CN114583247A - 一种电化学装置及电子装置 - Google Patents

一种电化学装置及电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114583247A
CN114583247A CN202210186791.6A CN202210186791A CN114583247A CN 114583247 A CN114583247 A CN 114583247A CN 202210186791 A CN202210186791 A CN 202210186791A CN 114583247 A CN114583247 A CN 114583247A
Authority
CN
China
Prior art keywords
additive
functional layer
layer
lithium
electrochemical device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210186791.6A
Other languages
English (en)
Inventor
曾志鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Priority to CN202210186791.6A priority Critical patent/CN114583247A/zh
Publication of CN114583247A publication Critical patent/CN114583247A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请提供了一种电化学装置及电子装置，该电化学装置包括电极极片和电解液，在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，纤维隔离层包括基体层和设置于基体层至少一个表面上的功能层；其中，功能层和电解液中包括添加剂A，通过调整功能层添加剂A在功能层中和在电解液中的质量百分含量μs％和μ1％，当μs与μ1之间满足：μs≥2μl，能够抑制添加剂快速消耗对电化学装置性能的影响，从而提高了电化学装置的循环稳定性。

Description

一种电化学装置及电子装置
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种电化学装置及电子装置。
背景技术
锂离子电池由于体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低等优点，在消费电子领域具有广泛的应用。然而，随着近年来清洁能源的大力发展，如电动汽车、移动电子设备、家庭式智能及储能系统的兴起，对锂离子电池的综合性能要求也越来越高，同时越来越多的产品开始关注于安全性和稳定性的发挥。
其中，在电解液中引入添加剂被认为是提高锂离子电池安全性和循环稳定性的快速有效的方式之一。但现有电解液中的添加剂，随着循环时间的延长，正、负极界面副反应增多，导致添加剂被快速消耗从而影响添加剂的实际效果，影响锂离子电池的性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电化学装置及电子装置，以抑制添加剂快速消耗对电化学装置性能的影响，提高电化学装置的循环稳定性。
本申请的第一方面提供了一种电化学装置，其包括电极极片和电解液，在所述电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，所述纤维隔离层包括基体层和设置于所述基体层至少一个表面上的功能层；其中，所述功能层中含有添加剂A，基于所述功能层的质量，所述添加剂A的质量百分含量为μs％；所述电解液中含有添加剂A，基于所述电解液的质量，所述添加剂A的质量百分含量为μ1％，μs与μ1之间满足：μs≥2μl。
本申请的有益效果是：本申请通过在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，协同调整添加剂A在功能层与电解液中的质量百分含量满足上述关系式，由于纤维隔离层的缓释作用，有利于形成稳定的正极-电解质界面(CEI)与固体电解质界面(SEI)，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，基于所述缓释功能层的质量，所述功能层中所述添加剂A的质量百分含量μs％满足：0.1<μs≤10。在一种实施方案中，0.5<μs≤10；在一种实施方案中，1<μs≤10。通过调整功能层中添加剂的含量在上述范围内，有利于形成稳定的CEI膜与SEI膜，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述功能层中包含聚合物纤维，所述聚合物纤维中包含聚合物基材和所述添加剂A。当功能层中包含上述聚合物基材和添加剂A时，有利于形成稳定的CEI膜与SEI膜，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述功能层包括第一功能层或第二功能层中的至少一者，所述添加剂A包括第一添加剂或第二添加剂中的至少一者，所述第一功能层背离所述基体层的一面朝向正极极片，所述第一功能层包括第一添加剂；所述第二功能层背离所述基体层的一面朝向负极极片，所述第二功能层包括第二添加剂。通过在纤维隔离层的功能层中分别设置第一功能层和第二功能层，在第一功能层和第二功能层中分别添加第一添加剂和第二添加剂，能够提高电化学装置的循环稳定性和安全性能。
在本申请的一种实施方案中，所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、噻吩类化合物、咪唑类化合物、酸酐类化合物、双草酸硼酸、二氟草酸硼酸锂、氟代醚类化合物、砜类化合物或磷酸三乙酯中的至少一种。通过选择上述具有耐高电压或耐氧化性能的添加剂作为第一添加剂，有利于形成稳定的CEI膜，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述第二添加剂包括2,2,2-三氟-N、N-二甲基乙酰胺、氟苯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、乙醚、环丁砜、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸甲乙酯、1,2-双(甲基二氟硅基)乙烷、3,3,3-三氟丙酸甲酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、磷酸三甲酯、苯甲基膦酸二甲酯、乙氧基五氟环三磷腈、三氟乙氧基五氟环三磷腈、五氟丙酸酐环三磷腈或4-甲氧基-苯氧基五氟环三磷腈中的至少一种。通过选择上述负极成膜添加剂或具有阻燃性能的添加剂作为第二添加剂，能够提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述功能层的厚度为100nm至10μm。通过调控功能层的厚度在上述范围内，可以使功能层中的添加剂更好的发挥作用，进一步提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述电化学装置满足以下特征中的至少一者：1)μs与μ1之间满足：μs≥10μl；2)所述纤维隔离层的厚度为1μm至20μm；3)所述纤维隔离层的孔隙率为20％至80％；4)所述纤维隔离层的平均孔径为20nm至1μm，有利于改善电化学装置的安全性能、提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述聚合物基材包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇、聚环氧乙烷(PEO)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)中的至少一种，优选选自聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚环氧乙烷中的至少一种。通过选择上述聚合物为聚合物基材，能够进一步提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述聚合物纤维的平均直径为100nm至1μm，通过调控聚合物纤维的平均直径在上述范围内，能够有效发挥添加剂的功能，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，所述聚合物纤维中还包括无机材料，所述无机材料包括二氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、三氧化二铝、氧化钛、二氧化硅、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷或石榴石陶瓷中的至少一种。当聚合物纤维中包含上述无机材料时，能够提高电化学装置的循环稳定性。
