CN114388811B - 电化学装置及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电化学装置，其包括负极片和电解液；所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层；所述负极活性物质层包括负极活性材料；所述负极活性材料含硅基活性材料，且所述硅基活性材料占所述负极活性材料的质量比为X%；所述电解液包含金属离子，基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为A ppm，X和A之间满足关系式：0<X/A≤8。在电化学装置的充电过程中，金属离子可在负极发生还原反应，并与硅基活性材料中的硅元素形成稳定的Si‑金属二元合金相或Si‑O‑金属三元合金相，有效抑制硅基活性材料的嵌锂膨胀，减少电解液的消耗，有效提升电化学装置的循环性能。

Description

电化学装置及电子装置
技术领域
本申请涉及电化学领域，尤其涉及一种电化学装置及电子装置。
背景技术
锂离子电池具有储能密度大、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于便携式电能储存、电子设备、电动汽车等各个领域。随着科技社会的快速发展，各行各业对锂离子电池的综合性能提出更高的要求，例如具有较高的能量密度和更优的循环性能等。
硅基材料具有高的克容量，用作锂离子电池的负极活性材料能够显著提升锂离子电池的能量密度。但在锂离子的脱嵌过程中，硅基材料会产生较大的体积膨胀，引起循环过程中电池厚度增长、负极SEI膜的破坏导致电极界面不稳定，SEI膜的重新生成带来的电解液消耗等问题，这些问题都会恶化锂离子电池的循环寿命。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种电化学装置及电子装置。
为了达到上述目的，本申请提供一种电化学装置，其包括负极片和电解液；所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层；所述负极活性物质层包括负极活性材料；所述负极活性材料含硅基活性材料，且所述硅基活性材料占负极活性材料的质量比为X%；所述电解液包含金属离子，其中，基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为A ppm，所述X和所述A之间满足如下关系式：0<X/A≤8。在一些实施例中，所述X和所述A之间满足如下关系式：0.001≤X/A≤4。
在一些实施例中，所述金属离子包括镁离子、铝离子、锌离子、钙离子、钛离子、铯离子、钼离子中的至少一种。
在一些实施例中， 基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为Appm，10 ≤A≤8000 。
在一些实施例中，所述电解液还可包含阴离子NO3 2-，SO4 2-，SO3 2-，CO3 2-，SiO3 2-中的至少一种。
在一些实施例中，基于所述电解液的质量，所述阴离子的质量百分含量为B ppm，5≤B≤10000。
在一些实施例中，所述电解液还可包含添加剂；所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯，丁二腈，己二腈，1,3,6-己烷三腈中的至少一种。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂的质量百分含量为C%，0.5≤C≤40。
在一些实施例中，所述负极活性材料包括硅基活性颗粒，在所述负极活性物质层的截面上选取面积为200μm2的方形区域，所述方形区域容纳的所述硅基活性颗粒的个数为N，1≤N≤50，所述负极活性物质层的截面平行于所述负极活性物质层的厚度方向。
在一些实施例中，所述负极片的压实密度为M g/cm3，1≤M≤2.5。
在一些实施例中，本申请所述的电化学装置，满足如下条件至少一者：
（1）基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量为5%-30%；
（2）基于所述电解液的质量，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为0.5%-3%；
（3）基于所述电解液的质量，所述1,3-丙烷磺内酯的质量百分含量为0.5%-3%；
（4）基于所述电解液的质量，所述丁二腈的质量百分含量为0.5%-3%；
（5）基于所述电解液的质量，所述己二腈的质量百分含量为0.5%-3%；
（6）基于所述电解液的质量，所述1,3,6-己烷三腈的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，本申请还提供了一种电子装置， 所述电子装置包括上述电化学装置。
本申请至少包括如下有益效果：
本申请的电化学装置中加入的金属离子在充电过程可在负极发生还原反应，并与硅基活性材料中的硅元素形成稳定的Si-金属二元合金相或Si-O-金属三元合金相，有效抑制硅基活性材料的嵌锂膨胀，减少负极界面SEI膜的破裂和电解液的消耗，有效提升电化学装置的循环性能。
具体实施方式
将理解的是，所公开的实施例仅仅是本申请的示例，本申请可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本申请。
[电化学装置]
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离子电池。
所述电化学装置包括正极片、负极片、隔离膜、电解液。
[负极片]
