CN115332633A - 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及电子装置，所述电化学装置包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，其中，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料的比表面积为x；所述电解液包括由式(I)表示的化合物；基于所述电解液的质量，所述由式(I)表示的化合物的质量含量为a%；且满足0.07≤a/x≤0.8。

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
随着智能产品的普及和应用，人们对手机、笔记本、相机等电子产品的需求逐年增加。锂离子电池作为电子产品的工作电源，具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点，正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池。然而随着电子产品向轻薄化和便携化的发展，人们对锂离子电池的要求不断提高，开发高安全、长寿命的锂离子电池是市场的主要需求之一。
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，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，其中，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料的比表面积为x m2/g；所述电解液包括由式(I)表示的化合物；基于所述电解液的质量，所述由式(I)表示的化合物的质量含量为a%；且满足0.07≤a/x≤0.8；
Figure 705028DEST_PATH_IMAGE001
式I
其中，R11、R12、R13、R14和R15各自独立地选自氢、卤素、酸酐、氰基、经取代或未经取代的烃基、经取代或未经取代的烃氧基中的一种，且R11、R12、R13、R14和R15至少有一个为氰基。
在一些实施例中，满足以下条件(i)至(ii)中的至少一者：
(i) x的范围1≤x≤2；
(ii) a的范围0.01-5。
在一些实施例中，所述由式I表示的化合物选自式(I-1)至式I-29所示化合物中的至少一种：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式(I-1)、
Figure 379373DEST_PATH_IMAGE003
式(I-2)、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式(I-3)、
Figure 961533DEST_PATH_IMAGE005
式(I-4)、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式(I-5)、
Figure 448009DEST_PATH_IMAGE007
式(I-6)、
Figure DEST_PATH_IMAGE008
式(I-7)、
Figure 224466DEST_PATH_IMAGE009
式(I-8)、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
式(I-9)、
Figure 429183DEST_PATH_IMAGE011
式(I-10)、
Figure DEST_PATH_IMAGE012
式(I-11)、
Figure 815033DEST_PATH_IMAGE013
式(I-12)、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
式(I-13)、
Figure 156016DEST_PATH_IMAGE015
式(I-14)、
Figure DEST_PATH_IMAGE016
式(I-15)、
Figure 103375DEST_PATH_IMAGE017
式(I-16)、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
式(I-17)、
Figure 795387DEST_PATH_IMAGE019
式(I-18)、
Figure DEST_PATH_IMAGE020
式(I-19)、
Figure 719350DEST_PATH_IMAGE021
式(I-20)、
Figure DEST_PATH_IMAGE022
式(I-21)、
Figure 180418DEST_PATH_IMAGE023
式(I-22)、
Figure DEST_PATH_IMAGE024
式(I-23)
Figure 310397DEST_PATH_IMAGE025
式(I-24)、
Figure DEST_PATH_IMAGE026
式(I-25)、
Figure 224126DEST_PATH_IMAGE027
式(I-26)、
Figure DEST_PATH_IMAGE028
式(I-27)、
Figure 951779DEST_PATH_IMAGE029
式(I-28)、
Figure DEST_PATH_IMAGE030
式(I-29)。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括氟代碳酸乙烯酯（FEC），所述电解液中氟代碳酸乙烯酯含量为b%，4≤b≤13。
在一些实施例中，所述a和b，满足11≤b/a≤90。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括由式(II)化合物，所述式(II)化合物选自式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的任意一种：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
(II-1)、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
(II-2)、
Figure DEST_PATH_IMAGE033
