CN115172855A - 电化学装置及包含该电化学装置的电子装置 - Google Patents

Abstract

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，该电化学装置包括负极极片，负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料；负极集流体的长度L与负极集流体的宽度W满足：8≤L/W≤40，40mm≤W≤145mm；负极活性材料的R值为0.1至0.4。将负极集流体的长度L与宽度W的比值、以及负极活性材料的R值同时调控在上述范围内，使电化学装置的高温存储性能得到有效提升。

Description

电化学装置及包含该电化学装置的电子装置

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包含该电化学装置的电子装置。

背景技术

二次电池，如锂离子电池，因其高能量密度、长循环寿命等优点，被广泛应用于电动汽车、户外设备、太阳能设备等领域。随着上述领域的迅速发展，市场对锂离子电池的长期耐高温性能提出了越来越高的要求。

但是现有的锂离子电池在80℃以上的高温下连续存储时，其存储性能受到较大影响。因此，如何提高电化学装置的高温存储性能，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，以提升电化学装置的高温存储性能。

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：

本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料；所述负极集流体的长度L与所述负极集流体的宽度W满足：8≤L/W≤40，40mm≤W≤145mm；优选地，18≤L/W≤40；所述负极活性材料的R值为0.1至0.4，优选为0.15至0.30；所述R值为所述负极活性材料层上尺寸为100μm×100μm的任一区域内，所述负极活性材料颗粒采用拉曼测试的D峰与G峰的峰强比值I(D)/I(G)的平均值；所述D峰为所述负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1300cm^-1至1400cm^-1的峰，所述G峰为负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1530cm^-1至1630cm^-1的峰。通过将负极集流体的长度L与宽度W的比值、以及负极活性材料的R值同时调控在上述范围内，使电化学装置的高温存储性能得到有效提升。

在本申请的一种实施方案中，所述电化学装置的阻抗为30mΩ至60mΩ。通过将阻抗调控在上述范围内，使电化学装置处于较稳定的体系中，电化学装置在高温下存储时，电解液反应产气的现象得以缓解，从而降低电化学装置发生膨胀的风险，提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述负极极片的电导率σ满足：15S/cm≤σ≤35S/cm，优选地，25S/cm≤σ≤30S/cm。通过将负极极片的电导率σ调控在上述范围内，能够有效控制负极极片与电解液界面的电流密度，从而缓解负极极片的析锂现象，提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述负极活性材料层的面密度为0.05mg/mm²至0.11mg/mm²。通过将负极活性材料层的面密度调控在上述范围内，更利于提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述负极活性材料层的压实密度为1.6g/cm³至1.8g/cm³。通过将负极活性材料层的压实密度调控在上述范围内，能够在提高电化学装置能量密度的同时，提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述电化学装置的荷电状态(SOC)为0％时，所述负极活性材料的晶格指数OI满足：8≤OI≤20。通过将负极活性材料的晶格指数OI调控在上述范围内，从而更利于提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述电化学装置包括电解液，所述电解液包括碳酸亚乙酯(也称碳酸乙烯酯，简写EC)；基于所述电解液的质量，所述碳酸亚乙酯的质量百分含量为8％至30％，优选为15％至25％。通过将EC的质量百分含量调控在本申请范围内，更利于钝化负极极片与电解液的界面，使得析锂现象得以缓解，也更利于抑制电解液的产气现象，从而更利于提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，所述电解液包括锂盐，所述锂盐包括LiPF₆、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种；所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.9mol/L至1.5mol/L。通过选用上述种类的锂盐，且将锂盐在电解液中的浓度调控在上述范围内，更有利于降低电解液酸度的上升，缓解正极活性材料中过渡金属溶出带来的影响，从而提升电化学装置的高温存储性能。

本申请第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案所述的电化学装置。

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，该电化学装置包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料；所述负极集流体的长度L与所述负极集流体的宽度W满足：8≤L/W≤40，40mm≤W≤145mm；所述负极活性材料的R值为0.1至0.4；所述R值为所述负极活性材料层上尺寸为100μm×100μm的任一区域内，所述负极活性材料颗粒采用拉曼测试的D峰与G峰的峰强比值I(D)/I(G)的平均值；所述D峰为所述负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1300cm^-1至1400cm^-1的峰，所述G峰为负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1530cm^-1至1630cm^-1的峰。将负极集流体的长度L与宽度W的比值、以及负极活性材料的R值同时调控在上述范围内，使电化学装置的高温存储性能得到有效提升。