本申请的第二方面还提供一种电子装置，其包含本申请第一方面提供的电化学装置，由于本申请的电化学装置具有良好的循环稳定性，所以本申请提供的电子装置具有优异的倍率性能和安全性能。
本申请提供了一种电化学装置及电子装置，该电化学装置包括电极极片和电解液，在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，纤维隔离层包括基体层和设置于基体层至少一个表面上的功能层；其中，功能层和电解液中包括添加剂A，通过调整添加剂A在功能层中和在电解液中的质量百分含量μs％和μ1％，能够抑制添加剂快速消耗对锂离子电池性能的影响，从而提高了锂离子电池的循环稳定性。当然，实施本申请的任一实施方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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纤维隔离层的结构示意图；
图2为本申请一种实施方案的电极极片的结构示意图；
图3为本申请另一种实施方案的电极极片的结构示意图；
图4为本申请再一种实施方案的电极极片的结构示意图；
图5为本申请一种实施方案的纺丝设备的结构示意图；
图6a为对比例3中普通纺丝纤维隔离层的表面扫描电子显微镜(SEM)图；
图6b为实施例1-1中纤维隔离层的表面SEM图；
图7a为对比例3中普通纺丝纤维隔离层的截面SEM图；
图7b为实施例3-1中纤维隔离层的截面SEM图；
图8a为对比例3的锂离子电池循环后，普通纺丝纤维隔离层对应负极表面的SEM图；
图8b为实施例3-1的锂离子电池循环后，本申请的纤维隔离层对应负极表面的SEM图。
附图标记：10.纤维隔离层；11第一功能层；12第二功能层；13.基体层；20.正极极片；21.正极集流体；22.正极活性材料层；30.负极极片；31.负极集流体；32.负极活性材料层；41.纺丝喷头；42.收集辊。
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。
相关技术中，为提高电化学装置的安全性和循环性能，通常会在电解液中添加添加剂。在电化学装置循环过程初期，电解液中添加剂处于低浓度水平，随着循环时间延长，正、负极界面副反应增多，添加剂被消耗，从而影响到添加剂的实际应用效果。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包括电极极片和电解液，在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，纤维隔离层包括基体层和设置于基体层至少一个表面上的功能层；其中，功能层中含有添加剂A，基于功能层的质量，添加剂A的质量百分含量为μs％；电解液中含有添加剂A，基于电解液的质量，添加剂A的质量百分含量为μ1％，μs与μ1之间满足：μs≥2μl，优选地，μs≥10μl。
本申请通过在电极极片的至少一个表面上设置纤维隔离层，协同调整添加剂A在功能层与电解液中的质量百分含量满足上述关系式，随着电化学装置循环过程的进行，电解液中添加不断消耗，纤维隔离层中的添加剂能够缓慢释放入电解液中补充消耗的添加剂，从而使添加剂具有缓释功能，有利于形成稳定的正极-电解质界面(CEI)与固体电解质界面(SEI)，提高电化学装置的循环稳定性。
本申请纤维隔离层的结构如图1所示。为了便于说明，以纤维隔离层的厚度方向为x方向、长度方向为y方向、宽度方向为z方向建立三维直角坐标系。参考图1，纤维隔离层10包括第一功能层11、第二功能层12以及基体层13。可以理解的是，基体层的其中一个表面具有功能层，或者，基体层的两个表面均具有功能层。本申请的电极极片包括正极极片或负极极片中的至少一种。
在本申请的一种实施方案中，基于功能层的质量，功能层中添加剂A的质量百分含量μs％满足：0.1<μs≤10，在一种实施方案中，0.5<μs≤10；在一种实施方案中，1<μs≤10。通过调整功能层中添加剂的质量百分含量在上述范围内，有利于形成稳定且具有较低阻抗值的CEI膜与SEI膜，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方式中，功能层中包含聚合物纤维，聚合物纤维中包含聚合物基材和添加剂A。本申请的聚合物纤维包含添加剂A，随着电化学装置循环进行，电解液中的添加剂不断消耗，纤维隔离层中的添加剂能够缓慢释放入电解液中补充消耗的添加剂，从而使添加剂具有缓释功能，提高电化学装置的循环性能。
在本申请的一种实施方案中，如图2所示，功能层包括第一功能层11，第一功能层11背离基体层13的一面朝向正极极片20。第一功能层包括第一添加剂，在电化学装置循环过程中，第一功能层缓慢释放第一添加剂，能够形成稳定的CEI膜，从而提高电化学装置的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，如图3所示，功能层包括第二功能层12，第二功能层12背离基体层13的一面朝向负极极片30。第二功能层12包括第二添加剂，在电化学装置循环过程中，第二功能层缓慢释放第二添加剂，有利于形成稳定、高离子传导率的SEI膜，提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，如图4所示，功能层包括第一功能层11和第二功能层12，第一功能层11背离基体层13的一面朝向正极极片20，第一功能层11包括第一添加剂；第二功能层12背离基体层13的一面朝向负极极片30，第二功能层12包括第二添加剂。通过在纤维隔离层的功能层中设置第一功能层和第二功能层，在第一功能层添加第一添加剂，在第二功能层中添加第二添加剂，可以在正极界面和负极界面分别形成稳定的CEI膜与SEI膜，有利于实现添加剂的协同作用，进一步提高电化学装置的循环稳定性和安全性能。图2至图4中，正极极片20包括正极集流体21和正极材料层22，负极极片30包括负极集流体31和负极材料层32。
在本申请的一种实施方案中，功能层的厚度为100nm至10μm。当功能层的厚度过小时(例如小于100nm)，纤维隔离层中添加剂的含量降低，对电化学装置的循环稳定性改善不明显；当功能层的厚度过大时(例如大于10μm)，影响正负极之间锂离子的传输，降低电化学装置的循环性能及体积能量密度优势。通过调整功能层的厚度在本申请的范围内，可以使功能层中的添加剂更好的发挥作用，从而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，纤维隔离层的厚度为1μm至20μm。在本申请的一种实施方案中，纤维隔离层的厚度为3μm至7μm。通过调整隔离纤维层的厚度在上述范围内，有利于提高电化学装置的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，纤维隔离层的孔隙率为20％至80％。当孔隙率过低时(例如低于20％)，容易导致锂离子传输通路堵塞，阻碍电化学装置的正常循环；当孔隙率过高时(例如高于80％)，容易导致结构不稳定影响机械强度，引发局部正负极短路，降低电化学装置的安全性能。通过调整纤维隔离层的孔隙率在上述范围内，能够提高电化学装置的循环性能和安全性能。
在本申请的一种实施方案中，纤维隔离层的平均孔径为20nm至1μm。当平均孔径过小时(例如小于20nm)，容易导致锂离子传输通路不足，阻碍电化学装置的正常循环；当平均孔径过大时(例如大于1μm)，容易导致在孔的位置处机械强度下降，难以抵抗极片表面颗粒的穿刺，容易引发局部正负极短路，造成电性能衰减和自放电问题，降低电化学装置的安全性能。通过调整纤维隔离层的平均孔径在上述范围内，能够提高电化学装置的循环性能和安全性能。
