CN114583177A - 电化学装置和包含该电化学装置的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电化学装置及电子装置。本申请的电化学装置中包括电子中继体，其可添加至正极、负极、隔离膜或电解液中的至少一者中，该电子中继体包括紫精类化合物或四硫富瓦烯类化合物中的至少一种，该电子中继体在电化学装置中的质量百分含量为0.05%至5%。本申请的电化学装置具有良好的动力学性能。

Description

电化学装置和包含该电化学装置的电子装置
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种电化学装置和包含该电化学装置的电子装置。
背景技术
随着锂电池的不断发展，越来越多的手机、笔记本、无人机等电子产品对使用体验追求越来越高，不仅需要产品高速性能体验，同时还希望有更高的续航能力，即更高的能量密度。但为实现产品能量密度，需要使用更高涂布重量等设计，导致动力学性能很难突破，甚至受设计限制，动力学性能更差。
现有技术中，从材料方面，一方面可通过对石墨进行包覆、或提高OI值等方案提升石墨动力学性能，另一方面可以对材料进行改性处理，提高放电动力学性能。从化学体系方面，常通过增加更多导电剂或减少电解液中成膜添加剂等方式，提升体系动力学性能。然而，现有技术的材料设计方案只能针对某些材料进行特殊优化处理，不具有普适性，化学体系方案则会增加体系中活性锂消耗，以损失电池使用寿命的方式弥补动力学性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供了一种电化学装置，该电化学装置中含有电子中继体，其可添加至正极、负极、电解液或隔离膜中，使得电化学装置表现出良好的动力学性能。本申请还提供了一种包含该电化学装置的电子装置。
在第一方面，本申请提供了一种电化学装置，包括正极、负极、隔离膜和电解液，正极包括正极活性材料层，负极包括负极活性材料层，满足如下（a）至（d）中的至少一者：（a）所述正极活性材料层包括正极活性材料和电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为A%，0.05≤A≤5；（b）所述负极活性材料层包括负极活性材料和电子中继体，基于所述负极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为B%，0.05≤B≤5；（c）所述隔离膜包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为C%，0.05≤C≤5；（d）所述电解液包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为D%，0.05≤D≤5；其中，所述电子中继体包括紫精类化合物或四硫富瓦烯类化合物中的至少一种。
本申请中的电化学装置中，其正极、负极、隔离膜或电解液中的一者或多者包含紫精类化合物、四硫富瓦烯类化合物或酞菁类化合物的电子中继体，电子中继体在其中起到电子传递的作用，具有更好的离子及电子导电性，表现出良好的动力学性能。具体地，电子中继体在极片中的存在形式类似包覆，对于添加本申请的电子中继体的正极而言，特别是超高倍率放电时，正极极片通过电子中继体接受材料界面多余电子及锂离子，起到缓冲层作用，一方面通过有效平衡电子和离子传输速率，避免大量锂离子堵塞脱嵌锂通道，降低界面处的电荷转移阻抗，从而提高放电动力学性能，另一方面也可以避免溶剂或添加剂在界面处接受电子而发生过多氧化还原副反应，改性后的正极极片具有良好的电子及离子导电性，表现出良好的动力学性能。对于添加本申请的电子中继体的负极而言，在大倍率充电，即电流密度过大时，负极极片中的能够中转过量的电子，使锂离子与电子扩散速率相近，避免出现锂离子在表面接受电子析出的情况，电化学装置的充电窗口得到有效扩展，改性后的负极极片具有良好的电子及离子导电性，表现出良好的动力学性能。对于添加本申请的电子中继体的电解液或隔离膜而言，则可以兼顾正负极双侧动力学性能，但由于电子中继体的作用位点有限，其技术效果相比直接添加在极片中较弱。
本申请中，电子中继体的含量对于所制备的电化学装置的性能有重要影响，若含量过小，则电化学装置的动力学性能改善效果不显著，而若含量过大，则电化学装置的循环性能明显降低。
在本申请的一些实施方式中，A的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤A≤2。
在本申请的一些实施方式中，B的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤B≤2。
在本申请的一些实施方式中，C的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤C≤2。
在本申请的一些实施方式中，D的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤D≤2。
根据本申请的一些实施方式，紫精类化合物包括式（I）所示的化合物，
Figure 547802DEST_PATH_IMAGE001
其中，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基，X-选自卤素阴离子、PF6 -、BF4 -、BH4 -、ClO4 -、CF3SO3 -或(CF3SO2)2N-。根据本申请的一些实施方式，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，紫精类化合物包括乙基紫精二溴化物、乙基紫精二碘化物或乙基紫精二高氯酸盐中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，四硫富瓦烯类化合物包括式（II）所示的化合物，
Figure 768699DEST_PATH_IMAGE002
其中，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。根据本申请的一些实施方式，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，四硫富瓦烯类化合物包括四硫富瓦烯、二苯并四硫富瓦烯或四甲基硫四硫富瓦烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，所述隔离膜中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
