01％、2.1％、3％、10.5％或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，使通式(I)表示的化合物的质量百分含量WII和二氟磷酸锂的质量百分含量WIV满足上述关系式，以更好地发挥二者的协同关系，使电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，达到更优的效果。
本申请的电解液还包括非水溶剂。本申请对非水溶剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，非水溶剂可以包含碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物。上述链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(EMC)中的至少一种。上述羧酸酯化合物的实例为乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。上述醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯或磷酸酯中的至少一种。
在本申请的一种实施方案中，电化学装置还包括负极，负极包括负极集流体、导电层和负极活性材料层。进一步地，导电层可以设置于负极集流体和负极活性材料层之间。在本申请中，负极活性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。导电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，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。
在本申请的一种实施方案中，导电层的厚度d1μm，d1为0.5至5。例如，d1的值可以为0.5、1、2、3、5或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，导电层的厚度过小(例如小于0.5μm)，工艺控制难度大，容易出现未覆盖区域，使得导电层增强电子导通的效果较微弱；导电层的厚度过大(例如大于5μm)，负极厚度随之变厚，电化学装置的体积增大，进而使电化学装置的能量密度降低。将导电层的厚度控制在上述范围内，更有利于电化学装置的阻抗和循环性能的改善。需要说明，导电层的厚度d1μm是指设置于负极集流体上的单层厚度。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料层的厚度d2μm，d2为30至300。例如，d2的值可以为30、100、200、300或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，负极活性材料层的厚度过小(例如小于30μm)，负极活性材料层提供的容量过小，电化学装置的能量密度降低，并且不易于加工；负极活性材料层的厚度过大(例如大于300μm)，负极厚度随之变厚，电化学装置的体积增大，电化学装置的能量密度降低。通过将负极活性材料层的厚度控制在上述范围内，更有利于电化学装置的能量密度的改善。需要说明，负极活性材料层的厚度d2μm是指设置于负极集流体上的单层厚度。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料层的厚度d2与通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI之间满足：(10000×WI÷d2)>0.1。例如，(10000×WI÷d2)的值可以为0.1、0.2、0.5、0.67、1、2.5、5、6.7、10或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，使负极活性材料层的厚度d2与通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI满足上述关系式，更有利于形成高离子导通的SEI膜和CEI膜，进而更有利于抑制高温存储产气、减小负极初始阻抗，使电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，得到显著改善。在本申请的一种实施方案中，进一步优选(10000×WI÷d2)>0.5。
本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极集流体可以包含铜箔、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。在本申请对负极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极集流体的厚度为6μm至10μm。
本申请对导电层的组成没有特别限制，可以包括导电剂和粘结剂。
本申请的负极活性材料层可以包括负极活性材料。本申请对负极活性材料的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极活性材料可以包含天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiOx(0<x<2)、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12、Li-Al合金或金属锂等中的至少一种。本申请的负极活性材料层还可以包括粘结剂和导电剂。
本申请的电化学装置还包括正极。本申请对正极没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极包含正极集流体和正极活性材料层。本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体等。本申请的正极材料层包含正极活性材料。本申请对正极活性材料的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极活性材料可以包含镍钴锰酸锂(811、622、523、111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂等中的至少一种。在本申请中，正极活性材料还可以包含非金属元素，例如非金属元素包括氟、磷、硼、氯、硅或硫等中的至少一种，这些元素能进一步提高正极活性材料的稳定性。在本申请中，对正极集流体和正极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体的厚度为5μm至20μm，优选为6μm至18μm。单面正极活性材料层的厚度为30μm至120μm。在本申请中，正极活性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，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。任选地，正极极片还可以包含导电层，导电层位于正极集流体和正极活性材料层之间。