(II-3)、
Figure DEST_PATH_IMAGE034
(II-4)、
Figure DEST_PATH_IMAGE035
( II-5)、
Figure DEST_PATH_IMAGE036
(II-6)、
Figure DEST_PATH_IMAGE037
(II-7)、
Figure DEST_PATH_IMAGE038
(II-8)、
Figure DEST_PATH_IMAGE039
(II-9)、
Figure DEST_PATH_IMAGE040
(II-10)、
Figure DEST_PATH_IMAGE041
(II-11)、
Figure DEST_PATH_IMAGE042
(II-12)、
Figure DEST_PATH_IMAGE043
(II-13)、
Figure DEST_PATH_IMAGE044
(II-14)、
Figure DEST_PATH_IMAGE045
式(II-15)、
Figure DEST_PATH_IMAGE046
式(II-16)、
Figure DEST_PATH_IMAGE047
式(II-17)、
Figure DEST_PATH_IMAGE048
式(II-18)、
Figure DEST_PATH_IMAGE049
式(II-19)、
Figure DEST_PATH_IMAGE050
(II-20)。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述式(II-1)至(II-14)化合物的质量百分含量为0.1%-7%，优选3%-5%。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述式(II-15)至(II-19)化合物的质量百分含量为0.1%-1%，优选0.3%-0.7%。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括丙酸丙酯和丙酸乙酯。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述丙酸丙酯的质量百分含量为：e%。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述丙酸乙酯的质量百分含量为d%。
在一些实施例中，e和d之间满足关系：5≤d+e≤40，0.1≤d/e≤4。
在一些实施例中，d和e满足关系式：(d/e)×x≤6。
本申请还提供一种电子装置，包括前述的电化学装置。
本申请至少包括如下有益效果：
本申请通过在电解液中引入式Ⅰ表示化合物可改善电化学装置的热箱性能，式Ⅰ表示化合式可以作用在阳极，保护阳极界面，提高阳极热稳定性。
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。
在本申请的说明中，除非另有明确的规定和限定，术语“式I”、“式II”等仅用于说明的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性以及相互存在关系。
[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。
在一些实施例中，电化学装置包括正极片、负极片、隔离膜、电解液以及壳体。
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：将正极片、隔离膜和负极片按顺序堆叠，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袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置；或者，将正极片、隔离膜和负极片按顺序堆叠，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袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。
<电解液>
在一些实施例中，所述电解液包括由式(I)表示的化合物；
基于所述电解液的质量，所述由式(I)表示的化合物的质量含量为a%；且满足0.07≤a/x≤0.8；
Figure 663427DEST_PATH_IMAGE001
式I
其中，R11、R12、R13、R14和R15各自独立地选自氢、卤素、酸酐、氰基、经取代或未经取代的烃基、经取代或未经取代的烃氧基中的一种，且R11、R12、R13、R14和R15至少有一个为氰基。
通过在电解液中引入式Ⅰ表示化合物可改善热稳定性，式Ⅰ表示化合式可以作用在阳极，保护阳极界面，提高阳极热稳定性。阳极比表面积越大，式Ⅰ表示化合物在阳极表面的作用位点位越多，对阳极保护效果越好。因此，当石墨阳极的比表面积x m2/g与式Ⅰ表示化合物之间满足0.05≤a/x≤0.8，可达到显著改善热稳定性能的目的。当石墨阳极的比表面积x m2/g与式Ⅰ表示化合物之间不满足0.07≤a/x≤0.8，也就是当a/x<0.7时，式Ⅰ表示化合物在阳极表面的作用位点少，阳极表面暴露很多的活性位点，与电解液发生副反应，热稳定性下降，循环圈数降低。当a/x>0.8时，阳极表面式Ⅰ表示化合物的含量太高，在阳极表面形成厚厚的SEI膜，抑制锂离子嵌入，阳极表面发生析锂，电化学装置的热稳定性及循环效果降低。
所述由式(I)表示的化合物选自式(I-1)至式(I-29)所示化合物中的至少一种：
Figure 998593DEST_PATH_IMAGE002
式(I-1)、
Figure 914465DEST_PATH_IMAGE003
式(I-2)、
Figure 993280DEST_PATH_IMAGE004
式(I-3)、
Figure DEST_PATH_IMAGE051
式(I-4)、
Figure 428940DEST_PATH_IMAGE006
式(I-5)、
Figure DEST_PATH_IMAGE052
式(I-6)、
Figure 611705DEST_PATH_IMAGE008
式(I-7)、
Figure DEST_PATH_IMAGE053
式(I-8)、
Figure DEST_PATH_IMAGE054
式(I-9)、