当然，实施本申请的任一产品或方法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中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请一种实施方案中的负极集流体；

图2为实施例1-4的负极活性材料的拉曼光谱图。

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，以下参照实施例并举附图，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。本领域普通技术人员基于本申请中的实施例所获得的所有其他实施例，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。具体技术方案如下：

本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包括负极极片，负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料；如图1所示，负极集流体10的长度L与负极集流体10的宽度W满足：8≤L/W≤40，40mm≤W≤145mm；优选地，18≤L/W≤40；负极活性材料的R值为0.1至0.4，优选为0.15至0.30；R值为负极活性材料层上尺寸为100μm×100μm的任一区域内，负极活性材料颗粒采用拉曼测试的D峰与G峰的峰强比值I(D)/I(G)的平均值；D峰为负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1300cm^-1至1400cm^-1的峰，G峰为负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1530cm^-1至1630cm^-1的峰。

例如，L/W的值可以为8、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40或上述任两个数值范围间的任一数值。W可以为40mm、45.8mm、50mm、60mm、66.4mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、145mm或上述任两个数值范围间的任一数值。当L/W的值过小(例如小于8)时，负极极片的宽度W较大；当L/W的值过大(例如大于40)时，负极极片的长度L较大。负极极片的宽度W较大或负极极片的长度L较大，均会影响电化学装置的初始阻抗，导致初始阻抗处于合理的范围之外，使得电化学装置的体系稳定性降低，电化学装置在充放电循环过程中，阻抗急剧增大，从而增大电化学装置的厚度膨胀率。通过将L/W的值调控在本申请范围内，负极集流体的长度L和负极集流体的宽度W更协调，使得电化学装置的初始阻抗处于合理范围内，电化学装置的体系稳定性较高，电化学装置在充放电循环过程中，阻抗增加缓慢，使得电化学装置的厚度膨胀率减小。将L/W的值调控在本申请优选范围内，电化学装置的体系稳定性进一步提高，电化学装置在充放电循环过程中，阻抗增加更缓慢，使得电化学装置的厚度膨胀率进一步减小。

R值可以为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4或上述任两个数值范围间的任一数值。R值表征负极活性材料表面的结晶度。R值过小(例如小于0.1)，负极活性材料动力学较差，导致初始阻抗高，高温存储后阻抗继续增大，最终影响电化学装置的体系稳定性；R值过大(例如大于0.4)，负极活性材料表面太活跃，表面反应剧烈，不利于电化学装置的长时间高温存储。将R值调控在本申请范围内，表明负极活性材料的表面结晶度较低，负极活性材料的动力学性能较好。使得电化学装置在80℃以上的高温下长期半充存储后，相对阻抗仍然较低，电化学装置的动力学性能较好。电化学装置充电后析锂现象得到抑制和缓解。将R值调控在本申请优选范围内，电化学装置在80℃以上的高温下长期半充存储后，电化学装置的动力学性能更好。电化学装置充电后析锂现象进一步得到抑制和缓解。

在本申请中，R值可以通过选用不同种类的负极活性材料等方式来调控，本申请对此不做特别限制，只要将R值调控在本申请范围内即可。

由此，通过将负极集流体的长度L与宽度W的比值L/W、以及负极活性材料的R值同时调控在上述范围内，负极集流体的长度L与宽度W的比值L/W与负极活性材料的R值之间产生协同作用，使电化学装置的高温存储性能得到有效提升。

将负极集流体的长度L与宽度W的比值L/W、和/或负极活性材料的R值同时调控在上述优选范围内，电化学装置的高温存储性能得到进一步有效提升。

在本申请中，“负极集流体至少一个表面”是指，沿负极集流体自身厚度方向的两个表面中的一个表面或两个表面。“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，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能实现本申请目的即可。本申请对负极集流体的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极集流体可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、钛箔、泡沫镍或泡沫铜等。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。