上述导电剂和粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，导电剂可以包括导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维、鳞片石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管或石墨烯等中的至少一种。例如，粘结剂可以包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素(CMC)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)等中的至少一种。
本申请的电化学装置还包括隔膜，用以分隔正极和负极，防止锂离子电池内部短路，允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电过程的作用。本申请中的隔膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)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、碾压膜或纺丝膜等中的至少一种。例如，隔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聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺等中的至少一种。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-聚丙烯多孔复合膜等中的至少一种。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。例如，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，所述无机颗粒没有特别限制，例如可以选自氧化铝、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、氢氧化钙或硫酸钡等中的至少一种。所述粘结剂没有特别限制，例如可以选自聚偏氟乙烯、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、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯等中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、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)等中的至少一种。
本申请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。在一些实施例中，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。
电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极、隔膜和负极按顺序堆叠，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壳内，将电解液注入包装壳并封口，得到电化学装置；或者，将正极、隔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壳内，将电解液注入包装壳并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装壳中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。
本申请的第二方面提供一种电子装置，其包含前述任一方案所述的电化学装置。该电子装置具有良好的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，还具有良好的安全性能。
本申请的电子装置没有特别限制，其可以包括但不限于以下种类：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。
本申请提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，其中，电化学装置包括电解液，电解液包括通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物。将通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物同时加入电解液中，二者在电化学装置化成过程中形成协同作用，能够有效改善电化学装置的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗。并且，该电解液能够抑制电化学装置的高温存储产气，进而改善电化学装置的安全性能。本申请的电子装置也具有良好的动力学性能，例如高温存储性能和初始阻抗，还具有良好的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例和现有技术的技术方案，下面对本申请实施例和现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请一种实施方案的负极剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。
图1示出了本申请一种实施方案的负极剖面结构示意图。负极10包括负极集流体11、导电层12和负极活性材料层13，导电层13设置于负极集流体11和负极活性材料层13之间。在本申请的一些实施例中，导电层12和负极活性材料层13依次设置于负极集流体11的A表面。当然，导电层12和负极活性材料层13也可以依次设置于负极集流体11的B表面。或者，导电层12和负极活性材料层13也可以分别依次设置于负极集流体11的A表面和B表面。
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。
测试方法和设备：
高温存储性能测试：
将锂离子电池置于25℃恒温环境中，静置30min，使锂离子电池达到恒温。以0.7C恒流充电至4.5V，再恒压充电至电流为0.025C，记录锂离子电池的厚度，记为初始厚度。将锂离子电池转至60℃恒温箱中存储30天，期间每隔6天测试并记录锂离子电池厚度一次，记录30天后的测试厚度记为存储厚度。计算锂离子电池的厚度膨胀率，并作为评价锂离子电池高温存储产气量的指标。
厚度膨胀率＝(存储厚度-初始厚度)/初始厚度×100％。
负极初始阻抗测试：