Figure DEST_PATH_IMAGE055
式(I-10)、
Figure 765606DEST_PATH_IMAGE012
式(I-11)、
Figure DEST_PATH_IMAGE056
式(I-12)、
Figure DEST_PATH_IMAGE057
式(I-13)、
Figure DEST_PATH_IMAGE058
式(I-14)、
Figure DEST_PATH_IMAGE059
式(I-15)、
Figure DEST_PATH_IMAGE060
式(I-16)、
Figure DEST_PATH_IMAGE061
式(I-17)、
Figure DEST_PATH_IMAGE062
式(I-18)、
Figure DEST_PATH_IMAGE063
式(I-19)、
Figure DEST_PATH_IMAGE064
式(I-20)、
Figure 585794DEST_PATH_IMAGE022
式(I-21)、
Figure DEST_PATH_IMAGE065
式(I-22)、
Figure 875961DEST_PATH_IMAGE024
式(I-23)
Figure 818509DEST_PATH_IMAGE025
式(I-24)、
Figure DEST_PATH_IMAGE066
式(I-25)、
Figure DEST_PATH_IMAGE067
式(I-26)、
Figure 944859DEST_PATH_IMAGE028
式(I-27)、
Figure DEST_PATH_IMAGE068
式(I-28)、
Figure 303159DEST_PATH_IMAGE030
式(I-29)。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括氟代碳酸乙烯酯（FEC），所述电解液中氟代碳酸乙烯酯含量为b%，4≤b≤13。
在一些实施例中，所述a和电解液中氟代碳酸乙烯酯含量b%，满足11≤b/a≤90。
当FEC与式Ⅰ表示的化合物满足11≤b/a≤90时，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到进一步提高。FEC是一种很好的阳极成膜添加剂，适当引入FEC，可进一步增强对阳极的保护，进而提高电化学装置的热箱性能及45℃循环性能。当FEC与式Ⅰ表示的化合物不满足11≤b/a≤90时，也就是在引入FEC的同时，在电解液中引入了过少或过多的式Ⅰ表示的化合物，两者不能很好的协同形成多组分更加稳定的SEI膜，SEI膜的稳定性较差，导致电化学装置的热箱性能及循环性能下降。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括式(II)所示化合物，所述式(II)所示化合物选自式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的任意一种：
Figure 962680DEST_PATH_IMAGE031
(II-1)、
Figure 810550DEST_PATH_IMAGE032
(II-2)、
Figure 735781DEST_PATH_IMAGE033
(II-3)、
Figure 897772DEST_PATH_IMAGE034
(II-4)、
Figure DEST_PATH_IMAGE069
( II-5)、
Figure 913263DEST_PATH_IMAGE036
(II-6)、
Figure 197614DEST_PATH_IMAGE037
(II-7)、
Figure 610141DEST_PATH_IMAGE038
(II-8)、
Figure 310244DEST_PATH_IMAGE039
(II-9)、
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(II-10)、
Figure 491826DEST_PATH_IMAGE041
(II-11)、
Figure DEST_PATH_IMAGE071
(II-12)、
Figure 134029DEST_PATH_IMAGE043
(II-13)、
Figure 971535DEST_PATH_IMAGE044
(II-14)、
Figure 537646DEST_PATH_IMAGE045
式(II-15)、
Figure 573735DEST_PATH_IMAGE046
式(II-16)、
Figure 888304DEST_PATH_IMAGE047
式(II-17)、
Figure 275423DEST_PATH_IMAGE048
式(II-18)、
Figure 317328DEST_PATH_IMAGE049
式(II-19)、
Figure 473503DEST_PATH_IMAGE050
(II-20)。
通过在含式(Ⅰ)所表示的化合物的电解液中进一步引入式(Ⅱ)表示的化合物，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到进一步提高，式(Ⅱ)所表示的化合物是一类很好的阳极成膜添加剂，在阳极可形成含无机组分的SEI，增强阳极热稳定性，减少阳极表面副反应，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到改善。在阳极比表面积固定情况下，通过在含式(Ⅰ)所表示的化合物和FEC的电解液中进一步引入式(Ⅱ)表示的化合物，三种阳极成膜添加剂在阳极协调形成含多组分的SEI膜，SEI膜的稳定性进一步提升，阳极表面副反应减少，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能进一步提高。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述式(II)化合物的质量百分含量为c%。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述式(II-1)至(II-14)化合物的质量百分含量为0.1%-7%；基于电解液的质量，所述式(II-1)至(II-14)化合物的质量百分含量为3%-5%。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述式(II-15)至(II-19)化合物的质量百分含量为0.1%-1%；基于电解液的质量，所述式(II-15)至(II-19)化合物的质量百分含量为0.3%-0.7%。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括丙酸丙酯和丙酸乙酯。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述丙酸丙酯的质量百分含量为：e%。