在本申请的一种实施方案中，电化学装置的阻抗为30mΩ至60mΩ。例如，阻抗可以为30mΩ、35mΩ、40mΩ、45mΩ、50mΩ、55mΩ、60mΩ或上述任两个数值范围间的任一数值。阻抗过小(例如小于30mΩ)或过大(例如大于60mΩ)，电化学装置体系的稳定性有所下降，电化学装置充放电过程中，阻抗的增加幅度增大，将影响电化学装置的高温存储性能。通过将阻抗调控在上述范围内，使电化学装置处于较稳定的体系中，电化学装置在高温下存储时，电解液反应产气的现象得以缓解，从而降低电化学装置发生膨胀的风险，提升电化学装置的高温存储性能。需要说明，本申请中的“阻抗”应当理解为直流阻抗(DCR)。

在本申请的一种实施方案中，负极极片的电导率σ满足：15S/cm≤σ≤35S/cm，优选地，25S/cm≤σ≤30S/cm。例如，负极极片的电导率σ可以为15S/cm、25S/cm、28S/cm、30S/cm、35S/cm或上述任两个数值范围间的任一数值。通过将负极极片的电导率σ调控在上述范围内，能够有效控制负极极片与电解液之间界面的电流密度，从而缓解负极极片的析锂现象，提升电化学装置的高温存储性能。通过将负极极片的电导率σ调控在上述优选范围内，能够进一步有效控制负极极片与电解液之间界面的电流密度，从而有效缓解负极极片的析锂现象，进一步提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请中，负极极片的电导率σ可以通过调节负极活性材料的种类、负极活性材料层的压实密度等方式来调控，本申请对此不做特别限制，只要将负极极片的电导率σ调控在本申请范围内即可。

在本申请的一种实施方案中，负极活性材料层的面密度为0.05mg/mm²至0.11mg/mm²。例如，负极活性材料层的面密度可以为0.05mg/mm²、0.07mg/mm²、0.09mg/mm²、0.11mg/mm²或上述任两个数值范围间的任一数值。负极活性材料层的面密度过小(例如小于0.05mg/mm²)，易影响负极活性材料层与负极集流体之间的粘结性。负极活性材料层的面密度过大(例如大于0.11mg/mm²)，易影响锂离子的传输而导致电化学装置产生析锂现象，影响电化学装置的高温存储性能。通过将负极活性材料层的面密度调控在上述范围内，更利于提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，负极活性材料层的压实密度为1.6g/cm³至1.8g/cm³。例如，负极活性材料层的压实密度可以为1.6g/cm³、1.65g/cm³、1.7g/cm³、1.75g/cm³、1.8g/cm³或上述任两个数值范围间的任一数值。通过将负极活性材料层的压实密度调控在上述范围内，能够在提高电化学装置能量密度的同时，使负极活性材料层中留有充足的孔隙，缓解电化学装置充放电过程中负极活性材料的膨胀，从而降低电化学装置发生膨胀的风险，提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请中，可以通过调整冷压机的辊缝缝隙大小和预设压力值等方式来调控负极活性材料层的压实密度，本申请对此不做特别限制，只要将负极活性材料层的压实密度调控在本申请范围内即可。

在本申请的一种实施方案中，电化学装置的荷电状态为0％时，负极活性材料的晶格指数OI满足：8≤OI≤20。例如，负极活性材料的晶格指数OI可以为8、10、12、14、16、18、20或上述任两个数值范围间的任一数值。通过将负极活性材料的晶格指数OI调控在上述范围内，能够让负极活性材料有较好动力学的同时也能保证负极活性材料的结构稳定性，从而更利于提升电化学装置的高温存储性能。