在本申请的一种实施方案中，聚合物纤维的平均直径为100nm至1μm，优选为300nm至600nm。当聚合物纤维的平均直径过小时(例如小于100nm)，骨架强度低难以支撑作用，对添加剂的缓释作用不明显，无法有效发挥添加剂的功能；当聚合物纤维的平均直径过大时(例如大于1μm)，所构成的功能层骨架中对添加剂的保有量降低，难以有效提高纤维隔离层中添加剂的质量百分含量。通过调整聚合物纤维的平均直径在上述范围内，能够有效发挥添加剂的功能，从而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、噻吩类化合物、咪唑类化合物、酸酐类化合物、双草酸硼酸、二氟草酸硼酸锂、氟代醚类化合物、砜类或磷酸三乙酯中的至少一种。其中，碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、噻吩类化合物(例如2-噻吩甲腈、3-己基噻吩)、咪唑类化合物(例如1-丁基-3-甲基咪唑类、1-乙基-3-甲基咪唑氟化盐)、酸酐类化合物(例如丁二酸酐、顺丁烯二酸酐)、双草酸硼酸、二氟草酸硼酸锂为具有耐高电压性能的添加剂，氟代醚类(例如氟代乙丙醚、甲基九氟正丁基醚)、砜类(例如环丁砜、乙基异丙基砜)或磷酸三乙酯为具有耐氧化性能的添加剂。当选择上述具有耐氧化性能的添加剂作为第一添加剂时，第一功能层包含该第一添加剂并将该第一功能层应用于电化学装置中，有利于形成稳定的CEI膜，提高电化学装置的能量密度，从而提高电化学装置的循环稳定性；当选择上述具有耐高电压性能的添加剂作为第一添加剂时，第一功能层包含该第一添加剂并将该第一功能层应用于电化学装置中，有利于提高电化学装置的工作电压，提高电化学装置在高压下的循环寿命。本申请对噻吩类化合物、咪唑类化合物、酸酐类化合物、氟代醚类化合物、砜类化合物没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。
在本申请的一种实施方案中，第二添加剂包括2,2,2-三氟-N、N-二甲基乙酰胺(FDMA)、氟苯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、乙醚、环丁砜、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸甲乙酯、1,2-双(甲基二氟硅基)乙烷、3,3,3-三氟丙酸甲酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、磷酸三甲酯、苯甲基膦酸二甲酯、乙氧基五氟环三磷腈、三氟乙氧基五氟环三磷腈、五氟丙酸酐环三磷腈或4-甲氧基-苯氧基五氟环三磷腈中的至少一种。当选择上述负极成膜添加剂作为第二添加剂时，第二功能层包含该第二添加剂并将该第二功能层应用于电化学装置中，有利于形成稳定的SEI膜，提高电化学装置的循环稳定性；当选择上述具有阻燃性能的添加剂作为第二添加剂时，第二功能层包含该第二添加剂并将该第二功能层应用于电化学装置中，有利于提高电化学装置的安全性能。
在本申请的一种实施方案中，聚合物基材包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇、聚环氧乙烷(PEO)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)中的至少一种，优选地，聚合物基材包括聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯或聚环氧乙烷中的至少一种。通过选择上述聚合物为聚合物基材，能够使添加剂的释放具有一定的缓释效果，逐渐溶解在电解液中，有利于更好的发挥添加剂的功能，进而提升电化学装置的循环稳定性。
在本申请的一种实施方案中，聚合物纤维中还包括无机材料，所述无机材料包括二氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、三氧化二铝、氧化钛、二氧化硅、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷或石榴石陶瓷中的至少一种。当聚合物纤维中包含上述无机材料时，聚合物纤维能够有更好支撑力和稳定性，从而能够实现对添加剂的缓释作用，进而提高电化学装置的循环稳定性。
在本申请中，对基体层材料没有特别限制，例如，基体层材料可以选自但不限于聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、二氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、三氧化二铝、氧化钛、二氧化硅、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷或石榴石陶瓷中的至少一种。
本申请对纤维隔离层的制备方法和设备没有特别限制，例如可以采用如图5所示的静电纺丝设备。以在正极极片表面制备纤维隔离层为例，该纺丝设备包括电纺丝喷头41、收集辊42以及正极极片20。将添加剂加入纺丝浆料中，从电纺丝喷头41喷涂在正极极片20上，添加剂随着纺丝过程固化在聚合物纤维中，本申请的接收距离可以指电纺丝喷头41与正极极片20之间的垂直距离。示例性地，可以采用如下制备方法制备纤维隔离层：
功能层的制备：将聚合物基材和添加剂分散在有机溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到功能层纺丝浆料；利用静电纺丝方法，将功能层纺丝浆料喷涂到电极极片的活性材料层表面，制备功能层；
纤维隔离层的制备：将聚合物基材分散在有机溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到基体层纺丝浆料；利用静电纺丝方法，将基体层纺丝浆料喷涂到功能层上，制备基体层，得到具有基体层和功能层的纤维隔离层。
若需要制备双面具有功能层的纤维隔离层，在基体层的另一面也喷涂含有添加剂的纺丝浆料即可。
本申请中，功能层纺丝浆料和基体层纺丝浆料中的聚合物基材可以相同，也可以不同；本申请对用于分散聚合物基材和添加剂的有机溶剂没有特别限制，例如包括但不限于二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮等有机溶剂。本申请中，可以通过调整纺丝设备的纺丝电压、纺丝浆料的灌注速度、接收距离、纺丝浆料的浓度、纺丝时间、收集辊的转速等参数来调整纤维隔离层的平均孔径、孔隙率、厚度等参数，本申请不做特别限定。例如，纤维隔离层的平均孔径通常随聚合物纤维直径的增加而增大，纤维隔离层的孔隙率通常随纺丝针移动及收集辊转速增加而升高，纤维隔离层的厚度通常随纺丝时间的增加而增加。
本领域技术人员应当理解，本申请可以在正极极片表面制备纤维隔离层，也可以在负极极片表面制备纤维隔离层，当然，还可以在正、负极极片表面同时制备纤维隔离层，只要能够实现本申请目的即可。
本申请中的正极极片通常包含正极集流体和正极活性材料层。其中，正极集流体没有特别限制，可以为本领域公知的任何正极集流体，例如铝箔、铝合金箔或复合集流体等。正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料没有特别限制，可以使用本领域公知的任何正极活性材料，例如，可以包括镍钴锰酸锂(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、磷酸锰铁锂中的至少一种。
本申请中的负极极片通常包含负极集流体和负极活性材料层。其中，负极集流体没有特别限制，可以使用本领域公知的任何负极集流体，例如铜箔、铝箔、铝合金箔以及复合集流体等。负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料没有特别限制，可以使用本领域公知的任何负极活性材料。例如，可以包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳、钛酸锂等中的至少一种。
本申请的电解液还可以包括锂盐。在本申请一些实施方案中，锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、三氟甲基磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟硫酸锂(LiCF3SO3)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(SO2CF3)2)或六氟硅酸锂(LiSiF6)中的至少一种。举例来说，锂盐可以选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善电化学装置的循环特性。在本申请中，基于电解液的质量，锂盐的浓度可以为1mol/L至3mol/L，例如，锂盐的浓度可以为1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L或为其间的任意范围。