基于常规锂离子电池的制备方法的，在卷绕时将参比电极埋植入锂离子电池，得到含参比电极的锂离子电池。首先将含参比电极的锂离子电池置于25℃恒温环境中，以参比电极为阳极，分别以电池的正负极为阴极，用2mA的电流电镀2h，在参比电极上沉积锂，静置30min后，使用Bio-Logic VMP3电化学工作站测试锂离子电池的电化学交流阻抗谱(EIS)。电化学工作站的工作电极连接电池的负极，电化学工作站的参比电极连接电池的参比电极引线。测试频率范围为30mHz至500kHz，振幅为5mV，测试得到Nyquist谱图。谱图的曲线为半圆形，其直径对应的阻抗值大小即电池负极的初始阻抗。
析锂测试：
将锂离子电池置于12℃恒温箱中，放置120min后，以2C恒流充电至4.5V后，再恒压充电到0.025C，静置5min后，以0.5C放电至3V，静置60min，此为一个循环。如此进行10个循环后，拆解锂离子电池，观察负极表面的析锂状态。
锂离子电池的析锂程度的判断标准如下：
不析锂：负极表面呈现金黄色，无灰色锂沉积；
轻微析锂：负极表面大部分呈现金黄色，灰色锂沉积面积小于10％；
中度析锂：负极表面总体呈现金黄色，负极表面灰色锂沉积面积为10％至30％；
严重析锂：负极表面部分呈现金黄色，但负极表面灰色锂沉积面积大于30％。
实施例1-1
<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(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)按照质量比为3:3:4混合，得到基础溶剂，然后向基础溶剂中加入质量百分含量WV的第一锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，再加入质量百分含量WI的通式(I)表示的化合物式I-10和质量百分含量WII的通式(II)表示的化合物式II-2，搅拌均匀得到电解液。其中，基于电解液的质量，第一锂盐LiPF6的质量百分含量为12.5％，通式(I)表示的化合物质量百分含量WI为0.5％，通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII为1％，其余部分为基础溶剂。
<正极的制备>
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电剂导电炭黑(Super P)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比97:1.4:1.6进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为75％的浆料，并在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均匀的正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，85℃条件下烘干，得到正极活性材料层厚度为110μm的单面涂布正极活性材料的正极。之后，在该正极的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极活性材料的正极。涂布完成后，将正极冷压、裁切成74mm×867mm的规格待用。
<负极的制备>
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)按照质量比96.4:1.5:0.5:1.6进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为54％的负极浆料，并在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均匀的负极浆料。将导电剂Super P、粘结剂SBR按照质量比9:1进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为10％的导电层浆料。将导电层浆料和负极浆料依次均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔的一个表面上，85℃条件下烘干，得到导电层厚度为2μm、负极活性材料层厚度为100μm的单面涂布的负极。之后，在该负极的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布的负极。涂布完成后，将负极冷压、裁切成76mm×851mm的规格待用。
<隔膜的制备>
采用厚度为5μm的聚乙烯(PE)多孔膜(Celgard公司提供)。
<锂离子电池的制备>
将上述制备的正极、隔膜、负极按顺序叠好，使隔膜处于正极和负极中间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件。焊接极耳后将电极组件装入铝塑膜包装壳中，放置在85℃真空烘箱中干燥12小时脱去水分，注入上述配好的电解液，经过真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V，再以0.1C恒流充电至3.9V)、整形、容量测试等工序得到锂离子电池。
实施例1-1至实施例1-16、对比例1-1至对比例1-3的相关制备参数和性能参数如表1所示。实施例1-2至实施例1-16、对比例1-1至对比例1-3中，除通式(I)表示的化合物、通式(II)表示的化合物的种类和含量按照表1调整外，其余与实施例1-1相同。
表1
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注：表1中的“\”表示无相关制备参数。
从实施例1-1至实施例1-16和对比例1-1至对比例1-3可以看出，锂离子电池的高温存储性能和初始阻抗随着通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物的变化而变化。同时选用通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物的锂离子电池，相比仅选用通式(I)表示的化合物或仅选用通式(II)表示的化合物或不选用两种化合物的锂离子电池，其高温存储性能更好、初始阻抗更低。
通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII通常也会影响锂离子电池的高温存储性能、初始阻抗、负极析锂现象。从实施例1-1至实施例1-16可以看出，选用通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII在本申请范围内的锂离子电池，能够具有良好的高温存储性能和较低的初始阻抗。
实施例1-11、实施例2-1至实施例2-7的相关制备参数和性能参数如表2所示。实施例2-1至实施例2-7中，除在电解液的制备中按表2所示种类及含量进一步加入通式(III)表示的化合物，并将基础溶剂调整为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)按照质量比为1:1混合外，其余与实施例1-11相同。
表2