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括但不限于人造石墨、天然石墨或硬碳中的至少一种。

本申请对负极活性材料的制备方法没有特别限制，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，电化学装置包括电解液，电解液包括EC；基于电解液的质量，EC的质量百分含量为8％至30％，优选为15％至25％。例如，EC的质量百分含量可以为8％、12％、15％、17％、20％、25％、30％或上述任两个数值范围间的任一数值。EC的质量百分含量过低(例如低于8％)，不易于钝化负极极片与电解液的界面。EC的质量百分含量过高(例如高于30％)，电解液在低温下粘度增大，在高电压下容易发生产气，增大电化学装置的膨胀率。通过将EC的质量百分含量调控在本申请范围内，更利于钝化负极极片与电解液的界面，使得析锂现象得以缓解，也更利于抑制电解液的产气现象，从而更利于提升电化学装置的高温存储性能。通过将EC的质量百分含量调控在本申请优选范围内，更利于进一步钝化负极极片与电解液的界面，使得析锂现象得以进一步缓解，也更利于进一步抑制电解液的产气现象，从而更利于进一步提升电化学装置的高温存储性能。

在本申请的一种实施方案中，电解液包括锂盐，锂盐包括LiPF₆、LiFSI或LiTFSI中的至少一种；锂盐在电解液中的浓度为0.9mol/L至1.5mol/L。例如，锂盐在电解液中的浓度可以为0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L或上述任两个数值范围间的任一数值。锂盐在高温环境下的热稳定性差，容易分解导致电解液酸度上升，通过选用上述种类的锂盐，且将锂盐在电解液中的浓度调控在上述范围内，更有利于降低电解液酸度的上升，缓解正极活性材料中过渡金属溶出带来的影响，从而提升电化学装置的高温存储性能。

本申请的电解液包括非水溶剂。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以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(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。上述环状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。上述氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸亚乙酯(FEC)、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-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于乙酸乙酯、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。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、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。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、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。基于电解液的质量，上述非水溶剂的质量百分含量为5％至70％，例如，5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或上述任两个数值范围间的任一数值。

本申请的电化学装置包括正极极片，本申请对正极极片没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极极片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或铝合金箔等。本申请的正极活性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锂镍钴锰氧、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂(LiCoO₂)、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、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。导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。

本申请对正极活性材料的制备方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。例如，正极活性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)前驱体：将硫酸镍(或氯化镍)、硫酸钴(或氯化钴)、硫酸锰(或氯化锰)按照n(Ni):n(Co):n(Mn)＝(0.4-0.6):(0.1-0.3):0.3配制成摩尔溶度1mol/L至3mol/L的混合盐溶液，氢氧化钠配制成摩尔浓度3mol/L至5mol/L的碱溶液，用浓度3mol/L至5mol/L的氨水作为络合剂；所有配制好的溶液要先经过过滤，去除固体杂质后才能进入下一个环节；将过滤后的盐溶液、碱溶液、络合剂以流量20L/h至40L/h加入到反应釜，控制反应釜的搅拌速率为20r·min^-1至40r·min^-1、反应浆料的温度为常温、pH为10至13，使盐、碱发生中和反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大，当平均粒径达到2.5μm至4.5μm后，将反应浆料过滤、洗涤、干燥得到三元前驱体；

(2)一次混料：将锂源Li₂CO₃与前驱体按照(1.01-1.10):1的Li/M(M＝Ni、Co、Mn)摩尔比配料后置于高混机中加入到匣钵中进行下一步一次烧结工序；

(3)一次烧结：将步骤(2)中混合均匀的装入匣钵中的物料置于窑炉中先在空气气氛中以升温速率4℃/min至6℃/min缓慢升温至一次烧结温度680℃至720℃进行预烧，再在该一次烧结温度下的空气气氛煅烧11至13h得到一次烧结物料；

(4)机械破碎及气流粉碎：将步骤(3)中得到的一次烧结物料冷却后进行机械破碎、气流粉碎以及分级处理；

(5)二次烧结包覆：将步骤(4)中粉碎及分级处理后的一次烧结物料与包覆添加剂按(90-110):0.5的质量比混合后在高混机中混合均匀，装入匣钵后置于窑炉中，在空气气氛中煅烧5h至7h后，将获得物料经过机械制粉分级、除磁、筛粉获得正极活性材料。本申请对上述包覆添加剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。

本申请的电化学装置包括隔膜，本申请对隔膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。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。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，无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、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。粘结剂没有特别限制，例如可以包括聚偏氟乙烯、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。在一些实施方案中，电化学装置可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子电池、钠离子二次电池、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：将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，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，将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，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。

本申请第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案所述的电化学装置。因此，能够获得前述任一实施方案所述的电化学装置的有益效果。

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。

实施例

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：

R值的测试：

在负极活性材料层上选取一个大小为100μm×100μm的面积，利用激光显微共聚焦拉曼光谱仪(Raman，HR Evolution，HORIBA科学仪器事业部)扫描该面积内的负极活性材料颗粒，得到该面积范围内所有负极活性材料颗粒的D峰、G峰，采用LabSpec软件对数据进行处理得到每一个负极活性材料颗粒的D峰、G峰的峰强，分别为I(D)和I(G)，拉曼光谱仪的激光波长可处于532nm至785nm的范围内。R值＝I(D)/I(G)的值，为该范围内测得的所有负极活性材料颗粒的I(D)和I(G)比值的平均值。

D峰：位移范围为1300cm^-1至1400cm^-1，由芳香环中sp2碳原子的对称伸缩振动径向呼吸模式引起(结构缺陷)；G峰：位移范围为1530cm^-1至1630cm^-1，由sp2碳原子间的拉伸振动引起，它对应布里渊区中心的E2g光学声子的振动(碳原子面内振动)。

DCR的测试：

取5颗各实施例和对比例制得的锂离子电池，将各锂离子电池置于25℃的恒温箱中搁置5分钟，以1C的倍率恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流小于等于0.05C，静置30分钟，以0.1C的电流放电10秒，记录对应电压值U1，再以1C的电流放电360秒，记录对应电压值U2，重复上述放电步骤直至电池的电压小于3.0V。“1C”是在1小时内将各锂离子电池容量完全放完的电流值。

对各锂离子电池每进行上述一次放电步骤(即分别以0.1C的电流放电10秒和以1C的电流放电360秒各1次)后，按如下公式计算得出锂离子电池在25℃下相应放电步骤后的直流电阻DCR：R＝(U1－U2)/(1C－0.1C)，单位为毫欧姆mΩ。取各锂离子电池在第5次放电步骤后测得的DCR，并求相应的平均值后，作为本申请各实施例和对比例测得的DCR(如表1-表3)。

除非有特别说明，本申请所述的DCR指的是各锂离子电池在第5次放电步骤后测得的DCR的平均值。

负极极片的电导率σ的测试：

负极极片电导率σ通过极片电阻仪测试，通过公式R＝ρ×l/S，而σ＝1/ρ，所以σ＝l/(R×S)。式中，R是负极极片的电阻，ρ是负极极片的电阻率，S是负极极片的测试面积。

负极活性材料层的面密度的测试：

负极活性材料层的面密度Q通过公式：Q＝1540.25m/Ar计算得出。式中，m为负极活性材料层的质量，单位：g；Ar为负极活性材料层的面积，单位：mm²。

负极活性材料层的压实密度的测试：

负极活性材料层的压实密度Pa通过公式：Pa＝Ma/Va计算得出。式中，Ma为负极活性材料层的质量，单位：g；Va为负极活性材料层的体积，单位：cm³，其中，体积Va是负极活性材料层的面积Sa与负极活性材料层的厚度之积。

晶格指数OI的测试：

使用X射线(XRD)衍射仪测试负极活性材料的晶格指数OI值：将负极活性材料层置于XRD衍射仪中，测得(004)和(110)峰的晶面面积分别为C(004)和C(110)，并按照下式计算OI值：OI值＝C(004)/C(110)。

高温存储性能的测试：

每个实施例或对比例测试10个锂离子电池，取平均值为最终结果。在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，然后以0.7C恒流充电至3.65V，再在3.65V下恒压充电至0.05C，静置5分钟，测量锂离子电池的厚度，记为存储前厚度；然后在湿度85％、温度80℃、电压3.65V下储存1008小时后，测量锂离子电池的厚度，记为存储后厚度，再通过下式计算锂离子电池的厚度膨胀率：厚度膨胀率＝[(存储后厚度/存储前厚度)－1]×100％。