本申请的电解液还可以包括非水溶剂，在本申请的一些实施方案中，非水溶剂可以选自碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。上述碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。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)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)及其组合。氟代碳酸酯化合物的实例为、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸-1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。上述羧酸酯化合物的实例为甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯或其组合。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、四氢呋喃或其组合。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、磷酸酯或其组合。基于电解液的质量，非水溶剂的质量百分含量可以为50％至90％，例如，非水溶剂的质量百分含量可以为50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或为其间的任意范围。
本申请还提供了一种电子装置，包含本申请实施方案中所述的电化学装置，该电子装置具有优异的循环稳定性和安全性。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
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。例如电化学装置可以通过以下过程制造：将负极极片和正极极片相叠组成叠片，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好，置入铝塑膜中，经顶侧封、注电解液、封装后，得到电化学装置；或者，将负极极片和集成纤维隔离层的正极极片相对并叠好卷绕成电极组件，并根据需要将其卷绕、折叠等操作后放入壳体内，将电解液注入壳体并封口；或，将正极极片和集成纤维隔离层的负极极片相对并叠好卷绕成电极组件，并根据需要将其卷绕、折叠等操作后放入壳体内，将电解液注入壳体并封口。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于壳体中。
本申请的第二方面还提供一种电子装置，其包含本申请第一方面提供的电化学装置。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
具体测试方法与设备
纤维隔离层与负极极片之间粘结力测试：
(1)将制备好的含有纤维隔离层的极片制成符合拉伸机测试的标准试样条，并固定在测试钢板上；
(2)手动将纤维隔离层小心剥离，拉伸机夹头一头夹住极片与钢板固定，另一头夹住纤维隔离层；
(3)用万能拉伸机拉伸，将条状试样的纤维隔离层逐渐剥离，并记录分离时的力值；
(4)通过步骤(3)得到的力值，计算出聚合物纤维层与极片之间的粘结力。
纤维隔离层的孔隙率测试：
将纤维隔离层样品在105℃真空干燥箱中烘干2h，取出置于干燥器中冷却后再测试，将隔离膜用A4纸包裹平整，平铺在刀模上，用冲压机冲压，备好样品做测试用。先使用万分尺测量样品的厚度，根据样品表面积和厚度来计算样品的表观体积V1，再使用真密度仪测(型号AccuPycⅡ)测试样品的真实体积V2，可以得出孔隙率＝[(V1-V2)/V1]×100％。
纤维隔离层的厚度测试：
常温环境下，取纤维隔离层沿横向方向裁切成50mm宽的样条，三个平行样，使用万分尺测厚仪(Mitutoyo Litematic VL-50B，测试头直径5mm，测试下压力0.01N)沿横向方向的中央位置均匀测试10个数据点，测试完3个平行样后，取30个测试数据的平均值作为纤维隔离层的厚度。
聚合物纤维的直径测试：
纤维隔离层通过SEM图像以10000倍的放大倍率进行拍摄，在视野范围内对其中纤维直径进行统计，计算其平均直径。
纤维隔离层中孔隙的孔径测试：
(1)用液体将待测隔膜(例如纤维隔离层)孔道完全润湿填满，因毛细现象使得孔道内形成正压；
(2)将隔膜放入密闭槽中，用气体压力加压将液体由毛细孔道内挤出；
(3)根据在单一孔道中的液体完全由毛细孔道内挤出时所施压力与孔道直径的相对关系，依照Laplace方程可得隔膜孔径，Laplace方程如下式所示：
d＝-4γcosθ/ΔP×100％
式中，d为孔直径(即孔径)，ΔP为压力，γ为液体表面张力，θ为隔膜和液体的接触角。不同压力时隔膜中的液体会被陆续挤出并产生一定的气体穿透流量，可根据压力和流量变化的关系来计算孔径大小及孔径分布。
锂离子电池自放电速率测试：
将锂离子电池以0.5C的电流放电至3.0V，静置5min，接着将锂离子电池以0.5C的电流恒定电流充电至3.85V，然后以3.85V的恒定电压充电至电流为0.05C，在25℃±3℃的环境中静置两天，测试并记录此时的电压OCV1。接着，将锂离子电池继续在25℃±3℃的环境静置两天，测试并记录此时的电压OCV2，通过如下公式获得K值：
K(mV/h)＝[(OCV2-OCV1)/48h]×1000。
2C放电比容量/0.1C放电比容量测试：
将各实施例和各对比例中的锂离子电池，运用蓝电(LAND)系列电池测试系统对锂离子电池进行充放电测试，测试其充放电性能，在常温下以0.1C倍率恒定电流充电至电压达到4.2V，进一步在4.2V恒定电压下充电至电流低于0.05C，使其处于4.2V满充状态。
随后在2C倍率下恒流放电，直到电压为3.0V停止，得到的容量即为2C放电比容量，记为SC1；按照上述充电过程将锂离子电池充电，使其处于4.2V满充状态，然后在0.1C倍率下恒流放电，直到电压为3.0V停止，得到的容量即为0.1C放电比容量，记为SC2。
2C放电比容量与0.1C放电比容量比例为：(SC1/SC2)×100％。
循环交流阻抗(IMP)测试：
将锂离子电池以0.5C的电流恒定电流充电至4.2V，然后以4.2V的电压恒定电压充电至电流为0.05C，在25℃±3℃的环境中静置10min，然后以0.5C的电流放电至3.0V，如此重复循环50次后，采用电压内阻仪，对锂离子电池进行交流阻抗测试。
循环容量保持率测试：
将锂离子电池以0.5C的电流恒定电流充电至4.2V，然后以4.2V的电压恒定电压充电至电流为0.05C，在25℃±3℃的环境中静置10min，然后以0.5C的电流放电至3.0V，记录首次放电容量为Q1，如此重复循环500次，记录此时放电容量为Q500，通过如下公式得到50次循环后的容量保持率η：η＝(Q500/Q1)×100％。
热箱测试:
将锂离子电池在25℃下0.5C恒流充电到4.2V，4.2V下恒压充电至0.05C，25±5℃下静置60min，检查外观并拍照，5℃/min±2℃/min的速率升至140℃±2℃，并保持60min，结束测试后，检查外观并拍照，监控测试过程电压和温度，平行测试10个锂离子电池，记录测试通过的数量，通过标准为锂离子电池不漏液、不燃烧、不爆炸。
实施例1-1
<负极极片的制备>
将负极活性材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照质量比96∶1.5∶2.5进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为70wt％的浆料，搅拌均匀后涂覆在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，在110℃条件下烘干，冷压后得到负极活性材料层厚度为150μm的单面涂布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布步骤，得到双面涂布有负极活性材料层的负极极片。将负极极片裁切成(41mm×61mm)的规格并焊接极耳后待用。
<正极极片的制备>
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比97.5∶1.0∶1.5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75wt％的浆料并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，冷压后得到正极活性材料层厚度为100μm的正极极片，以上步骤完成后，即已完成正极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，并在90℃条件下烘干，即得到双面涂布完成的正极极片。涂布完成后，将正极极片裁切成(38mm×58mm)的规格待用。
<纤维隔离层的制备>