所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层。
在一些实施例中，所述负极活性物质层包括负极活性材料。在一些实施例中，所述负极活性材料包括硅基活性材料，且所述硅基活性材料占所述负极活性材料的质量比为X%；在一些实施例中，所述电解液包含金属离子，其中，基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为A ppm，所述X和所述A之间满足如下关系式：0<X/A≤8，在一些实施例中，0.001≤X/A≤4。在电化学装置充电过程中，所述金属离子可在负极发生还原反应，并与硅基活性材料中的硅元素形成稳定的Si-金属二元合金相或Si-O-金属三元合金相，有效抑制硅基活性材料因嵌活性离子（例如锂离子）引起的膨胀，减少负极界面SEI膜的破裂和电解液的消耗，有效提升电化学装置（例如锂离子电池）的循环性能。
在一些实施例中，所述负极活性物质层包括硅基活性颗粒，所述负极活性物质层的截面包括面积为200μm2的方形区域，所述方形区域容纳的所述硅基活性颗粒的个数为N，1≤N≤50，所述负极活性物质层的截面平行所述负极活性物质层的厚度方向，即所述负极活性物质层的截面由沿所述负极活性物质层的厚度方向裁切所述负极活性物质层得到。当1≤N≤50时，电解液在负极的浸润效果较好以及活性离子在负极片内部嵌入脱出时的阻抗较小，电化学装置具有更优的循环性能。
在一些实施例中，所述负极片的压实密度为Mg/cm3，1≤M≤2.5。当负极片的压实密度太低时，影响活性材料颗粒之间的连接，负极嵌活性离子（例如锂离子）膨胀后易引起活性物质的脱落失活现象，导致电连接失效；而当负极片的压实密度太高时，易引起部分活性颗粒粉碎且降低电解液在负极的浸润效果，对电化学装置的循环性能产生不利影响。
在一些实施例中，负极活性物质层还包括负极粘结剂。在一些实施例中，负极粘结剂包含二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)，聚偏二氟乙烯、聚丙烯睛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、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、尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，负极活性物质层还包括导电剂。导电剂的具体种类不受限制，可根据需求进行选择。作为示例，导电剂包括但不限于导电石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施例中，负极活性物质层还包括增稠剂。增稠剂的具体种类不受限制，可根据需求进行选择。作为示例，增稠剂包括但不限于羧甲基纤维素钠（CMC）。
所述负极集流体具有在自身厚度方向相对的两个表面，负极活性物质层设置于负极集流体所述两个相对表面中的任意一者或两者上。
所述负极集流体可以使用金属箔材或多孔金属板，例如使用铜、镍、钛、铁等金属或它们的合金的箔材或多孔板。作为示例，负极集流体为铜箔。
本申请中的负极片可以按照本领域常规方法制备。通常将负极活性材料以及可选的导电剂、粘结剂和增稠剂分散于溶剂中，形成均匀的负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序得到负极极片。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水，但本申请不限于此。
本申请中的负极片并不排除除了负极膜层之外的其他附加功能层。例如，在某些实施例中，本申请的负极极片还包括夹在负极集流体和负极膜层之间、设置于负极集流体表面的导电底涂层（例如由导电剂和粘结剂组成）。
[电解液]
在一些实施例中，所述电解液包含金属离子，所述金属离子包括镁离子、铝离子、锌离子、钙离子、钛离子、铯离子、钼离子中的至少一种。
在一些实施例中，所述金属离子来自双三氟磺酰亚胺金属盐、三氟磺酰亚胺金属盐或其他本领域公知的含所述金属离子的盐，如硫酸镁、硫酸锌或硫酸铝。
在一些实施例中，基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为Appm，10≤A≤8000，在一些实施例中，100≤A≤5000。当金属离子的质量百分含量太低时，其在负极与硅元素相互作用形成的二元或三元合金相无法有效抑制硅基活性材料的膨胀，而当金属离子的质量百分含量太高时，过量的金属元素将在负极沉积，易引起与电解液之间的副反应，对电化学装置的循环性能产生不利影响。
在一些实施例中，所述电解液还可包含阴离子NO3 2-，SO4 2-，SO3 2-，CO3 2-，SiO3 2-中的至少一种。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，所述阴离子的质量百分含量为B ppm，5≤B≤10000，在一些实施例中，100≤B≤10000。在电解液中添加所述阴离子，可进一步改善电化学装置的循环性能，因所述阴离子基团在负极界面会参与形成低阻抗的SEI膜，有助于加速锂离子的传导，有效提升电化学装置的循环性能。在一些实施例中，所述阴离子来自锂盐化合物，如硫酸锂、硝酸锂、亚硫酸锂、硅酸锂或碳酸锂等，或是其他本领域公知的含上述阴离子的物质。
在一些实施例中，所述电解液还可包含添加剂；在一些实施例中，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、丁二腈、己二腈、1,3,6-己烷三腈中的至少一种。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂的质量百分含量为C%，0.5≤C≤40。所述添加剂可作为正负极界面保护剂，稳定电极结构，减少正负极活性物质与电解液间的副反应，进一步提高电化学装置的循环稳定性。