通过个数是指每个实施例或对比例测试的10个锂离子电池中，厚度膨胀率小于或等于12％的锂离子电池数量。

实施例1-1

<电解液的制备>

在干燥的氩气气氛手套箱中，将EC、PC、DEC混合得到有机溶剂，然后向有机溶剂中加入锂盐LiPF₆溶解并混合均匀，再加入氟代碳酸乙烯酯和己二腈得到电解液。其中，LiPF₆在电解液中的浓度为1.0mol/L；基于电解液的质量，EC的质量百分含量为8％、氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量为3％、己二腈的质量百分含量为3％；其余为PC和DEC，PC和DEC的质量比为1:2。

<负极极片的制备>

将负极活性材料石墨、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:3进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为75wt％。将负极浆料均匀涂覆于厚度为12μm的负极集流体铜箔的一个表面上，将铜箔在120℃下烘干，得到涂层厚度为1.5μm的单面涂覆有负极活性材料层的负极极片。在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布负极活性材料层的负极极片。然后经过干燥、冷压、裁片、分切后得到规格为87.6mm×700.8mm(长度L为700.8mm，宽度W为87.6mm)的负极极片。其中，负极活性材料的晶格指数OI为18、R值为0.15，负极活性材料层的面密度为0.08mg/mm²、压实密度为1.7g/cm³，负极极片的电导率σ为15S/cm。

<正极活性材料的制备>

(1)前驱体：将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按照n(Ni):n(Co):n(Mn)＝0.5:0.2:0.3配制成摩尔溶度2mol/L的混合盐溶液，氢氧化钠配制成摩尔浓度4mol/L的碱溶液，用浓度4mol/L的氨水作为络合剂；所有配制好的溶液要先经过过滤，去除固体杂质后才能进入下一个环节；将过滤后的混合盐溶液、碱溶液、络合剂以流量30L/h加入到反应釜，控制反应釜的搅拌速率为30r·min^-1、反应浆料的温度为常温、pH为11.5，使盐、碱发生中和反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大，当平均粒径达到3.5μm后，将反应浆料过滤、洗涤、干燥得到三元前驱体；

(2)一次混料：将锂源Li₂CO₃与前驱体按照n(Li):n(Ni):n(Co):n(Mn)＝1.05:0.5:0.2:0.3配料后置于高混机中加入到匣钵中进行下一步一次烧结工序；

(3)一次烧结：将步骤(2)中混合均匀的装入匣钵中的物料置于窑炉中先在空气气氛中以升温速率5℃/min缓慢升温至一次烧结温度700℃进行预烧，再在该一次烧结温度下的空气气氛煅烧12h得到一次烧结物料；

(4)机械破碎及气流粉碎：将步骤(3)中得到的一次烧结物料冷却后进行机械破碎、气流粉碎以及分级处理；

(5)二次烧结包覆：将步骤(4)中粉碎及分级处理后的一次烧结物料与包覆添加剂氧化铝按100:0.5的质量比混合后在高混机中混合均匀，装入匣钵后置于窑炉中，在空气气氛中煅烧6h后，将获得物料经过机械制粉分级、除磁、筛粉获得正极活性材料。

<正极极片的制备>

将上述制备得到的正极活性材料锂镍钴锰氧、乙炔黑、聚偏二氟乙烯按照质量比为96:2:2进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得正极浆料，其中正极浆料的固含量为70wt％。将正极浆料均匀涂覆于厚度为12μm的正极集流体铝箔的一个表面上，将铝箔在120℃下烘干，得到单面涂覆有正极活性材料层的正极极片。在铝箔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层的正极极片。然后经过干燥、冷压、裁片、分切后得到规格为86mm×698.8mm的正极极片。

<隔膜的制备>

采用厚度为7μm的多孔聚乙烯薄膜(Celgard公司提供)。

<锂离子电池的制备>

将上述制备得到的正极极片、隔膜、负极极片按顺序叠好，使隔膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，卷绕得到电极组件。将电极组件置于铝塑膜包装袋中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、脱气、切边等工序得到锂离子电池。