根据本申请的一些实施方式，所述电解液中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
根据本申请的一些实施方式，酞菁类化合物包括式（III）所示的化合物，
Figure 856741DEST_PATH_IMAGE003
其中，n为1至4的整数，每个R各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。根据本申请的一些实施方式，每个R各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，每个R各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，酞菁类化合物包括酞菁、四叔丁基酞菁或四联苯基酞菁中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，电子中继体的嵌合能为-3.1eV至-4.5eV，最低未占有轨道LUMO范围为-0.55eV至-3.04eV。
根据本申请的一些实施方式，正极或负极中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液与涂覆极片的浆料混合来实现。根据本申请的一些实施方式，隔离膜中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液喷涂在隔离膜的基材上实现。根据本申请的一些实施方式，电解液中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液与其他溶剂及电解液添加剂混合来实现。本申请中，将电子中继体添加至电化学装置的反应条件易于控制、工艺成熟，且合成的正极、负极、隔离膜或电解液具有良好的导电子和导离子性能，结构相对稳定，能够有效改善电池的动力学性能。
在第二方面，本申请提供了一种电子装置，包括本申请第一方面的电化学装置。
本申请的电化学装置中含有电子中继体，其可添加至正极、负极、电解液或隔离膜中，具有良好的导电子和导离子性能，使得电化学装置表现出良好的动力学性能。
附图说明
图1是根据本申请的实施例1制备的正极极片的SEM图像。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明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。
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量（例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试）。
术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所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中的至少一者”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中的至少一者”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可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
一、电化学装置
在第一方面，本申请提供了一种电化学装置，包括正极、负极、隔离膜和电解液，正极包括正极活性材料层，负极包括负极活性材料层，满足如下（a）至（d）中的至少一者：（a）所述正极活性材料层包括正极活性材料和电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为A%，0.05≤A≤5；（b）所述负极活性材料层包括负极活性材料和电子中继体，基于所述负极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为B%，0.05≤B≤5；（c）所述隔离膜包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为C%，0.05≤C≤5；（d）所述电解液包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为D%，0.05≤D≤5；其中，所述电子中继体包括紫精类化合物或四硫富瓦烯类化合物中的至少一种。
本申请中的电化学装置中，其正极、负极、隔离膜或电解液中的一者或多者包含紫精类化合物、四硫富瓦烯类化合物或酞菁类化合物的电子中继体，电子中继体在其中起到电子传递的作用，具有更好的离子及电子导电性，表现出良好的动力学性能。具体地，电子中继体在极片中的存在形式类似包覆，对于添加本申请的电子中继体的正极而言，特别是超高倍率放电时，正极极片通过电子中继体接受材料界面多余电子及锂离子，起到缓冲层作用，一方面通过有效平衡电子和离子传输速率，避免大量锂离子堵塞脱嵌锂通道，降低界面处的电荷转移阻抗，从而提高放电动力学性能，另一方面也可以避免溶剂或添加剂在界面处接受电子而发生过多氧化还原副反应，改性后的正极极片具有良好的电子及离子导电性，表现出良好的动力学性能。对于添加本申请的电子中继体的负极而言，在大倍率充电，即电流密度过大时，负极极片中的能够中转过量的电子，使锂离子与电子扩散速率相近，避免出现锂离子在表面接受电子析出的情况，电化学装置的充电窗口得到有效扩展，改性后的负极极片具有良好的电子及离子导电性，表现出良好的动力学性能。对于添加本申请的电子中继体的电解液或隔离膜而言，则可以兼顾正负极双侧动力学性能，但由于电子中继体的作用位点有限，其技术效果相比直接添加在极片中较弱。
本申请中，电子中继体的含量对于所制备的电化学装置的性能有重要影响，若含量过小，则电化学装置的动力学性能改善效果不显著，而若含量过大，则电化学装置的循环性能明显降低。
在本申请的一些实施方式中，A的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤A≤2。
在本申请的一些实施方式中，B的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤B≤2。
在本申请的一些实施方式中，C的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤C≤2。
在本申请的一些实施方式中，D的取值可以为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，0.1≤D≤2。
根据本申请的一些实施方式，紫精类化合物包括式（I）所示的化合物，