在一些实施例中，所述氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量为5%-30%。
在一些实施例中，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，所述1,3-丙烷磺内酯的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，所述丁二腈的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，所述己二腈的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，所述1,3,6-己烷三腈的质量百分含量为0.5%-3%。
在一些实施例中，所述电解液还包括有机溶剂和锂盐，其中所述有机溶剂和所述锂盐的种类均不受到具体的限制，可根据需求进行选择。
在一些实施例中，作为示例，所述锂盐包括但不限于六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）、三氟甲磺酸锂（LiTFS）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、二草酸硼酸锂（LiBOB）中的至少一种。上述锂盐可以单独使用一种，也可以同时使用两种或三种以上。
在一些实施例中，所述有机溶剂可以包括碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、砜类化合物中的至少一种。作为示例，所述有机溶剂包括但不限于碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲丙酯（MPC）、碳酸乙丙酯（EPC）、碳酸亚丁酯（BC）、甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、乙酸乙酯（EA）、乙酸丙酯（PA）、丙酸甲酯（MP）、丙酸乙酯（EP）、丙酸丙酯（PP）、丁酸甲酯（MB）、丁酸乙酯（EB）、1,4-丁内酯（GBL）、环丁砜（SF）、二甲砜（MSM）、甲乙砜（EMS）、二乙砜（ESE）、1,3-二氧环戊烷（DOL）、二甲醚（DME）中的至少一种。上述有机溶剂可以单独使用一种，也可以同时使用两种或三种以上。可选地，上述有机溶剂同时使用两种或三种以上。
所述电解液可以按照本领域常规的方法制备。例如，可以将所述有机溶剂、所述锂盐、以及可选的所述添加剂混合均匀，得到电解液。各物料的添加顺序并没有特别的限制，例如，可以将所述锂盐、以及可选的所述添加剂加入到所述有机溶剂中混合均匀，得到电解液。
在本申请中，所述电解液中的添加剂及其含量可以按照本领域常规的方法测定。例如，可以通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）、离子色谱（IC）、液相色谱（LC）、电感耦合等离子光谱发生仪 （ICP）等检测出所述电解液中的添加剂及其含量。
需要说明的是，本申请的电解液测试时，可直接取新鲜制备的电解液，也可以从电化学装置中获取电解液。从电化学装置中获取电解液的一个示例性方法包括如下步骤：将电化学装置放电至放电截止电压后进行离心处理，之后取适量离心处理得到的液体即为电解液。
[正极片]
所述正极片包含正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极膜片。所述正极膜片通常包括正极活性材料以及可选的正极粘结剂和导电剂。
在一些实施例中，所述正极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板，例如使用铝、铜、镍、钛、银等金属或它们的合金的箔材或多孔板。作为示例，所述正极集流体可以为铝箔。
在一些实施例中，所述正极活性材料可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐等，如钴酸锂或锰酸锂，但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作正极活性材料的传统公知的材料。
在一些实施例中，正极粘结剂包括聚乙烯醇、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、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，所述导电剂包括导电石墨、超导碳、乙炔黑、导电炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
正极片可按照本领域技术公知的方法制备。在一些实施例中，在正极浆料的制备中，通常将正极活性材料及可选的粘结剂和导电剂溶解分散于溶剂中，制成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序得到正极极片。溶剂是本领域公知的可被用作正极活性物质层的溶剂，溶剂例如但不限于N-甲基吡咯烷酮（NMP）。
[隔离膜]
所述隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或它们的多层复合膜。隔离膜设置在正极片和负极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使锂离子通过。
在一些实施例中，所述隔离膜为单层隔离膜或多层隔离膜。