<纺丝浆料的制备>
将PVDF分散在二甲基甲酰胺(DMF)∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，混合均匀，得到固含量为25wt％的浆料，然后在浆料中加入三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)搅拌均匀，得到第一功能层纺丝浆料；
将PVDF分散在二甲基甲酰胺(DMF)∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25wt％的基体层纺丝浆料。
<具有功能层的纤维隔离层的制备>
将第一功能层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在正极极片的正极活性材料层表面，固化后得到厚度为0.5μm的第一功能层，基于第一功能层的质量，TMSB的质量百分含量为1％；然后将基体层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在第一功能层表面，制备得到厚度为14.5μm的基体层。纤维隔离层厚度为15μm，纤维隔离层的平均孔径为150nm，孔隙率为60％，聚合物纤维平均直径为500nm。其中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压30kV，纺丝浆料灌注速度2mL/h，接收距离100cm，纺丝时间100秒(s)，收集辊转速300rpm。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC∶EMC∶DEC＝30∶50∶20混合，得到基础溶剂，再加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到电解液，其中LiPF6的质量百分含量为12.5％。
<锂离子电池的制备>
将制备好的负极极片和正极极片相叠组成叠片，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好，置入铝塑膜中，经顶侧封、注电解液、封装后，得到锂离子电池。
实施例1-2至实施例1-4
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表1调整添加剂A的种类、第一添加剂在第一功能层的质量百分含量以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-5
除了<电解液的制备>与实施例1-1不同以外，其余与实施例1-1相同。
<1-5-3.电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC∶EMC∶DEC＝30∶50∶20混合，得到基础溶剂，加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)和添加剂TMSB溶解并混合均匀，得到电解液。其中LiPF6的质量百分含量为12.5％，添加剂TMSB的质量百分含量为1％。
实施例1-6至实施例1-7
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表1调整第一添加剂在第一功能层的质量百分含量以外，其余与实施例1-5相同。
实施例1-8至实施例1-11
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表1调整第一添加剂的种类及第一添加剂在第一功能层的质量百分含量以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-12至实施例1-14
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表1调整第一添加剂的种类及第一添加剂在第一功能层的质量百分含量以外，其余与实施例1-5相同。
实施例1-15至实施例1-16
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表1调整第一添加剂的种类及第一添加剂在第一功能层的质量百分含量以外，其余与实施例1-1相同。
对比例1
除了<电解液的制备>与实施例1-1不同，不制备纤维隔离层、隔离膜选用厚度为15μm的聚乙烯(PE)隔离膜以外，其余与实施例1-1相同。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC∶EMC∶DEC＝30∶50∶20混合，得到基础溶剂，加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)和耐高电压添加剂TMSB溶解并混合均匀，得到电解液。其中锂盐的质量百分含量为12.5％，TMSB的质量百分含量为1％。
对比例2
除了在<电解液的制备>中按照表1调整电解液中添加剂的种类以外，其余与对比例1相同。
对比例3
除了<纺丝浆料的制备>与实施例1-1不同、按照表1调整电解液中添加剂A的种类和质量百分含量以外，其余与实施例1-1相同。
<纺丝浆料的制备>
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25wt％的纺丝浆料。
对比例4至对比例5
除了在<电解液的制备>中按照表1调整电解液中添加剂的种类和质量百分含量以外，其余与对比例3相同。
表1
Figure BDA0003523865780000161
注：表1中，“/”表示不存在相应的制备参数。
从实施例1-1至实施例1-16和对比例1至对比例2可以看出，与普通PE隔离膜相比，本申请通过在电极极片上设置纤维隔离层，协同调整电解液中添加剂的质量百分含量(μ1％)和第一功能层中第一添加剂的质量百分含量(μs％)在本申请范围内，添加剂能够更好的发挥其功能，使本申请的锂离子电池具有较低的内部阻抗和自放电速率，以及更好的循环稳定性。
从实施例1-1至实施例1-16和对比例3至对比例5可以看出，与普通纺丝纤维隔离层相比，本申请通过在纤维隔离层中设置第一功能层，协同调整电解液中添加剂的质量百分含量(μ1％)和第一功能层中第一添加剂的质量百分含量(μs％)在本申请范围内，添加剂能够更好的发挥其功能，使本申请的锂离子电池具有较低的内部阻抗和自放电速率，以及更好的循环稳定性。
从表1还可以看出，添加剂A的种类、第一功能层的厚度、电解液中添加剂A的质量百分含量μ1％和第一功能层中添加剂A的质量百分含量μs％通常也会影响电化学装置的性能，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有优良循环性能的锂离子电池。
实施例2-1
除了在<纤维隔离层的制备>与实施例1-1不同以外，其余与实施例1-1相同。
<纤维隔离层的制备>
<纺丝浆料的制备>
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，混合均匀，得到固含量为25wt％的浆料，然后在浆料中加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)搅拌均匀，得到第二功能层纺丝浆料；
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25wt％的基体层纺丝浆料。
<具有功能层的纤维隔离层的制备>
将基体层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在正极极片的正极活性材料层表面，固化后得到厚度为14.5μm的基体层，然后将第二功能层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在基体层表面，制备得到厚度为0.5μm的第二功能层，基于第二功能层的质量，第二添加剂FEC的质量百分含量为2％。纤维隔离层厚度为15μm，纤维隔离层的平均孔径为150nm，孔隙率为60％，聚合物纤维平均直径为500nm。其中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压30kV，纺丝浆料灌注速度2mL/h，接收距离100cm，纺丝时间100s，收集辊转速300rpm。
实施例2-2至实施例2-3
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表2调整第二功能层中第二添加剂的含量以外，其余与实施例2-1相同。
实施例2-4
