CN115516683A - 一种电化学装置及包含其的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电化学装置及包含其的电子装置，所述电化学装置包含正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液包含添加剂；所述电化学装置的保液系数为a g/Ah，满足0.5≤a≤3.5；基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为b％，满足0.005≤b≤3；其中，所述添加剂包括双草酸硼酸锂、碳酸乙烯亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三烯丙基磷酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯或丙烯基‑1,3‑磺酸内酯中的至少一种。本申请的电化学装置通过采用适当的电解液保有量，并在电解液中加入适量的上述添加剂，能够有效提高电化学装置的低温放电性能和安全性能。包含该电化学装置的电子装置，也具有良好的低温放电性能和安全性能。

Description

一种电化学装置及包含其的电子装置
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其的电子装置。
背景技术
二次电池(例如锂离子电池)作为一种新型的可移动储能装置，由于具有高能量密度、高工作电压、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保等特点，在手机、笔记本电脑、摄像机等便携式电子设备领域得到了广泛应用，其使用范围也正从小型便携式电子设备向大型电动运输工具和可再生能源存储领域扩展。随着锂离子电池在上述领域中的广泛应用，人们对锂离子电池的性能提出更高的发展要求，例如提高能量密度、提高安全性能以及降低成本等方面。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电化学装置及包含其的电子装置，以提高电化学装置的低温放电性能和安全性能。
本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包含正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液包含添加剂；所述电化学装置的保液系数为a g/Ah，满足0.5≤a≤3.5；基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为b％，满足0.005≤b≤3；其中，所述添加剂包括双草酸硼酸锂、碳酸乙烯亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三烯丙基磷酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯或丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电化学装置的保液系数a g/Ah为1g/Ah至2.5g/Ah；满足：-1.6≤ln(a×b)≤1.8。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述隔离膜的迂曲度d为1.5至3，满足：0.6≤d/a≤3。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含碳酸亚乙烯酯；基于所述电解液的总质量，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为c％，满足：0.005≤c≤3，0.003≤c/a≤3。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含磺酸酯类化合物；所述磺酸酯类化合物包括1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,3-丙烷二磺酸酐或2,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述磺酸酯类化合物的质量百分含量为e％，满足：0.01≤e≤5。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液包含第一含氟锂盐添加剂；所述第一含氟锂盐添加剂包括双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂或双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第一含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f1％，满足：0.08≤f1≤6；
和/或，所述电解液包含第二含氟锂盐添加剂；所述第二含氟锂盐添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂或四氟硼酸锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第二含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f2％，满足：0.01≤f2≤3。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含多腈类化合物；所述多腈类化合物包括丁二腈、戊二腈、己二腈、1,4-二氰基-2-丁烯、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3,6-己烷三腈或1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述多腈类化合物的质量百分含量为g％，满足：0.08≤g≤3。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含芳香族化合物；所述芳香族化合物包括联苯、环己基苯、氟苯或二氟联苯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述芳香族化合物的质量百分含量为h％，满足：0.008≤h≤7。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述正极包含正极活性材料层，所述正极活性材料层的压实密度j为1g/cm3至4g/cm3。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述正极活性材料Dv50为k，k为2μm至40μm；所述隔离膜的厚度为i，满足：i为3μm至20μm，5μm≤i+k≤60μm。
本申请第二方面提供了一种电子装置，其包含本申请第一方面提供的电化学装置。