在一些实施例中，所述隔离膜上涂覆有涂层。在一些实施例中，所述涂层包含有机涂层和无机涂层中的至少一种，其中，有机涂层选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯 共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、丙烯酸-苯乙烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述无机涂层选自SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、ZnO2、MgO、ZrO2、SnO2中至少一种。
本申请对隔离膜的形态和厚度没有特别的限制，如隔离膜可具有多孔结构。隔离膜的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的隔离膜的制备方法。
[壳体]
壳体用于封装电极组件。在一些实施例中，壳体可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等；也可以是软包，例如袋式软包，软包的材质可以是塑料，例如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的至少一种。
在一些实施例中，正极片、负极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件，将电极组件置于壳体内，注入所述电解液，经过真空封装、静置、化成、整形、分容等工序后可以得到电化学装置。
（电子装置）
本申请的电子装置是任何电子装置，例如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、锂离子电容器。注意的是，本申请的电化学装置除了适用于上述例举的电子装置外，还适用于储能电站、海运运载工具、空运运载工具。空运运载装置包含在大气层内的空运运载装置和大气层外的空运运载装置。
在一些实施例中，电子装置包含本申请前述的电化学装置。
[测试]
下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本申请进行说明。在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
本申请的实施例和对比例均以锂离子电池为例且均按照下述方法制备：
（1）正极片的制备
将正极活性材料钴酸锂（分子式为LiCoO2）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、导电炭黑（Super-P）按质量比96：2：2溶于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均匀制成正极浆料。将正极浆料均匀地涂布在厚度为12μm的正极集流体铝箔上，120℃烘烤1h，之后经过压实、分切得到正极片。
（2）负极片的制备
将负极活性材料、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶按质量比85：2：13溶于去离子水中，充分混合搅拌得到负极浆料，将负极浆料均匀地涂布在厚度为12μm的负极集流体铜箔上，在120℃烘烤1h得到负极膜片，之后经过压实、分切得到负极片，其中负极活性材料为硅基活性材料与石墨的混合材料，硅基活性材料占负极活性材料的比例为15%。
（3）隔离膜的制备
以厚度为12μm的聚丙烯薄膜作为隔离膜。
（4）电解液的制备
将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯以3：7的质量比混合均匀得到基础溶剂，向基础溶剂中加入干燥的六氟磷酸锂（LiPF6）混合均匀得到电解液，其中，LiPF6的质量百分含量为12.5%。向上述电解液中加入一定含量的本申请中的添加剂可得到包含添加剂的电解液。
（5）锂离子电池的制备
将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极中间起到隔离的作用，然后卷绕成方形的裸电芯。将裸电芯装入铝塑包装袋，在80℃烘烤除水后，制得干电芯，注入相应电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。
按照上述方法制备本申请中实施例和对比例的锂离子电池，并测试电池性能。实施例和对比例所用到的物质或添加剂的种类、含量，以及锂离子电池的性能测试结果如表1至表4所示，其中，各添加剂的含量为基于电解液的质量计算得到的重量百分含量。
负极活性物质层的截面上200μm2的方形区域容纳的所述硅基活性颗粒个数的测试：
将冷压后的负极片裁切成6mm×6mm大小的试样，把样品台放在加热器上加热，加热温度在150℃~160℃之间，再将石蜡涂抹在样品台上，待石蜡融化后，放上负极片试样，将试样略突出样品台边缘放置，然后使用离子抛光仪对试样沿厚度方向进行切割，再用扫描电子显微镜（SEM）观察切割得到的截面，同时使用X射线能谱分析仪（EDS）检测元素Si以标记硅基活性颗粒，在所得到的截面的任意位置选取面积为200μm2的方形区域，观察落在方形区域内的硅基活性颗粒的个数（颗粒的任意位置落在方形区域内均计入个数），即为面积为200μm2的方形区域所容纳的硅基活性颗粒的个数。
接下来对锂离子电池性能进行测试。
（1）高温循环性能测试
将电池在45℃条件下，以恒定电流0.5C充电至4.45V，搁置30min，0.5C放电至3.0V，循环充放电300次；
循环容量保持率（%）=300次放电容量/首次放电容量×100%
（2）常温循环性能测试
将电池在25℃条件下，以恒定电流0.5C充电至4.45V，搁置30min，0.5C放电至3.0V，循环充放电300次；
循环容量保持率（%）=300次放电容量/首次放电容量×100%
（3）负极片的压实密度
负极片的压实密度=单位面积负极活性层的质量（g/cm2）/负极活性物质层厚度（cm）。单位面积负极活性层的质量可通过标准天平称量，负极活性物质层厚度可通过万分尺测量。
电性能测试数据如下所示：
在表1的实施例中，采用的正极活性材料为LiCoO2，负极活性材料包括硅基活性材料和石墨的混合物，负极片的压实密度为1.2g/cm3，表1中加入的金属盐均为双三氟磺酰亚胺金属盐。
表1 实施例1-1至实施例1-14和对比例1-1至对比例1-4的参数
项目 硅基活性材料的重量比X（%） 金属离子 金属离子的质量百分含量A（ppm） X/A 45℃循环容量保持率（%） 25℃循环容量保持率（%）
实施例1-1 15 镁 10 1.5 50 54
实施例1-2 15 镁 100 0.15 53 55
实施例1-3 15 镁 500 0.03 56 59
实施例1-4 15 镁 1000 0.015 60 65
实施例1-5 15 镁 5000 0.003 67 69
实施例1-6 15 镁 8000 0.00187 52 56
实施例1-7 20 镁 10 2 49 52
实施例1-8 40 镁 10 4 46 48
实施例1-9 80 镁 10 8 45 46
实施例1-10 15 钙 100 0.15 55 57
实施例1-11 15 钼 100 0.15 56 58
实施例1-12 15 铝 100 0.15 58 60
实施例1-13 15 铯 100 0.15 57 59
实施例1-14 15 锌+镁 50+50 0.15 61 63
对比例1-1 15 镁 5 3 41 43
对比例1-2 15 镁 8500 0.00176 40 42
对比例1-3 100 镁 10 10 40 43
对比例1-4 15 / / / 38 40
从表1中的数据可看出，通过调整电解液中镁离子的质量百分含量A ppm和硅基活性材料占负极活性材料的质量比为X%，使两者满足关系式：0<X/A≤8时，进一步地，0.001≤X/A≤4时，可有效改善锂离子电池的循环性能；当所述金属离子的质量百分含量A ppm满足10 ≤A≤8000时，电化学装置具有更优的循环性能。
在表2的实施例中，实施例2-1至实施例2-11采用的正极活性材料为LiCoO2，负极活性材料包括硅基活性材料和石墨的混合物，负极片的压实密度为1.2g/cm3，电解液中镁离子的含量为1000ppm，硅基活性材料占负极活性材料的15%。
表2 实施例2-1至实施例2-11和实施例1-4的参数
项目 阴离子 阴离子浓度B（ppm） 45℃循环容量保持率（%） 25℃循环容量保持率（%）
实施例2-1 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 3 60 65
实施例2-2 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 5 65 70
实施例2-3 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 7 67 71
实施例2-4 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 10 67 72
实施例2-5 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 500 70 73
实施例2-6 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 2000 73 74
实施例2-7 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 5000 71 73
实施例2-8 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 10000 70 71
实施例2-9 SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> 100 69 72
实施例2-10 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup>+ SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> 50+100 72 73
实施例2-11 NO<sub>3</sub><sup>2-</sup>+ SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>+SO<sub>3</sub><sup>2-</sup> 100+100+100 71 75
实施例1-4 / / 60 65
从表2中可以看出，在实施例1-4的基础上添加不同含量及不同类型的阴离子，可进一步改善电化学装置的循环性能，因阴离子基团可在负极界面参与形成低阻抗的SEI膜，可加速锂离子的传导，改善电化学装置的循环性能，当所述阴离子的质量百分含量B ppm满足5≤B≤10000时，电化学装置具有更优的循环性能。
在表3实的施例中，实施例3-1至实施例3-8采用的正极活性材料为LiCoO2，负极活性材料包括硅基活性材料和石墨的混合物，负极片的压实密度为1.2g/cm3，电解液中镁离子的含量为1000ppm，NO3 2-的含量为500ppm，硅基活性材料占负极活性材料的15%。
表3 实施例3-1至实施例3-8和实施例2-5的参数
项目 添加剂 添加剂含量C（%） 45℃循环容量保持率（%） 25℃循环容量保持率（%）
实施例3-1 氟代碳酸乙烯酯 5 75 80
实施例3-2 氟代碳酸乙烯酯 20 79 82
实施例3-3 氟代碳酸乙烯酯 30 76 79
实施例3-4 氟代碳酸乙烯酯 40 71 74
实施例3-5 碳酸亚乙烯酯 0.5 73 77
实施例3-6 丁二腈 1 75 80
实施例3-7 己二腈 1 75 80
实施例3-8 己二腈+氟代碳酸乙烯酯 1+5 77 82
实施例2-5 / / 70 73
从表3中可以看出，在实施例2-5的基础上添加不同类型及不同含量的添加剂，可进一步提升电化学装置的循环性能，当所述添加剂的质量百分含量C%满足0.5≤C≤40时，电化学装置具有更优的循环性能。
在表4中，实施例4-1至实施例4-4采用的正极活性材料为LiCoO2，负极活性材料为硅基活性材料和石墨的混合物，电解液中镁离子的含量为1000ppm，NO3 2-的含量为500ppm。
表4 实施例3-7和实施例4-1至实施例4-8的参数
项目 硅基活性颗粒个数N（个） 负极片的压实密度M（g/cm<sup>3</sup>） 45℃循环容量保持率（%） 25℃循环容量保持率（%）
实施例4-1 26 1 74 78
实施例4-2 23 1.5 80 85
实施例4-3 21 2 77 83
实施例4-4 20 2.5 73 76
实施例4-5 1 1.3 82 86
实施例4-6 12 1.3 84 87
实施例4-7 38 1.3 69 71
实施例4-8 50 1.3 69 70
实施例3-7 24 1.2 75 80
从表4中可以看出，在实施例3-7的基础上，当1≤N≤50时，可进一步提升电化学装置的循环性能；当负极片的压实密度M g/cm3满足1≤M≤2.5时，电化学装置具有更优的循环性能。
上述公开特征并非用来限制本公开的实施范围，因此，以本公开权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本公开的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括负极片和电解液：
所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层；
所述负极活性物质层包括负极活性材料；
所述负极活性材料含硅基活性材料，且所述硅基活性材料占所述负极活性材料的质量比为X%；
所述电解液包含金属离子，其中，基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为A ppm，所述X和所述A之间满足如下关系式：0<X/A≤8；
所述负极活性材料包括硅基活性颗粒，
所述负极活性物质层的截面上包括面积为200μm2的方形区域，所述方形区域容纳的所述硅基活性颗粒的个数为N，1≤N≤50，所述负极活性物质层的截面平行于所述负极活性物质层的厚度方向；
在所述电化学装置充电过程中，所述金属离子在所述负极片发生还原反应，并与所述硅基活性材料中的硅元素形成稳定的Si-金属二元合金相或Si-O-金属三元合金相。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述金属离子包括镁离子、铝离子、锌离子、钙离子、钛离子、铯离子、钼离子中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
基于所述电解液的质量，所述金属离子的质量百分含量为A ppm，10 ≤A≤8000 。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述电解液还包含阴离子NO3 2-、SO4 2-、SO3 2-、CO3 2-、SiO3 2-中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，
基于所述电解液的质量，所述阴离子的质量百分含量为B ppm，5≤B≤10000。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述电解液还包含添加剂；
所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、丁二腈、己二腈或1,3,6-己烷三腈中的至少一种；
基于所述电解液的总重量，所述添加剂的质量百分含量为C%，0.5≤C≤40。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述负极片的压实密度为M g/cm3，1≤M≤2.5。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，0.001≤X/A≤4。
9.根据权利要求6所述的电化学装置，满足如下条件至少一者：
（1）基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量为5%-30%；
（2）基于所述电解液的质量，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为0.5%-3%；
（3）基于所述电解液的质量，所述1,3-丙烷磺内酯的质量百分含量为0.5%-3%；
（4）基于所述电解液的质量，所述丁二腈的质量百分含量为0.5%-3%；
（5）基于所述电解液的质量，所述己二腈的质量百分含量为0.5%-3%；
（6）基于所述电解液的质量，所述1,3,6-己烷三腈的质量百分含量为0.5%-3%。
10.一种电子装置，包含权利要求1-9中任一项所述的电化学装置。
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