Figure 779566DEST_PATH_IMAGE001
其中，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基，X-选自卤素阴离子、PF6 -、BF4 -、BH4 -、ClO4 -、CF3SO3 -或(CF3SO2)2N-。根据本申请的一些实施方式，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，紫精类化合物包括乙基紫精二溴化物、乙基紫精二碘化物或乙基紫精二高氯酸盐中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，四硫富瓦烯类化合物包括式（II）所示的化合物，
Figure 509625DEST_PATH_IMAGE002
其中，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。根据本申请的一些实施方式，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，四硫富瓦烯类化合物包括四硫富瓦烯、二苯并四硫富瓦烯或四甲基硫四硫富瓦烯中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，所述隔离膜中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
根据本申请的一些实施方式，所述电解液中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
根据本申请的一些实施方式，酞菁类化合物包括式（III）所示的化合物，
Figure 585028DEST_PATH_IMAGE003
其中，n为1至4的整数，每个R各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。根据本申请的一些实施方式，每个R各自独立地选自C1至C10的烷基、C1至C10的烷氧基或C6至C15的芳基。根据本申请的一些实施方式，每个R各自独立地选自C1至C6的烷基、C1至C6的烷氧基或C6至C10的芳基。
根据本申请的一些实施方式，酞菁类化合物包括酞菁、四叔丁基酞菁或四联苯基酞菁中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，电子中继体的嵌合能为-3.1eV至-4.5eV，最低未占有轨道LUMO范围为-0.55eV至-3.04eV。
根据本申请的一些实施方式，正极或负极中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液与涂覆极片的浆料混合来实现。根据本申请的一些实施方式，隔离膜中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液喷涂在隔离膜的基材上实现。根据本申请的一些实施方式，电解液中包含电子中继体，其通过将含有电子中继体的有机溶液与其他溶剂及电解液添加剂混合来实现。本申请中，将电子中继体添加至电化学装置的反应条件易于控制、工艺成熟，且合成的正极、负极、隔离膜或电解液具有良好的导电子和导离子性能，结构相对稳定，能够有效改善电池的动力学性能。
根据本申请的一些实施方式，正极活性材料包括磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂等橄榄石结构材料，NCM811、NCM622、NCM523、NCM333等三元结构材料，钴酸锂材料，锰酸锂材料或其他能够脱嵌锂的金属氧化物等。
根据本申请的一些实施方式，负极活性材料包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂或能与锂形成合金的金属等。
根据本申请的一些实施方式，电解液包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、醋酸甲酯或丙酸乙酯中的一种或几种。
根据本申请的一些实施方式，电解液中的电解质锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三甲基锂、氯化锂中的一种或几种。
根据本申请的一些实施方式，隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，本申请的电化学装置包括上述正极、负极、隔离膜以及电解液。根据本申请的另一些实施方式，本申请的电化学装置包括上述正极、负极、隔离膜或电解液中的任一项或几项，同时与现有技术中常用的正极、负极、隔离膜或电解液搭配组成。
可用于本申请的实施例中正极的材料、构成和其制造方法包括任何现有技术中公开的技术。根据本申请的一些实施方式，正极包括集流体和位于该集流体上的正极活性材料层。根据本申请的一些实施方式，正极活性材料包括，但不限于：磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂等橄榄石结构材料，NCM811、NCM622、NCM523、NCM333等三元结构材料，钴酸锂材料，锰酸锂材料，其他能够脱嵌锂的金属氧化物等。
根据本申请的一些实施方式，正极活性材料层还包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂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。根据本申请的一些实施方式，用于正极活性材料层的粘合剂包括，但不限于：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、环氧树脂或尼龙等。
根据本申请的一些实施方式，用于正极活性材料层的导电材料包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。根据本申请的一些实施方式，基于碳的材料选自碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。根据本申请的一些实施方式，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银。根据本申请的一些实施方式，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
根据本申请的一些实施方式，可以用于正极的集流体可以包括，但不限于：铝。