本申请提供了一种电化学装置及包含其的电子装置，所述电化学装置包含正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液包含添加剂；所述电化学装置的保液系数为a g/Ah，满足0.5≤a≤3.5；基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为b％，满足0.005≤b≤3；其中，所述添加剂包括双草酸硼酸锂、碳酸乙烯亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三烯丙基磷酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯或丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种。本申请的电化学装置通过采用适当的电解液保有量，并在电解液中加入适量的上述添加剂，能够有效提高电化学装置的低温放电性能和安全性能。包含该电化学装置的电子装置，也具有良好的低温放电性能和安全性能。
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，以下举实施例，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。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。本领域技术人员应当理解，以下说明仅为举例说明，并不限定本申请的保护范围。
本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包含正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液包含添加剂；所述电化学装置的保液系数为a g/Ah，满足0.5≤a≤3.5；基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为b％，满足0.005≤b≤3；其中，所述添加剂包括双草酸硼酸锂、碳酸乙烯亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三烯丙基磷酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯或丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种。例如，a的值可以为0.5、0.8、1、1.5、2、2.5、3、3.2、3.5或其间的任意范围；b的值可以为0.005、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、2.8、3或其间的任意范围。不限于任何理论，发明人研究发现，本申请的电化学装置通过采用适当的电解液保有量，并在电解液中加入适量的上述添加剂，能够有效提高电化学装置的低温放电性能和安全性能。
不限于任何理论，发明人研究发现，当保液系数a的值过低时，例如低于0.5g/Ah，在化成过程中，活性物质浸润不充分，电解液中的添加剂与活性材料难以形成有效协同，无法通过功能性界面的形成改善电化学装置的低温放电性能；当保液系数a的值过高时，例如高于3.5g/Ah，电极界面对活性材料的保护作用削弱，会致使锂离子电池中的活性锂成分不断被消耗，从而引起锂离子电池容量的加速衰减。在具有特定电解液保有量的电化学体系中加入所述添加剂，能够在正、负极形成界面保护膜，但是当添加剂过多时，例如多于3％，会增加界面阻抗，对低温放电性能及放电温升造成影响。不限于任何理论，通过选择上述添加剂，并将a和b控制在上述范围内，有利于提升电化学装置的低温放电性能和安全性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电化学装置的保液系数a g/Ah为1g/Ah至2.5g/Ah；满足：-1.6≤ln(a×b)≤1.8。例如，a的值可以为1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5或其间的任意范围；ln(a×b)的值可以为-1.6、-1.3、-1.0、-0.5、0、0.05、0.1、0.2、0.5、0.7、1、1.2、1.5、1.8或其间的任意范围。本申请的发明人发现，将a和ln(a×b)的值控制在上述范围内，能够进一步提高电化学装置的低温放电性能和安全性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述隔离膜的迂曲度d为1.5至3，满足：0.6≤d/a≤3。例如，d的值可以为1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3或其间的任意范围；d/a的值可以为0.6、0.8、1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3或其间的任意范围。发明人发现，通过控制d和d/a的值在上述范围内，能够使电化学装置具有优良的低温放电性能和安全性能。
发明人发现，增加隔离膜的迂曲度d，有利于提高隔离膜对毛刺和锂枝晶的阻隔作用，进而改善电化学装置的安全性能；当迂曲度d过低时，例如低于1.5，不能对电化学装置起到很好的保护效果；迂曲度d过高时，例如高于3，会影响离子通过性，进而影响电化学装置的低温放电性能；通过控制d和d/a在上述范围内，能够使电化学装置具有优良的低温放电性能和安全性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含碳酸亚乙烯酯；基于所述电解液的总质量，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为c％，满足：0.005≤c≤3，0.003≤c/a≤3。例如c的值可以为0.005、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、2.8、3或其间的任意范围；c/a的值可以为0.003、0.005、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、2.8、3或其间的任意范围。通过控制c和c/a的值在上述范围内，能够使电化学装置具有优良的性能。