在一些实施例中，基于电解液的质量，所述丙酸乙酯的质量百分含量为d%；
在一些实施例中，e和d之间满足关系：5≤d+e≤40，0.1≤d/e≤4。
在一些实施例中，d和e满足关系式：(d/e)×x≤6。
电解液中溶剂对电池安全具有很大影响，通过在电解液中引入丙酸酯可提高电池的动力学性能。为了保证电池的循环性能，电解液中EC含量不能太低，通过提高电解液中丙酸丙酯的含量可以改善热箱性能，而提高丙酸乙酯含量恶化热箱，但是提高丙酸乙酯含量可以显著改善电池动力学，因此，通过两者比例的调整，可保证在热箱具备优势的情况下可进一步提高电解液乃至电池的动力学性能，扩大其应用范围。比表面积对动力学的要求不同，比表面积越大，对动力学要求越小，因此，当石墨阳极比表面积x m2/g与丙酸丙酯含量e、丙酸乙酯含量d满足 (d/e)×x≤6，可在兼顾动力学的同时，电化学装置的热力学性能得到进一步提升。
<负极片>
在一些实施例中，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料的比表面积为x。
在一些实施例中，x m2/g的范围1≤x≤2。
在一些实施例中，负极活性物质层还包括负极粘结剂和负极导电剂。在一些实施例中，负极粘结剂包括二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)，聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、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、Super P、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）。
在一些实施例中，负极片还包括集流体。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，可以包括但不限于铜箔、铜合金箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体等。在本申请中，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，例如厚度为4μm至12μm。在本申请中，负极活性材料层可以设置在沿负极集流体厚度方向的一个表面或两个表面上。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。
在一些实施例中，负极片的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的负极片的制备方法。在一些实施例中，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片。溶剂是本领域公知的可被用作负极活性物质层的溶剂，溶剂例如但不限于水。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。
<正极片>
在一些实施例中，正极片包括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材料层。所述正极材料层通常包括正极活性材料以及可选的正极粘结剂和导电剂。在本申请中，正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体等。作为示例，所述正极集流体可以为铝箔。在本申请中，对正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，在本申请中，正极材料层可以设置于沿正极集流体厚度方向的一个表面或两个表面上。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。
在一些实施例中，正极活性材料可以包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或镍锰酸锂中的至少一种，上述正极活性材料可以经过掺杂和/或包覆处理。在一些实施例中，用于包覆层的包覆元素可以包括K、Na、Ca、Mg、B、Al、Co、Si、V、Ga、Sn、Zr或它们的混合物。
在一些实施例中，正极粘结剂用于改善正极活性物质颗粒彼此间以及正极活性物质颗粒与集流体的粘结性能。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、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。任选地，正极还可以包括导电层，导电层位于正极集流体和正极材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。
在一些实施例中，正极片的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的正极片的制备方法。在一些实施例中，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>
隔离膜是本领域技术公知的可被用于电化学装置的隔离膜，本申请的电化学装置在正极与负极之间设有隔离膜以防短路。例如但不限于聚烯烃类微多孔膜。在一些实施例中，隔离膜包括聚乙烯（PE）、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯（PP）、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中的至少一种。
在一些实施例中，隔离膜为单层隔离膜或多层隔离膜。