正极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，正极可以通过如下方法获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。根据本申请的一些实施方式，溶剂可以包括，但不限于：N-甲基吡咯烷酮。
可用于本申请的实施例中负极的材料、构成和其制造方法包括任何现有技术中公开的技术。根据本申请的一些实施方式，负极包括集流体和形成在集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂/脱掺杂锂的材料或过渡金属氧化物，例如Si、SiOx(0<x<2)等材料。可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可以是碳材料。碳材料可以是在锂离子可再充电电化学装置中通常使用的任何碳基负极活性物质。碳材料的示例包括结晶碳、非晶碳和它们的组合。结晶碳可以是无定形的或板形的、小片形的、球形的或纤维形的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧制焦炭等。低结晶碳和高结晶碳均可以用作碳材料。作为低结晶碳材料，可通常包括软碳和硬碳。作为高结晶碳材料，可通常包括天然石墨、结晶石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青和高温锻烧炭(如石油或衍生自煤焦油沥青的焦炭)。
负极活性物质层包含有粘合剂，且该粘合剂可以包括各种粘合剂聚合物，如二氟乙烯一六氟丙烯共聚物(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、尼龙等，但不限于此等。
负极活性物质层还包括导电材料来改善电极导电率。可以使用任何导电的材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或它们的混合物。
根据本申请的一些实施方式，可以用于负极的集流体可以包括，但不限于：铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。
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。根据本申请的一些实施方式，电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂。根据本申请的电解液的有机溶剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的有机溶剂。根据本申请的电解液中使用的电解质没有限制，其可为现有技术中已知的任何电解质。根据本申请的电解液的添加剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液添加剂的添加剂。根据本申请的一些实施方式，有机溶剂包括，但不限于：碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸亚丙酯、醋酸甲酯或丙酸乙酯中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，锂盐包括有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，锂盐包括，但不限于：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟磷酸锂（LiPO2F2）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2（LiTFSI）、双（氟磺酰）亚胺锂Li（N(SO2F)2）（LiFSI）、双草酸硼酸锂LiB(C2O4)2（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)（LiDFOB)、高氯酸锂、六氟砷酸锂、三甲基锂或氯化锂中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，电解液中锂盐的浓度为：0.5mol/L至3mol/L、0.5mol/L至2mol/L或0.8mol/L至1.5mol/L。
本申请的电化学装置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。根据本申请的一些实施方式，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、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。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。基材层可以为一层或多层，当基材层为多层时，不同的基材层的聚合物的组成可以相同，也可以不同，重均分子量不同；当基材层为多层时，不同的基材层的聚合物的闭孔温度不同。
根据本申请的一些实施方式，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)中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，本申请的电化学装置包括，但不限于：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。根据本申请的一些实施方式，电化学装置是锂二次电池。根据本申请的一些实施方式，锂二次电池包括，但不限于：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。
二、电子装置
本申请提供一种电子装置，包括根据本申请第二方面的电化学装置。
根据本申请的一些实施方式，电子装置包括，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、家庭用大型蓄电池或锂离子电容器等。
为使本申请更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本申请，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本申请的应用范围。
测试方法
1、极片SEM测试
将实施例中制成的负极极片进行SEM测试。SEM主要是利用聚焦电子束激发试样表面产生二次电子、背散射电子和特征X射线等二次信息，收集检测这些二次信息用于试样表面微观形貌和微区成分分析。SEM测试条件：工作距离5-30mm，物镜光圈100-200μm，加速电源2-20kV；
2、低温性能测试