注：表2中的“\”表示无相关制备参数。
通式(III)表示的化合物通常也会影响锂离子电池的高温存储性能、初始阻抗、负极析锂现象。从实施例1-11、实施例2-1至实施例2-7可以看出，选用包含有通式(III)表示的化合物的锂离子电池，能够具有良好的高温存储性能和较低的初始阻抗、且负极析锂现象得以改善。
实施例1-10至实施例1-11、实施例3-1至实施例3-4的相关制备参数和性能参数如表3所示。实施例3-1至实施例3-4中，除按照表3所示含量进一步加入第二锂盐二氟磷酸锂外，其余与实施例1-11相同。
表3
注：表3中的“\”表示无相关制备参数。
电解液中二氟磷酸锂的添加和二氟磷酸锂的含量WIV通常也会影响锂离子电池的高温存储性能、初始阻抗、负极析锂现象。从实施例1-10、实施例1-11、实施例3-1至实施例3-4可以看出，选用含有二氟磷酸锂、且质量含量WIV在本申请范围内的锂离子电池，能够具有良好的高温存储性能和较低的初始阻抗。
实施例1-11、实施例4-1至实施例4-11的相关制备参数和性能参数如表4所示。实施例4-1至实施例4-11中，除通式(I)表示的化合物的含量、负极活性材料层的厚度d2、导电层的厚度d1以外按照表4调整所示参数调整外，其余与实施例1-11相同。
表4
导电层的厚度d1μm、负极活性材料层的厚度d2μm、通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI与负极活性材料层的厚度d2之间的关系(10000×WI÷d2)通常也会影响锂离子电池的高温存储性能、初始阻抗。从实施例1-11、实施例4-1至实施例4-11可以看出，选用导电层的厚度d1μm、负极活性材料层的厚度d2μm、通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI与负极活性材料层的厚度d2之间的关系(10000×WI÷d2)在本申请范围内的锂离子电池，能够具有良好的高温存储性能和较低的初始阻抗。
实施例5-1至实施例5-4的相关制备参数和性能参数如表5所示。实施例5-1至实施例5-4中，除了第一锂盐在电解液中的种类及含量按照表5调整以外，其余与实施例1-11相同。
表5
第一锂盐的种类和含量通常也会影响锂离子电池的高温存储性能、初始阻抗、负极析锂现象。从实施例1-11、实施例5-1至实施例5-4可以看出，选用第一锂盐的种类和含量在本申请范围内的锂离子电池，能够具有良好的高温存储性能和较低的初始阻抗。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种电化学装置，其包括电解液，所述电解液包括通式(I)表示的化合物和通式(II)表示的化合物：
其中，X和Z各自独立地选自经取代或未经取代的亚甲基、O或S，Y选自-(S＝O)-或者-(SO2)-，R1和R2各自独立地选自甲基取代的亚膦基、甲基取代的亚甲硅烷基、经取代或未经取代的C1-C10的亚烷基、经取代或未经取代的C3-C10的亚环烷基、经取代或未经取代的C2-C10的亚烯基、经取代或未经取代的C2-C10的亚炔基、经取代或未经取代的亚苯基，经取代时，取代基选自卤原子；
R3、R4和R5各自独立地选自单键、C1-C3的亚烷基、C1-C3的亚烷氧基或C1-C3的亚烷氧基烷基。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述通式(I)表示的化合物选自以下化合物中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述通式(II)表示的化合物选自以下化合物(式II-1)至(式II-12)中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下条件(a)至(c)中的至少一者：
(a)基于所述电解液的质量，所述通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和所述通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII之间满足：1％＜WI+WII＜15％，且WI＜2WII；
(b)基于所述电解液的质量，所述通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI为0.05％至10％；
(c)基于所述电解液的质量，所述通式(II)表示的化合物的质量百分含量WII为0.05％至10％。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包含通式(III)表示的化合物：
其中，R6、R7、R8、R9、R10和R11各自独立地选自氢原子、氟原子、未取代或被氟原子取代的C1-C5的烷基。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，所述通式(III)表示的化合物选自以下化合物(式III-1)至(式III-19)中的至少一种：
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液包含第一锂盐，所述第一锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲磺酰亚胺锂中的至少一种；
基于所述电解液的质量，所述第一锂盐在所述电解液中的质量百分含量为6.25％至50％。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下条件(d)至(e)中的至少一者：
(d)所述电解液还包含第二锂盐二氟磷酸锂，基于所述电解液的质量，所述二氟磷酸锂的质量百分含量WIV为0.01％至1％；
(e)基于所述电解液的质量，所述通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI和所述二氟磷酸锂的质量百分含量WIV之间满足：WI+WIV≥0.2％。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置还包括负极，所述负极包括负极集流体、导电层和负极活性材料层，所述电化学装置满足以下条件(f)至(h)中的至少一者：
(f)所述导电层的厚度d1μm，d1为0.5至5；
(g)所述负极活性材料层的厚度d2μm，d2为30至300；
(h)所述负极活性材料层的厚度d2与所述通式(I)表示的化合物的质量百分含量WI之间满足：(10000×WI÷d2)>0.1。
10.一种电子装置，其包含权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111152100.2A CN113921908B (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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