实施例1-2至实施例1-9

除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。

实施例2-1至实施例2-8

除了按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。

实施例3-1至实施例3-7

除了按照表3调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。

对比例1至对比例6

除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。

各实施例和对比例的制备参数和性能参数如表1至表3所示。

表1

从实施例1-1至实施例1-9和对比例1至对比例6可以看出，锂离子电池的高温存储性能随着负极集流体的长度L与负极集流体的宽度W的比值L/W和负极活性材料的R值的变化而变化。L/W的值和R值均在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR(如相对于对比例1)，且具有更小的厚度膨胀率和更高的通过个数，表明锂离子电池具有更好的高温存储性能。

从实施例1-1至实施例1-9和对比例3至对比例6可以看出，L/W的值和R值均在本申请范围内的锂离子电池(如实施例1-1至实施例1-9)，相比于L/W的值或R值不在本申请范围内的锂离子电池(如对比例3至对比例6)，具有更小的厚度膨胀率和更高的通过个数，表明锂离子电池具有更好的高温存储性能。

图2示出了实施例1-4的负极活性材料的拉曼光谱图，如图2所示，图中具有位移范围在1300cm^-1至1400cm^-1的D峰和位移范围在1530cm^-1至1630cm^-1的G峰，其R值为0.30。

表2

EC在电解液中的质量百分含量通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例1-1、实施例2-1至实施例2-5中可以看出，EC在电解液中的质量百分含量在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

锂盐的种类通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例2-4、实施例2-6和实施例2-7中可以看出，锂盐的种类在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR，且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

锂盐在电解液中的浓度通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例2-4、实施例2-8中可以看出，锂盐在电解液中的浓度在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR，且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

表3

负极极片的电导率σ通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例1-1、实施例3-1至实施例3-3中可以看出，负极极片的电导率σ在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR，且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

负极活性材料层的面密度通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例1-1、实施例3-4和实施例3-5中可以看出，负极活性材料层的面密度在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR，且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

负极活性材料层的压实密度通常会影响锂离子电池的高温存储性能。从实施例1-1、实施例3-6和实施例3-7中可以看出，负极活性材料层的压实密度在本申请范围内的锂离子电池，具有较大的DCR，且具有较低的厚度膨胀率和较高的通过个数，即具有良好的高温存储性能。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电化学装置，其包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料；

所述负极集流体的长度L与所述负极集流体的宽度W满足：8≤L/W≤40，40mm≤W≤145mm；

所述负极活性材料的R值为0.1至0.4；

所述R值为所述负极活性材料层上尺寸为100μm×100μm的任一区域内，所述负极活性材料颗粒采用拉曼测试的D峰与G峰的峰强比值I(D)/I(G)的平均值；

所述D峰为所述负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1300cm^-1至1400cm^-1的峰，所述G峰为负极活性材料颗粒的拉曼光谱中位移范围为1530cm^-1至1630cm^-1的峰。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置的阻抗为30mΩ至60mΩ。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极极片的电导率σ满足：15S/cm≤σ≤35S/cm。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性材料层的面密度为0.05mg/mm²至0.11mg/mm²。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性材料层的压实密度为1.6g/cm³至1.8g/cm³。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置的荷电状态为0％时，所述负极活性材料的晶格指数OI满足：8≤OI≤20。

7.根据权利要求3所述的电化学装置，其满足以下特征(1)至(3)中的至少一者：

(1)所述负极集流体的长度L与所述负极集流体的宽度W满足：18≤L/W≤40；

(2)所述R值为0.15至0.30；

(3)所述负极极片的电导率σ满足：25S/cm≤σ≤30S/cm。

8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置包括电解液，所述电解液包括碳酸亚乙酯；

基于所述电解液的质量，所述碳酸亚乙酯的质量百分含量为8％至30％。

9.根据权利要求8所述的电化学装置，其中，基于所述电解液的质量，所述碳酸亚乙酯的质量百分含量为15％至25％。

10.根据权利要求8所述的电化学装置，其中，所述电解液包括锂盐，所述锂盐包括LiPF₆、双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；

所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.9mol/L至1.5mol/L。

11.一种电子装置，其包括权利要求1至10中任一项所述的电化学装置。

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