除了<电解液的制备>与实施例2-1不同以外，其余与实施例2-1相同。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC∶EMC∶DEC＝30∶50∶20混合，得到基础溶剂，再加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)和添加剂FEC溶解并混合均匀，得到电解液。其中，LiPF6的质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为1％。
实施例2-5至实施例2-6
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表2调整第二功能层中第二添加剂的质量百分含量以外，其余与实施例2-4相同。
对比例6
除了在<电解液的制备>中按照表2调整电解液中添加剂的种类以外，其余与对比例1相同。
对比例7
除了在<电解液的制备>中按照表2调整电解液中添加剂A的种类以外，其余与对比例3相同。
表2
Figure BDA0003523865780000181
注：表2中，“/”表示不存在相应的制备参数。
从实施例2-1至实施例2-3和对比例6可以看出，与普通PE隔离膜相比，本申请通过在正极极片上设置纤维隔离层，并且在纤维隔离层中设置第二功能层，调整第二功能层中第二添加剂的质量百分含量在本申请范围内，本申请的锂离子电池具有较低的自放电速率和内部阻抗，以及优异的循环稳定性。
从实施例2-1至实施例2-3和对比例7可以看出，与普通纺丝纤维隔离层相比，本申请通过在纤维隔离层中设置第二功能层，调整第二功能层中第二添加剂的质量百分含量在本申请范围内，本申请的锂离子电池具有较低的自放电速率和内部阻抗，以及优异的循环稳定性。
从实施例2-4和实施例2-6可以看出，本申请进一步在电解液中使用SEI成膜添加剂，协同调整电解液中添加剂和第二添加剂的质量百分含量在本申请优选范围内，本申请的锂离子电池具有更好的倍率性能和循环稳定性。
从表2还可以看出，第二功能层的厚度、电解液和第二功能层中添加剂A的质量百分含量通常也会影响到电化学装置的性能，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有优良循环性能的锂离子电池。
实施例3-1
除了在<纤维隔离层的制备>与实施例1-1不同以外，其余与实施例1-1相同。
<纤维隔离层的制备>
<纺丝浆料的制备>
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，混合均匀，得到固含量为25wt％的浆料，然后在浆料中加入具有耐高电压性能的添加剂TMSB搅拌均匀，得到第一功能层纺丝浆料；
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，混合均匀，得到固含量为25wt％的浆料，然后在浆料中加入SEI成膜添加剂FEC搅拌均匀，得到第二功能层纺丝浆料；
将PVDF分散在DMF∶丙酮＝7∶3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25wt％的基体层纺丝浆料。
<具有功能层的纤维隔离层的制备>
将第一功能层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在正极极片的正极活性材料层表面，固化后得到厚度为0.5μm的第一功能层，基于第一功能层的质量，第一添加剂TMSB的质量百分含量为5％；然后将基体层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在第一功能层表面，固化后得到厚度为14μm的基体层；再将第二功能层纺丝浆料通过静电纺丝工艺喷涂在基体层表面，制备得到厚度为0.5μm的第二功能层，使第二功能层面对负极极片，基于第二功能层的质量，第二添加剂FEC的质量百分含量为5％。纤维隔离层厚度为15μm，纤维隔离层的平均孔径为150nm，孔隙率为60％，聚合物纤维平均直径为500nm。其中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压30kV，纺丝浆料灌注速度2mL/h，接收距离100cm，纺丝浆料浓度20％，纺丝时间100s，收集辊转速300rpm。
实施例3-2至实施例3-8
除了在<纤维隔离层的制备>中按照表3调整第一功能层的厚度、第二功能层的厚度、第一添加剂和第二添加剂的种类和质量百分含量以外，其余与实施例3-1相同。
对比例8
除了在<电解液的制备>中按照表3调整电解液中添加剂的种类和质量百分含量以外，其余与对比例1相同。
对比例9
除了在<电解液的制备>中按照表3调整电解液中添加剂的种类以外，其余与对比例1相同。
对比例10至对比例12
除了在<电解液的制备>中按照表3调整电解液中添加剂的种类和质量百分含量以外，其余与对比例3相同。
表3
Figure BDA0003523865780000201
Figure BDA0003523865780000211
注：表3中，“/”表示不存在相应的制备参数。
从实施例3-1至实施例3-8和对比例8至对比例9可以看出，与普通PE隔离膜相比，本申请通过在电极极片上设置纤维隔离层，在纤维隔离层中设置第一功能层和第二功能层，协同调整第一添加剂和第二添加剂的含量在本申请范围内，拓宽添加剂的选择窗口，使本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性。
从实施例3-1至实施例3-8和对比例10至对比例12可以看出，与普通纺丝纤维隔离层相比，本申请通过在纤维隔离层中设置第一功能层和第二功能层，协同调整第一添加剂和第二添加剂的含量在本申请范围内，拓宽添加剂的选择窗口，使本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性。
从表3中还可以看出，第一功能层的厚度、第二功能层的厚度、第一添加剂的种类和质量百分含量、第二添加剂的种类和含量、电解液中添加剂A的种类和质量百分含量通常也会影响电化学装置的性能，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有优良循环性能的锂离子电池。
实施例4-1至实施例4-4
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表4调整添加剂A的种类和质量百分含量以外，其余与实施例2-1相同。
实施例4-5
除了<电解液的制备>与实施例2-1不同，以及在<纤维隔离层的制备>中按照表4调整添加剂A的种类和含量以外，其余与实施例2-1相同。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC∶EMC∶DEC＝30∶50∶20混合，得到基础溶剂，加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)和阻燃添加剂TMP溶解并混合均匀，得到电解液。其中，LiPF6的质量百分含量为12.5％，TMP的质量百分含量为1％。
实施例4-6至实施例4-7
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表4调整第二功能层中添加剂A的质量百分含量以外，其余与实施例4-5相同。
对比例13
除了在<电解液的制备>中按照表4调整电解液中添加剂的种类以外，其余与对比例3相同。
表4
Figure BDA0003523865780000221
Figure BDA0003523865780000231
注：表4中，“/”表示不存在相应的制备参数。
从实施例4-1至实施例4-7中可以看出，在第二功能层中添加阻燃添加剂，且添加剂的含量在本申请的范围内，本申请的锂离子电池具有优异的安全性能和循环稳定性。
从实施例4-1至实施例4-7和对比例13可以看出，相比于仅在电解液中添加阻燃添加剂，本申请通过在第二功能层中添加阻燃添加剂，锂离子电池的热箱通过率得到提高，从而提高锂离子电池的安全性能。
从表4中还可以看出，第二功能层的厚度、第二添加剂的种类和质量百分含量、电解液中添加剂A的种类和质量百分含量也会影响电化学装置的性能，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有优良循环性能的锂离子电池。
实施例5-1至实施例5-10
除了在<纤维隔离层的制备>中，按照表5调整纤维隔离层的厚度、孔隙率、平均孔径和聚合物基材的种类以外，其余与实施例1-1相同。
表5
Figure BDA0003523865780000232
Figure BDA0003523865780000241