采用所有对比例和实施例制备的锂离子电池，通过以下步骤对锂离子电池重复进行充电和放电，并计算锂离子电池的放电容量保持率，最后一次充电结束后，拆解电池观察并记录负极析锂状态 。
首先，在-20℃的环境中，进行第一次充电和放电，在x C（即1/x h内完全放掉理论容量的电流值）的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.2V，然后在1C的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为2.8V，以上述条件继续进行10次的充电和放电循环，在第11次循环充电结束后，拆解电池，观察并记录负极表面析锂状态，负极无析锂的电池，低温充电能力记录为x C。
3、倍率性能测试
采用所有对比例和实施例制备的锂离子电池，通过以下步骤对锂离子电池重复进行充电和放电，并计算锂离子电池的放电容量保持率。
首先，在25℃的环境中，使用0.2C进行第一次充电和放电，记录放电容量为D0。然后在0.2C的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.2V，在10C的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为2.8V，记录放电容量为D1。
倍率性能=D1/D0*100%。
实施例1
(1) 首先将PVDF加入氮甲基吡咯烷酮溶剂中，得到质量含量为10% PVDF的溶液1；
(2) 将25g乙基紫精高氯酸盐 加入到1L的溶液1中，得到4 mmol/L紫精的溶液2；
(3) 将活性物质阴极材料镍钴锰酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比95：3：2在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀，其中PVDF按照重量比加入对应比例的溶液2，浆料涂覆于Al箔上烘干、冷压，得到正极极片。实施例1制备的正极极片的SEM图像如图1所示。
(4) 锂离子电池的制备
将负极活性材料石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶（SBR）、增稠剂碳甲基纤维素钠（CMC）按照重量比95∶2∶2∶1进行混合，以去离子水作为溶剂，调配成固含量为70%的浆料，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在厚度为铜箔上烘干、冷压，得到负极极片。
以PE多孔聚合薄膜（7µm）作为隔离膜。
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸亚丙酯（PC）、丙酸丙酯（PP）、碳酸亚乙烯酯（VC）按照质量比20：30：20：28：2混合，然后向非水有机溶剂中加入六氟磷酸锂（LiPF6）溶解并混合均匀，得到基础电解液，其中，LiPF6与非水有机溶剂的质量比为8：92。
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于阴阳极中间起到隔离的作用，并卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，注入配好的基础电解液并封装。
对比例1
正极极片制备过程中PVDF以溶液1加入，极片其他制作工艺及电芯制备工艺与实施例1相同。
实施例2
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为2 mmol/L。
实施例3
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为1 mmol/L。
实施例4
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为0.4 mmol/L。
实施例5
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为8 mmol/L。
实施例6
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为10 mmol/L。
实施例7
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为16 mmol/L。
实施例8
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为18 mmol/L。
实施例9
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并将乙基紫精替换为四硫富瓦烯。
实施例10
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并将乙基紫精替换为酞菁。
实施例11
(1) 首先将25g乙基紫精高氯酸盐溶解在100ml碳酸乙烯酯中，得到0.04 mol/L的溶液3；
(2) 将负极活性材料石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶（SBR）、增稠剂碳甲基纤维素钠（CMC）按照重量比95∶2∶2∶1进行混合，然后按照乙基紫精、石墨5：95加入溶液3，以去离子水作为溶剂，调配成固含量为70%的浆料，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在厚度为10µm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，冷压后得到涂层厚度为150μm的单面涂覆负极活性材料层的负极极片，然后在该负极极片的另一个表面上重复以上涂覆步骤，得到双面涂覆有负极活性材料层的负极极片。将负极极片裁切成74mm×867mm的规格并焊接极耳后待用；
(3) 锂离子电池的制备
将活性物质阴极材料镍钴锰酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比95：3：2在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于Al箔上烘干、冷压，得到正极极片。
以PE多孔聚合薄膜（7µm）作为隔离膜。
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸亚丙酯（PC）、丙酸丙酯（PP）、碳酸亚乙烯酯（VC）按照质量比20：30：20：28：2混合，然后向非水有机溶剂中加入六氟磷酸锂（LiPF6）溶解并混合均匀，得到基础电解液，其中，LiPF6与非水有机溶剂的质量比为8：92。
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于阴阳极中间起到隔离的作用，并卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，注入配好的基础电解液并封装。
实施例12
将实施例11中的溶液3喷涂在PE多孔聚合薄膜上，晾干后得到单面含量 8ug/mm2的隔膜，乙基紫晶含量为正极活性物质用量的5%，负极极片制作与实施例1相同，正极极片制作及电芯制备工艺与实施例11相同。
实施例13
将乙基紫精按照正极活性物质用量的5% 直接加入到所需要的电解液溶液（与实施例1的基础电解液相同）中，得到含紫精的电解液，负极极片制作与实施例1相同，正极极片制作及电芯制备工艺与实施例11相同。
对比例2
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为0.2mmol/L。
对比例3
按照与实施例1相同的方法制备正极极片，并控制溶液2的浓度为48mmol/L。
实施例1至实施例13和对比例1至对比例3的实验结果如下表1所示。
表1
Figure 843971DEST_PATH_IMAGE004
通过对比例1至对比例3和实施例1至实施例8的测试结果可以明显看出，电池中添加电子中继体时，低温性能有了较大提升，添加量进一步优选为0.1%至2.0%，随着添加量的增加，材料低温充电能力改善逐渐增加，倍率性能也不断提升，但是当添加量过高时，改善效果不再明显，且倍率性能呈现下降趋势，添加量大于2%时，低温性能改善效果明显降低。而当添加量小于0.1%时，由于加入量过小，低温性能及倍率性能改善效果明显降低。
实施例1和实施例9-10的结果对比表明，不同种类的电子中继体均对低温性能及倍率性能有改善，紫精类化合物同时可以作为电子中继体和离子中继体，对于低温性能和倍率性能的提升都有显著的改善效果，四硫富瓦烯类化合物及酞菁类化合物主要作为电子中继体，对低温性能及倍率性能有一定程度改善，但效果并不显著，酞菁类化合物因对过渡金属有螯合效果，对高温存储及循环等性能有额外改善效果。
实施例1和实施例11至实施例13的结果对比表明，电子中继体添加在电池任一位置均对低温性能及倍率性能有改善效果，其中隔离膜因接触位置有限，改善效果最差，而因低温充电能力受负极限制更多，电子中继体添加在负极时对于低温充电能力改善更为显著。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本申请，并不构成对本申请的任何限制。通过参照典型实施例对本申请进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本申请权利要求的范围内对本申请作出修改，以及在不背离本申请的范围和精神内对本申请进行修订。尽管其中描述的本申请涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本申请限于其中公开的特定例，相反，本申请可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括正极、负极、隔离膜和电解液，所述正极包括正极活性材料层，所述负极包括负极活性材料层，满足如下（a）至（d）中的至少一者：
（a）所述正极活性材料层包括正极活性材料和电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为A%，0.05≤A≤5；
（b）所述负极活性材料层包括负极活性材料和电子中继体，基于所述负极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为B%，0.05≤B≤5；
（c）所述隔离膜包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为C%，0.05≤C≤5；
（d）所述电解液包括电子中继体，基于所述正极活性材料层的总质量，所述电子中继体的质量百分含量为D%，0.05≤D≤5；
其中，所述电子中继体包括紫精类化合物或四硫富瓦烯类化合物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足如下（e）至（h）中的至少一者：
（e）0.1≤A≤2；
（f）0.1≤B≤2；
（g）0.1≤C≤2；
（h）0.1≤D≤2。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述隔离膜中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电解液中的电子中继体还包括酞菁类化合物。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述紫精类化合物包括式（I）所示的化合物，
Figure 671490DEST_PATH_IMAGE001
其中，R1和R2相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基，X-选自卤素阴离子、PF6 -、BF4 -、BH4 -、ClO4 -、CF3SO3 -或(CF3SO2)2N-。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述四硫富瓦烯类化合物包括式（II）所示的化合物，
Figure 119789DEST_PATH_IMAGE002
其中，R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。
7.根据权利要求3或4所述的电化学装置，其特征在于，所述酞菁类化合物包括式（III）所示的化合物，
Figure 555318DEST_PATH_IMAGE003
其中，n为1至4的整数，每个R各自独立地选自C1至C18的烷基、C1至C18的烷氧基或C6至C20的芳基。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足如下（i）至（j）中的至少一者：
（i）所述紫精类化合物包括乙基紫精二溴化物、乙基紫精二碘化物或乙基紫精二高氯酸盐中的至少一种；
（j）所述四硫富瓦烯类化合物包括四硫富瓦烯、二苯并四硫富瓦烯或四甲基硫四硫富瓦烯中的至少一种。
9.根据权利要求3或4所述的电化学装置，其特征在于，所述酞菁类化合物包括酞菁、四叔丁基酞菁或四联苯基酞菁中的至少一种。
10.一种电子装置，包括权利要求1-9中任一项所述的电化学装置。
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