在一些实施例中，所述隔离膜包括基材层和表面处理层。所述基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。在一些实施例中，所述聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。本申请的隔离膜可以具有多孔结构，孔径的尺寸没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，孔径的尺寸可以为0.01μm至1μm。在本申请中，隔离膜的厚度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如厚度可以为5μm至500μm。
在一些实施例中，隔离膜表面还可以设置有表面处理层。所述表面处理层设置在隔离膜的基材的至少一个表面上，表面处理层包括无机物层或聚合物层中的至少一种。在一些实施例中，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝（Al2O3）、氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化钛（TiO2）、二氧化铪（HfO2）、氧化锡（SnO2）、二氧化铈（CeO2）、氧化镍（NiO）、氧化锌（ZnO）、氧化钙（CaO）、氧化锆（ZrO2）、氧化钇（Y2O3）、碳化硅（SiC）、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。在一些实施例中，所述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、羧甲基纤维素钠、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中的至少一种。所述隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。在一些实施例中，聚合物层中的聚合物材料选自聚丙烯腈、聚丙烯酸盐、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
本申请中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，壳体可以为硬壳壳体或柔性壳体。硬壳的材质诸如为金属。柔性壳体诸如为金属塑膜，例如铝塑膜、钢塑膜等。
在一些实施例中，所述正极片、所述隔离膜和所述负极片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。
在另一些实施例中，电化学装置配合电路保护板一起使用。
[电子装置]
本申请还提供了包括上述电化学装置的电子装置，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。
下面以电化学装置为锂离子电池为例并结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
（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）按重量比1：1：1均匀混合，加入LiPF6搅拌均匀，形成基础电解液。根据以下各实施例和对比例设置电解液。其中，基于电解液质量，LiPF6的质量含量为14.4%mol/L。
（2）正极片制备
将正极活性材料钴酸锂（LiCoO2）、导电剂碳纳米管（CNT）、特定粘结剂聚偏二氟乙烯按照重量比95:2:3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至体系成均一状正极浆料，然后将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上；在85℃下烘干后经过冷压、裁片、分切后，在85℃的真空条件下干燥4h，得到正极片。
（3）负极片制备
将负极活性物质石墨、粘结剂丁苯橡胶（SBR）、增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）按照重量比95:2:3在适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将此浆料涂覆于负极集流体Cu箔上，烘干、冷压，得到负极片。
（4）隔离膜制备
隔离膜选用聚乙烯（PE）隔膜。
（5）锂离子电池的制备
隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕，置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电池中，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。
接下来对锂离子电池性能进行测试：
（1）热箱（Hotbox）测试
在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.5 V，4.5V恒压充电至电流为0.02C。将电池放置在高温箱中，用5±2℃/min的温升速率加热到132度，然后保持1h，记录电池的电压、温度以及热箱温度的变化。本申请统一以128℃/130℃/132℃1h的通过率作为比对。
（2）高温循环测试
在45℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.5 V，然后恒压充电至电流为0.05C，再用1 C恒流放电至3.0 V，此时为首次循环。按照上述条件使锂离子电池进行多次循环。以首次放电的容量为100%，反复进行充放电循环，至放电容量衰减至80%时，停止测试，记录循环圈数，作为评价锂离子电池循环性能的指标。
（3）直流阻抗测试
以0.5C的电流将锂离子电池恒流充电至4.5V，再恒压充电至0.05C。静置30min，然后以0.1C的电流放电10s（每0.1s记录对应电压值U1），以1C的电流放电360 s（每0.1s记录对应电压值U2）。重复充放电步骤5次。“1C”是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。按如下公式计算锂离子电池在50%荷电状态（SOC）状态下的DCR：R=(U2-U1)/(1C-0.1C)。