从表5实施例5-1至实施例5-10可以看出，纤维隔离层的厚度、孔隙率、平均孔径、聚合物纤维平均直径和聚合物基材的种类通常也会影响电化学装置的性能，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有优良循环性能的锂离子电池。
从图6a和图6b可以看出，相较于普通纺丝纤维隔离层，本申请的纤维隔离层包含添加剂，纤维丝径均匀，孔隙率较好，能够使添加剂在纤维隔离层的缓释作用下，较大限度的发挥添加剂的功能，改善锂离子传输，使本申请的锂离子电池具有更好的循环稳定性。
从图7a和图7b可以看出，相较于普通纺丝纤维隔离层，本申请的纤维隔离层包含第一功能层和第二功能层，其中，第二功能层朝向负极极片，与负极极片之间界面完整，第二添加剂有利于形成稳定的SEI膜，使本申请的锂离子电池具有更好的循环稳定性。
从图8a和图8b可以看出，相较于普通纺丝纤维隔离层，本申请的纤维隔离层具有缓释作用，随着循环过程的进行，能够逐步释放添加剂，修复SEI膜，使本申请的锂离子电池具有更好的循环稳定性。
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，其包括电极极片和电解液，在所述电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，所述纤维隔离层包括基体层和设置于所述基体层至少一个表面上的功能层；其中，
所述功能层中含有添加剂A，基于所述功能层的质量，所述添加剂A的质量百分含量为μs％；
所述电解液中含有添加剂A，基于所述电解液的质量，所述添加剂A的质量百分含量为μ1％，
μs与μ1之间满足：μs≥2μl。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述功能层的质量，所述功能层中所述添加剂A的质量百分含量μs％满足：0.1<μs≤10。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层中包含聚合物纤维，所述聚合物纤维中包含聚合物基材和所述添加剂A。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述功能层包括第一功能层或第二功能层中的至少一者，所述添加剂A包括第一添加剂或第二添加剂中的至少一者，
所述第一功能层背离所述基体层的一面朝向正极极片，所述第一功能层包括第一添加剂；
所述第二功能层背离所述基体层的一面朝向负极极片，所述第二功能层包括第二添加剂。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、噻吩类化合物、咪唑类化合物、酸酐类化合物、双草酸硼酸、二氟草酸硼酸锂、氟代醚类化合物、砜类化合物或磷酸三乙酯中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述第二添加剂包括2,2,2-三氟-N、N-二甲基乙酰胺、氟苯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、乙醚、环丁砜、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸甲乙酯、1,2-双(甲基二氟硅基)乙烷、3,3,3-三氟丙酸甲酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、磷酸三甲酯、苯甲基膦酸二甲酯、乙氧基五氟环三磷腈、三氟乙氧基五氟环三磷腈、五氟丙酸酐环三磷腈或4-甲氧基-苯氧基五氟环三磷腈中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述功能层的厚度为100nm至10μm。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下特征中的至少一者：
1)μs与μ1之间满足：μs≥10μl；
2)所述纤维隔离层的厚度为1μm至20μm；
3)所述纤维隔离层的孔隙率为20％至80％；
4)所述纤维隔离层的平均孔径为20nm至1μm。
9.根据权利要求3所述的电化学装置，其中，
所述聚合物基材包括聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)中的至少一种；
所述聚合物纤维的平均直径为100nm至1μm，优选300nm至600nm；
所述聚合物纤维中还包括无机材料，所述无机材料包括二氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、三氧化二铝、氧化钛、二氧化硅、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷或石榴石陶瓷中的至少一种。
10.一种电子装置，其包含权利要求1-9任一项所述的电化学装置。
CN202210186791.6A 2022-02-28 2022-02-28 一种电化学装置及电子装置 Pending CN114583247A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210186791.6A CN114583247A (zh) 2022-02-28 2022-02-28 一种电化学装置及电子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210186791.6A CN114583247A (zh) 2022-02-28 2022-02-28 一种电化学装置及电子装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114583247A true CN114583247A (zh) 2022-06-03

Family

ID=81772169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210186791.6A Pending CN114583247A (zh) 2022-02-28 2022-02-28 一种电化学装置及电子装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114583247A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116169428A (zh) * 2023-04-06 2023-05-26 宁德新能源科技有限公司 一种隔膜及包含该隔膜的电化学装置和电子装置
CN117254114A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体及其制备方法、包含其的电池和用电装置

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5620813A (en) * 1995-12-15 1997-04-15 Samsung Display Devices Co., Ltd. Positive nickel electrode for alkaline storage battery
KR20130021209A (ko) * 2011-08-22 2013-03-05 주식회사 엘지화학 미소 캡슐을 구비한 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
KR20140112872A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 주식회사 엘지화학 흡열물질을 포함하는 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
CN107170987A (zh) * 2017-02-20 2017-09-15 海宁聚兴新能源科技有限公司 一种电池正极材料及使用该电池正极材料的正极片的制备方法
CN109473719A (zh) * 2018-10-22 2019-03-15 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池
US20190088958A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Sion Power Corporation Protective membrane for electrochemical cells
WO2019066403A2 (ko) * 2017-09-28 2019-04-04 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지용 전극 활물질 복합체 및 상기 전극 활물질 복합체의 제조방법