在电解液中添加碳酸亚乙烯酯(VC)，可以进一步修饰负极的固体电解质界面(SEI)膜，使形成的SEI膜具有更加紧密的结构，性能更好的SEI膜能够阻止电解液进一步分解，从而进一步改善电化学装置的性能；但是当碳酸亚乙烯酯含量过多时，例如多于3％，会造成阻抗上升，出现界面析锂趋势，不利于电化学装置的安全性能，因此，控制c和c/a的值在上述范围内。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含磺酸酯类化合物；本申请对所述磺酸酯类化合物的种类没有特别的限制，只要能实现本申请的目的即可，例如所述磺酸酯类化合物可以包括1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,3-丙烷二磺酸酐或2,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述磺酸酯类化合物的质量百分含量为e％，满足：0.01≤e≤5。例如e的值可以为0.01、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或其间的任意范围。在电解液中添加磺酸酯类化合物，可以显著改善电化学装置的低温放电性能，并随磺酸酯类化合物含量的升高改善效果越明显；但是当磺酸酯类化合物用量过高时，例如高于5％，电化学装置的低温放电性能则不会再改善。通过将e的值控制在上述范围内，能够进一步改善电化学装置的低温放电性能和安全性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含含氟锂盐添加剂；本申请对所述含氟锂盐添加剂的种类没有特别的限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，所述电解液包含第一含氟锂盐添加剂；所述第一含氟锂盐添加剂包括双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂或双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第一含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f1％，满足：0.08≤f1≤6；
和/或，所述电解液包含第二含氟锂盐添加剂；所述第二含氟锂盐添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂或四氟硼酸锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第二含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f2％，满足：0.01≤f2≤3。
本申请中，f1的值可以为0.08、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6或其间的任意范围；f2的值可以为0.01、0.1、0.2、0.5、1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3或其间的任意范围。含氟锂盐添加剂能够在负极成膜，较好的SEI膜能对负极进行保护，提高电化学装置的低温放电性能；但是当含氟锂盐添加剂的含量较高时，会导致形成的SEI膜过厚，致使阻抗增加。
本申请在电解液中添加第一含氟锂盐添加剂时，将f1控制在0.08％至6％的范围内，能够改善电化学装置的低温放电性能和安全性能；本申请在电解液中添加第二含氟锂盐添加剂时，将f2控制在0.01％至3％的范围内，能够改善电化学装置的低温放电性能和安全性能；第一含氟锂盐添加剂和第二锂盐添加剂可以单独使用，也可以组合使用。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含多腈类化合物；本申请对所述多腈类化合物的种类没有特别的限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，所述多腈类化合物可以包括丁二腈、戊二腈、己二腈、1,4-二氰基-2-丁烯、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3,6-己烷三腈或1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述多腈类化合物的质量百分含量为g％，满足：0.08≤g≤3。例如g的值可以为0.08、0.1、0.2、0.5、1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3或其间的任意范围。多腈类化合物能够在正极上形成聚合物膜，能够对正极进行较好的保护。通过调控多腈类化合物的质量百分含量在上述范围内，能够有效改善电化学装置的低温放电性能和安全性能。通过选择上述多腈类化合物，可以进一步提升电化学装置的低温放电性能和安全性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述电解液还包含芳香族化合物；本申请对所述芳香族化合物的种类没有特别的限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，所述芳香族化合物可以包括联苯、环己基苯、氟苯或二氟联苯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述芳香族化合物的质量百分含量为h％，满足：0.008≤h≤7。例如h的值可以为0.008、0.01、0.02、0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7或其间的任意范围，例如1至5。本申请在电解液中加入芳香族化合物，因芳香族化合物能够发生电聚合反应，生成的聚合物膜能够防止热失控，从而显著提高电化学装置的热箱性能，使电化学装置具有较好的安全性能；优选地，当h的值满足1≤h≤5时，电化学装置具有更好的安全性能。
在本申请中，电解液还可以包含其他非水溶剂，本申请对其他非水溶剂没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如可以包括但不限于羧酸酯类化合物、醚类化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述羧酸酯类化合物可以包括但不限于乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、γ-丁内酯、乙酸2,2-二氟乙酯、戊内酯、丁内酯、2-氟乙酸乙酯、2,2-二氟乙酸乙酯或三氟乙酸乙酯中的至少一种。上述醚类化合物可以包括但不限于乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二丁醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,3-二氧六环或1,4-二氧六环中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于乙基乙烯基砜、甲基异丙基砜、异丙基仲丁基砜、环丁砜、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的至少一种。基于电解液的总质量，上述其他非水溶剂的总含量为5％至90％，例如5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或其间的任何范围。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述正极包含正极活性材料层，所述正极活性材料层的压实密度j为1g/cm3至4g/cm3。例如j的值可以为1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.7、3、3.2、3.5、3.7、4或其间的任意范围。增加正极活性材料层的压实密度，可以提高电化学装置的能量密度，但是压实密度过大时，例如大于4g/cm3，会导致极片浸润不良，电化学装置的动力学变差。发明人发现，通过控制j的值在上述范围内，能够使电化学装置具有较优的低温放电性能。
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述正极活性材料Dv50为k，k为2μm至40μm；所述隔离膜的厚度为i，满足：i为3μm至20μm，5μm≤i+k≤60μm。例如k的值可以为2、3、5、8、10、13、15、18、20、22、25、27、30、32、35、37、40或其间的任意范围；i的值可以为3、5、7、8、10、12、15、16、18、20或其间的任意范围；i+k的值可以为5、10、13、15、18、20、22、25、27、30、35、40、45、48、50、53、55、60或其间的任意范围。不限于任何理论，本申请的发明人发现，通过控制k、i和i+k的值在上述范围内，能够提高电化学装置的能量密度，提升电化学装置的低温放电性能。
本申请中，术语“Dv50”表示颗粒累积分布为50％的粒径；即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％。所述粒径用激光粒度仪进行测定。
本申请的正极还可以包含正极集流体。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、铝合金箔或复合集流体等。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。导电层包括导电剂和粘结剂。
本申请的负极没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极包含负极集流体和负极材料层。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，负极集流体可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体等。本申请的负极材料层包含负极材料。本申请对负极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，负极材料可以包含天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiOx(0<x<2)、及金属锂等中的至少一种。在本申请中，对负极集流体和负极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，负极集流体的厚度为6μm至10μm，单面负极材料层的厚度为30μm至150μm。在本申请中，负极材料层可以设置于负极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负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。任选地，负极还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极材料层之间。导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。导电层包括导电剂和粘结剂。
上述导电剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，导电剂可以包括导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维、鳞片石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。上述粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，粘结剂可以包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素(CMC)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)等中的至少一种。
本申请的隔离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(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和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、氢氧化钙和硫酸钡等中的至少一种。粘结剂没有特别限制，例如可以选自聚偏氟乙烯、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。在一些实施例中，电化学装置可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、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、隔离膜和负极按顺序堆叠，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、隔离膜和负极按顺序堆叠，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。
本申请第二方面提供了一种电子装置，其包含本申请第一方面提供的电化学装置。该电子装置具有良好的低温放电性能和安全性能。
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、和家庭用大型蓄电池等。
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。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
测试方法和设备：
低温放电测试：
将锂离子电池置于高低温箱中，调整温度至25℃，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以0.5C的电流放电至2.8V，之后以0.5C的电流充电至4.2V，再以4.2V恒压充电至电流小于等于0.05C。同样在25℃的温度下，以0.5C的电流放电至3.0V，此时记录放电容量为初始放电容量。在25℃的温度下，以0.5C的电流充电至4.2V，再以4.2V恒压充电至电流小于等于0.05C。之后，将锂离子电池放置于-20℃温度下，静止30分钟以使得锂离子电池的温度与外界温度保持一致。在-20℃的条件下，以0.5C的电流放电至3.0V，此时记录放电容量为低温放电容量。
-20℃低温放电容量保持率＝(低温放电容量/初始放电容量)×100％。
温升测试：
将锂离子电池在45℃下静止5min，以0.5C的电流放电至2.8V，静置60分钟；之后以0.5C的电流恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流小于等于0.05C，静置60分钟；以5C的电流将锂离子电池恒流放电至2.8V，得到5C电流放电过程中的最高温度，最高温度减去测试温度45℃，得到5C放电时的温度升高值(简称温升)。
过充测试：
将锂离子电池于室温下搁置5分钟，以1C倍率恒流放电至2.8V，再以1C的倍率恒流充电至4.2V，恒压充电至电流小于等于0.05C，之后搁置30分钟，随后将锂离子电池转移至过充区域进行测试，以1C的倍率恒流充电至5V，在5V下恒压充电3小时。通过的标准为锂离子电池不燃烧、不爆炸。每个实施例或对比例制得的锂离子电池各测试10个，记录通过测试的个数。
高温存储性能测试：
满充存储：将锂离子电池置于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，之后搁置5分钟，以1C倍率恒流放电至2.8V，记录此时的放电容量为初始放电容量，再以1C的倍率恒流充电至4.2V，恒压充电至电流小于等于0.05C，之后将满充状态的锂离子电池置入60℃的烘箱中存储30天，在存储30天后，将锂离子电池取出并置于25℃的恒温箱中搁置3小时。并按以下流程测试容量恢复：以1C倍率恒流放电至2.8V，再以1C的倍率恒流充电至4.2V，恒压充电至电流小于等于0.05C，接着以1C恒流放电至电压为2.8V，记录此时的放电容量为存储后放电容量。
容量恢复率＝存储后放电容量/初始放电容量×100％。
热箱测试：
将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。以0.5C恒流充电至4.2V，恒压充电至电流为0.05C。之后将锂离子电池转移至热箱中，以2℃/min的速率升温至140℃，并保持30min。通过的标准为锂离子电池不燃烧、不爆炸，每个实施例或对比例制得的锂离子电池各测试10个，记录通过测试的个数。
保液系数测试：
按照如下表达式计算锂离子电池的保液系数：
保液系数＝电解液保有量/锂离子电池首圈放电比容量。
电解液保有量测试：取1块锂离子电池称重记为m0，之后将锂离子电池拆解，离心分离出电解液，将拆解后的铝塑膜、隔离膜、正极极片、负极极片、极耳放入乙腈溶液中，之后将铝塑膜、隔离膜、正极极片、负极极片、极耳取出，烘干，称重记为m1，电解液的保有量为m0-m1。
隔离膜迂曲度测试：
采用麦克马林公式计算隔离膜的迂曲度：(迂曲度d)2＝NM×ε。
其中，NM表示麦克马林数，为σs除以σe的值，其中，σs表示隔离膜电阻率，σe表示电解液的电导率值，ε表示隔离膜的孔隙率。
正极活性材料层压实密度测试：
取正极双面极片制成面积为1540.25mm2的小圆片，取20片小圆片进行称重及测厚，压实密度＝(小圆片的重量-基材的重量)/(1540.25×(小圆片的双面厚度-基材厚度))×1000，取测试平均值即为实施例中的正极压密。
基材(铜箔)的重量和厚度：取无活性物质区域进行称重和测厚得到；
小圆片的重量和基材重量：单位(mg)，
小圆片的双面厚度和基材厚度：单位(μm)。
正极活性材料粒度测试：
采用MasterSizer 2000测试正极活性材料的粒度分布。
隔离膜厚度测试：
采用万分尺测试隔离膜的厚度。
实施例1-1
<电解液的制备>
在含水量小于10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、六氟磷酸锂(LiPF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)和碳酸二乙酯(DEC)混合均匀，得到电解液。基于电解液的总质量，EC的质量百分含量为26％，LiPF6的质量百分含量为11％，LiBOB的质量百分含量为0.005％，余量为DEC的质量百分含量。
<正极极片的制备>
将正极材料镍钴锰酸锂(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)、导电剂导电炭黑(Super P)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比96:2:2进行混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，搅拌均匀，调配成固含量为75wt％的正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于厚度为10μm的正极集流体铝箔的两个表面上，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，将正极极片裁切成74mm×867mm的规格并焊接极耳后待用。
<负极极片的制备>
将负极材料人造石墨、导电剂Super P、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照重量比95:2:2:1进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀，调配成固含量为70wt％的负极浆料；将负极浆料均匀涂覆于厚度为8μm的负极集流体铜箔的两个表面上，90℃条件下烘干，冷压后得到负极活性材料层厚度为150μm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。
<隔离膜的制备>
采用厚度为5μm的聚乙烯(PE)多孔薄膜作为隔离膜。
<锂离子电池的制备>
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电池；将裸电池置于外包装箔中，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、容量测试等工序，即完成锂离子电池的制备。
实施例1-2至实施例1-17
除了相关制备参数和性能参数的变化如表1所示以外，其余与实施例1-1相同。
对比例1-1至对比例1-4
除了相关制备参数和性能参数的变化如表1所示以外，其余与实施例1-1相同。
表1
Figure BDA0003911121540000111
Figure BDA0003911121540000121
“/”表示不含该物质或该组成。
根据实施例1-1至实施例1-17、对比例1-1至对比例1-4可以看出，当保液系数a的值在0.5至3.5之间，添加剂的质量百分含量b的值在0.005至3之间时，锂离子电池具有较好的低温放电性能和安全性能；当a和b的值满足1≤a≤2.5、-1.6≤ln(a×b)≤1.8时，能够进一步提高锂离子电池的低温放电性能和安全性能。
实施例2-1至实施例2-10
除了相关制备参数和性能参数的变化如表2所示以外，其余与实施例1-16相同。
表2
Figure BDA0003911121540000122
Figure BDA0003911121540000131
根据实施例1-16、实施例2-1至实施例2-10可以看出，当保液系数a和隔离膜迂曲度d的值满足1.5≤d≤3、0.6≤d/a≤3时，锂离子电池具有较好的低温放电性能和安全性能。
实施例3-1至实施例3-8
<电解液的制备>
除了在电解液中按照表3的比例加入碳酸亚乙烯酯、相应减少DEC的质量百分含量使电解液的总质量为100％外，其余与实施例1-16相同，相关制备参数和性能参数的变化如表3所示。
<正极极片的制备>、<负极极片的制备>、<隔离膜的制备>及<锂离子电池的制备>的制备均与实施例1-16相同。
实施例3-9
<电解液的制备>
除了在电解液中按照表3的比例加入碳酸亚乙烯酯、相应减少DEC的质量百分含量使电解液的总质量为100％外，其余与实施例1-2相同，相关制备参数和性能参数的变化如表3所示。
<正极极片的制备>、<负极极片的制备>、<隔离膜的制备>及<锂离子电池的制备>的制备均与实施例1-2相同。
表3
Figure BDA0003911121540000132
“/”表示不含该物质或该组成。
根据实施例1-16、实施例3-1至实施例3-9可以看出，当保液系数a和碳酸亚乙烯酯含量c的值满足0.005≤c≤3，0.003≤c/a≤3时，锂离子电池具有较好的高温存储性能。
实施例4-1至实施例4-30
<电解液的制备>
除了在电解液中按照表4的比例加入磺酸酯类化合物、第一含氟锂盐添加剂、第二含氟锂盐添加剂、多腈类化合物或芳香族化合物中的至少一种，并相应减少DEC的质量百分含量使电解液的总质量为100％外，其余与实施例1-16相同，相关制备参数和性能参数的变化如表4所示。
<正极极片的制备>、<负极极片的制备>、<隔离膜的制备>及<锂离子电池的制备>的制备均与实施例1-16相同。
表4
Figure BDA0003911121540000141
Figure BDA0003911121540000151
“/”表示不含该物质或该组成。
根据实施例1-16、实施例4-1至实施例4-5可以看出，在电解液中添加磺酸酯类化合物，可以改善锂离子电池的低温放电性能，并随磺酸酯类化合物含量的升高改善效果越明显；当磺酸酯类化合物含量高于5％时，低温放电性能则不会再改善。当磺酸酯类化合物的质量百分含量e的值满足0.01≤e≤5时，锂离子电池具有较好的低温放电性能和安全性能。
根据实施例1-16、实施例4-6至实施例4-15可以看出，在电解液中添加第一含氟锂盐添加剂和/或第二含氟锂盐添加剂，能够改善锂离子电池的低温放电性能和热箱性能。根据实施例1-16、实施例4-1至实施例4-30可以看出，本申请电解液中加入磺酸酯类化合物、第一含氟锂盐添加剂、第二含氟锂盐添加剂、多腈类化合物和芳香族化合物中的至少一种，均能够进一步改善锂离子电池的低温放电性能和热箱性能。
实施例5-1至实施例5-14
除了相关制备参数和性能参数的变化如表5所示以外，其余与实施例1-16相同。
表5
Figure BDA0003911121540000152
Figure BDA0003911121540000161
根据实施例1-16、实施例5-1至实施例5-14可以看出，正极活性材料层的压实密度j在1g/cm3至4g/cm3之间，锂离子电池具有较好的低温放电性能；隔离膜厚度i在3μm至20μm之间，正极活性材料Dv50 k在2μm至40μm之间，并满足5μm≤i+k≤60μm时，锂离子电池具有较好的低温放电性能。
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 (11)

1.一种电化学装置，其包含正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液包含添加剂；所述电化学装置的保液系数为a g/Ah，满足0.5≤a≤3.5；基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为b％，满足0.005≤b≤3；其中，所述添加剂包括双草酸硼酸锂、碳酸乙烯亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三烯丙基磷酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯或丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置的保液系数a g/Ah为1g/Ah至2.5g/Ah；满足：-1.6≤ln(a×b)≤1.8。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述隔离膜的迂曲度d为1.5至3，满足：0.6≤d/a≤3。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包含碳酸亚乙烯酯；基于所述电解液的总质量，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为c％，满足：0.005≤c≤3，0.003≤c/a≤3。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包含磺酸酯类化合物；所述磺酸酯类化合物包括1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,3-丙烷二磺酸酐或2,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述磺酸酯类化合物的质量百分含量为e％，满足：0.01≤e≤5。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液包含第一含氟锂盐添加剂；所述第一含氟锂盐添加剂包括双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂或双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第一含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f1％，满足：0.08≤f1≤6；
和/或，所述电解液包含第二含氟锂盐添加剂；所述第二含氟锂盐添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂或四氟硼酸锂中的至少一种，基于所述电解液的总质量，所述第二含氟锂盐添加剂的质量百分含量为f2％，满足：0.01≤f2≤3。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包含多腈类化合物；所述多腈类化合物包括丁二腈、戊二腈、己二腈、1,4-二氰基-2-丁烯、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3,6-己烷三腈或1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述多腈类化合物的质量百分含量为g％，满足：0.08≤g≤3。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包含芳香族化合物；所述芳香族化合物包括联苯、环己基苯、氟苯或二氟联苯中的至少一种；基于所述电解液的总质量，所述芳香族化合物的质量百分含量为h％，满足：0.008≤h≤7。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极包含正极活性材料层，所述正极活性材料层的压实密度j为1g/cm3至4g/cm3。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述正极活性材料Dv50为k，k为2μm至40μm；所述隔离膜的厚度为i，满足：i为3μm至20μm，5μm≤i+k≤60μm。
11.一种电子装置，其包含权利要求1至10的任一项所述的电化学装置。
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