实施例和对比例中，所用到的添加剂的种类及含量如表1-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质量百分含量。
具体测试结果如下：
表1实施例1-1至1-24和对比例1-4的参数
Figure DEST_PATH_IMAGE072
表1所示，相同比表面积条件下，通过在电解液中引入式Ⅰ表示化合物可改善电化学装置的热箱性能，式Ⅰ表示化合式可以作用在阳极，保护阳极界面，提高阳极热稳定性。阳极比表面积越大，式Ⅰ表示化合物在阳极表面的作用位点位越多，对阳极保护效果越好。因此，当石墨阳极的比表面积x m2/g与式Ⅰ表示化合物之间满足0.07≤a/x≤0.8，可达到显著改善电化学装置的热箱性能的目的。当石墨阳极的比表面积x m2/g与式Ⅰ表示化合物之间不满足0.07≤a/x≤0.8，也就是当a/x<0.07时，式Ⅰ表示化合物在阳极表面的作用位点少，阳极表面暴露很多的活性位点，与电解液发生副反应，热稳定性下降，循环圈数降低。当a/x>0.8时，阳极表面式Ⅰ表示化合物的含量太高，在阳极表面形成厚厚的SEI膜，抑制锂离子嵌入，阳极表面发生析锂，电芯热稳定性及循环效果降低。
表2 实施例1-1至实施例1-2、实施例2-1至实施例2-13、对比例5-7的参数
Figure 457508DEST_PATH_IMAGE073
表2所示，当FEC与式Ⅰ表示的化合物满足11≤b/a≤90时，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到进一步提高。FEC是一种很好的阳极成膜添加剂，适当引入FEC，可进一步增强对阳极的保护，进而提高电化学装置的热箱性能及45℃循环性能。当FEC与式Ⅰ表示的化合物不满足11≤b/a≤90时，也就是在引入FEC的同时，在电解液中引入了过少或过多的式Ⅰ表示的化合物，两者不能很好的协同形成多组分更加稳定的SEI膜，SEI膜的稳定性较差，导致电化学装置热稳定性及循环性能下降。
表3 实施例1-2、实施例2-7、实施例3-1至3-18、对比例8-9的参数
Figure DEST_PATH_IMAGE074
表3所示，在实施例3-1到实施例3-10中，在阳极比表面积固定情况下，通过在含式Ⅰ所表示的化合物的电解液中进一步引入式Ⅱ表示的化合物，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到进一步提高。
式Ⅱ所表示的化合物是一类很好的阳极成膜添加剂，在阳极可形成含无机组分的SEI，增强阳极热稳定性，减少阳极表面副反应，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能得到改善。在实施例3-11到实施例3-18中，在阳极比表面积固定情况下，通过在含式Ⅰ所表示的化合物和FEC的电解液中进一步引入式Ⅱ表示的化合物，三种阳极成膜添加剂在阳极协调形成含多组分的SEI膜，SEI膜的稳定性进一步提升，阳极表面副反应减少，电化学装置的热箱性能及45℃循环性能进一步提高。
表4 实施例4-1至4-15、对比例10-12的参数
Figure 4027DEST_PATH_IMAGE075
其中，实施例4-1至4-15、对比例10-12与实施例1-2的区别在于，依据表4含量进一步加入羧酸酯（丙酸乙酯和丙酸丙酯），并相应调整负极活性材料的BET。电解液中溶剂对电池安全具有很大影响，通过在电解液中引入丙酸酯可提高电池的动力学性能。为了保证电池的循环性能，电解液中EC含量不能太低，因此限定丙酸酯在电解液中含量低于40%。
表4所示，通过提高电解液中丙酸丙酯的含量可以改善热箱，而提高丙酸乙酯含量恶化热箱，但是提高丙酸乙酯含量可以显著改善电池动力学，因此通过两者比例的调整，可保证在热箱具备优势的情况下可进一步提高电解液乃至电池的动力学性能。石墨不同，比表面积对动力学的要求不同，比表面积越大，对动力学要求越小，因此，当石墨阳极比表面积x m2/g与丙酸丙酯含量e，丙酸乙酯含量d满足 (d/e)×x≤6，可在兼顾动力学的同时，电化学装置的热箱性能得到进一步提升。
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 (11)

1.一种电化学装置，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，其中，
所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料的比表面积为x m2/g；
所述电解液包括由式(I)表示的化合物；
基于所述电解液的质量，所述由式(I)表示的化合物的质量含量为a%；且满足0.07≤a/x≤0.8；
Figure 778695DEST_PATH_IMAGE001
式(I)
其中，R11、R12、R13、R14和R15各自独立地选自氢、卤素、酸酐、氰基、经取代或未经取代的烃基、经取代或未经取代的烃氧基中的一种，且R11、R12、R13、R14和R15至少有一个为氰基。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，满足以下条件(i)至(ii)中的至少一者：
(i) x的范围1≤x≤2；
(ii) a的范围0.01-5。
3. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述由式(I)表示的化合物选自式(I-1)至式(I-29)所示化合物中的至少一种：
Figure 422166DEST_PATH_IMAGE002
式(I-1)、
Figure 695016DEST_PATH_IMAGE003
式(I-2)、
Figure 423937DEST_PATH_IMAGE004
式(I-3)、
Figure 502752DEST_PATH_IMAGE005
式(I-4)、
Figure 689145DEST_PATH_IMAGE006
式(I-5)、
Figure 460791DEST_PATH_IMAGE007
式(I-6)、
Figure 349113DEST_PATH_IMAGE008
式(I-7)、
Figure 231618DEST_PATH_IMAGE009
式(I-8)、
Figure 584102DEST_PATH_IMAGE010
式(I-9)、
Figure 713601DEST_PATH_IMAGE011
式(I-10)、
Figure 151536DEST_PATH_IMAGE012
式(I-11)、
Figure 572153DEST_PATH_IMAGE013
式(I-12)、
Figure 982406DEST_PATH_IMAGE014
式(I-13)、
Figure 95855DEST_PATH_IMAGE015
式(I-14)、
Figure 709501DEST_PATH_IMAGE016
式(I-15)、
Figure 933809DEST_PATH_IMAGE017
式(I-16)、
Figure 995306DEST_PATH_IMAGE018
式(I-17)、
Figure 217340DEST_PATH_IMAGE019
式(I-18)、
Figure 629867DEST_PATH_IMAGE020
式(I-19)、
Figure 657866DEST_PATH_IMAGE021
式(I-20)、
Figure 26399DEST_PATH_IMAGE022
式(I-21)、
Figure 216072DEST_PATH_IMAGE023
式(I-22)、
Figure 53578DEST_PATH_IMAGE024
式(I-23)
Figure 619689DEST_PATH_IMAGE025
式(I-24)、
Figure 921357DEST_PATH_IMAGE026
式(I-25)、
Figure 970347DEST_PATH_IMAGE027
式(I-26)、
Figure 357466DEST_PATH_IMAGE028
式(I-27)、
Figure 664950DEST_PATH_IMAGE029
式(I-28)、
Figure 555546DEST_PATH_IMAGE030
式(I-29)。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液进一步包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)，所述电解液中氟代碳酸乙烯酯含量为b%，4≤b≤13。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述a和电解液中氟代碳酸乙烯酯含量b%，满足11≤b/a≤90。
6. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液进一步包括式(II) 所示化合物，所述式(II)所示化合物选自式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的任意一种：
Figure 352600DEST_PATH_IMAGE031
(II-1)、
Figure 148387DEST_PATH_IMAGE032
(II-2)、
Figure 321879DEST_PATH_IMAGE033
(II-3)、
Figure 270244DEST_PATH_IMAGE034
(II-4)、
Figure 238200DEST_PATH_IMAGE035
( II-5)、
Figure 334332DEST_PATH_IMAGE036
(II-6)、
Figure 734351DEST_PATH_IMAGE037
(II-7)、
Figure 599539DEST_PATH_IMAGE038
(II-8)、
Figure 738397DEST_PATH_IMAGE039
(II-9)、
Figure 259508DEST_PATH_IMAGE040
(II-10)、
Figure 509223DEST_PATH_IMAGE041
(II-11)、
Figure 681448DEST_PATH_IMAGE042
(II-12)、
Figure 991206DEST_PATH_IMAGE043
(II-13)、
Figure 61930DEST_PATH_IMAGE044
(II-14)、
Figure 53020DEST_PATH_IMAGE045
式(II-15)、
Figure 892800DEST_PATH_IMAGE046
式(II-16)、
Figure 61876DEST_PATH_IMAGE047
式(II-17)、
Figure 354317DEST_PATH_IMAGE048
式(II-18)、
Figure 211414DEST_PATH_IMAGE049
式(II-19)、
Figure 843384DEST_PATH_IMAGE050
(II-20)。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，
基于电解液的质量，所述式(II-1)至(II-14)化合物的质量百分含量为0.1%-7%；
基于电解液的质量，所述式(II-15)至(II-19)化合物的质量百分含量为0.1%-1%。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，
基于电解液的质量，所述式(II-1)至(II-14)化合物的质量百分含量为3%-5%；
基于电解液的质量，所述式(II-15)至(II-19)化合物的质量百分含量为0.3%-0.7%。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述电解液进一步包括丙酸丙酯和丙酸乙酯；
基于电解液的质量，所述丙酸丙酯的质量百分含量为：e%；
基于电解液的质量，所述丙酸乙酯的质量百分含量为d%；
e和d之间满足关系：5≤d+e≤40，0.1≤d/e≤4。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中，
d和e满足关系式：(d/e)×x≤6。
11.一种电子装置，包括权利要求1-10中任意一项所述的电化学装置。
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