CN111276746A (zh) * 2020-03-27 2020-06-12 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含其的电子装置
CN111509210A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 中国人民解放军国防科技大学 改性高电压正极材料及其制备方法和应用
WO2020231121A1 (ko) * 2019-05-14 2020-11-19 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지
CN113540699A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置
CN113851622A (zh) * 2021-09-14 2021-12-28 厦门大学 一种电池体系的保护层及电化学装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5620813A (en) * 1995-12-15 1997-04-15 Samsung Display Devices Co., Ltd. Positive nickel electrode for alkaline storage battery
KR20130021209A (ko) * 2011-08-22 2013-03-05 주식회사 엘지화학 미소 캡슐을 구비한 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
KR20140112872A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 주식회사 엘지화학 흡열물질을 포함하는 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
CN107170987A (zh) * 2017-02-20 2017-09-15 海宁聚兴新能源科技有限公司 一种电池正极材料及使用该电池正极材料的正极片的制备方法
US20190088958A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Sion Power Corporation Protective membrane for electrochemical cells
WO2019066403A2 (ko) * 2017-09-28 2019-04-04 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지용 전극 활물질 복합체 및 상기 전극 활물질 복합체의 제조방법
CN109473719A (zh) * 2018-10-22 2019-03-15 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池
WO2020231121A1 (ko) * 2019-05-14 2020-11-19 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지
CN111276746A (zh) * 2020-03-27 2020-06-12 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含其的电子装置
CN111509210A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 中国人民解放军国防科技大学 改性高电压正极材料及其制备方法和应用
CN113540699A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置
CN113851622A (zh) * 2021-09-14 2021-12-28 厦门大学 一种电池体系的保护层及电化学装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116169428A (zh) * 2023-04-06 2023-05-26 宁德新能源科技有限公司 一种隔膜及包含该隔膜的电化学装置和电子装置
CN116169428B (zh) * 2023-04-06 2023-06-20 宁德新能源科技有限公司 一种隔膜及包含该隔膜的电化学装置和电子装置
CN117254114A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体及其制备方法、包含其的电池和用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4207351A1 (en) Electrochemical apparatus and electronic apparatus
CN113097431B (zh) 电化学装置和电子装置
US20230238585A1 (en) Electrochemical apparatus, electronic apparatus, and preparation method of electrochemical apparatus
CN113366673B (zh) 电化学装置和电子装置
US20240162440A1 (en) Negative electrode, electrochemical apparatus, and electronic apparatus
CN114583247A (zh) 一种电化学装置及电子装置
US20240079727A1 (en) Separator, electrochemical apparatus comprising the same, and electronic device
CN113540699A (zh) 一种电化学装置及电子装置
CN113839023B (zh) 一种电化学装置及电子装置
US20230352744A1 (en) Jelly-roll type electrode assembly, electrochemical device, and electronic device
US20240079592A1 (en) Electrochemical Apparatus and Electronic Apparatus
US20230261201A1 (en) Electrochemical apparatus and electronic apparatus
US20220407081A1 (en) Electrochemical apparatus and electronic apparatus
CN116169428B (zh) 一种隔膜及包含该隔膜的电化学装置和电子装置
CN114824165B (zh) 负极极片、电化学装置及电子设备
US20220310998A1 (en) Positive electrode plate, and electrochemical apparatus and electronic apparatus containing such positive electrode plate
US20220209241A1 (en) Electrode plate, electrochemical device, and electronic device
WO2023039750A1 (zh) 一种负极复合材料及其应用
CN115380415A (zh) 电化学装置及电子装置
KR20230093521A (ko) 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
US20240006597A1 (en) Electrochemical device and electronic device using same
US20230238519A1 (en) Electrode plate, electrochemical apparatus, and electronic apparatus
CN116093538B (zh) 电极组件、电化学装置和电子装置
CN114843518B (zh) 负极活性材料、负极活性材料的制备方法及电化学装置
WO2022266798A1 (zh) 负极材料、电化学装置和电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination