CN115548424A - 一种电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔离膜，其中，负极极片包括负极集流体、负极活性物质层和金属锂层，负极活性物质层位于负极集流体表面，金属锂层位于负极活性物质层表面，负极活性物质层包括氧化亚硅颗粒和石墨颗粒；电化学装置在25℃，采用1C充电和0.5C放电，其容量保持率在充放电循环测试中呈现先上升至100%以上再下降的特点，且容量保持率的最大值Hm和容量保持率降低至100%时对应的循环次数Nn存在如下关系：10920≤10993Hm‑Nn≤11050。通过向负极极片引入金属锂层，以提高电化学装置的能量密度和循环寿命。

Description

一种电化学装置和电子装置
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和电子装置。
背景技术
随着手机、电动汽车等用电设备耗电量的不断提升，人们对作为电量来源的锂离子电池要求也随之提高。目前，产业界已经通过在负极中引入氧化亚硅提升锂离子电池的能量密度。然而，氧化亚硅在首次嵌锂过程中会生成氧化锂和硅酸锂等不可逆产物，造成电池的首次库伦效率低下，从而会降低锂离子电池的能量密度。
为了提高氧化亚硅负极的首次库伦效率，人们通常以热处理的方式对氧化亚硅进行锂或镁原子掺杂，在氧化亚硅内部预先生成氧化锂、氧化镁、硅酸锂或硅酸镁，从而减少锂离子电池在首次嵌锂时发生的不可逆反应。
然而，这些热处理的方式会导致氧化亚硅快速地歧化为硅和二氧化硅，硅晶粒的尺寸也随之长大。硅晶粒的长大会使氧化亚硅颗粒在嵌锂时的体积膨胀加剧，导致负极活性物质涂层孔隙率增大、电解液消耗加速、活性物质从集流体脱落等问题，影响锂离子电池的能量密度。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电化学装置和电子装置，以提高电化学装置的能量密度。
本申请的第一方面提供了一种电化学装置，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔离膜，其中，所述负极极片包括负极集流体、负极活性物质层和金属锂层，所述负极活性物质层位于所述负极集流体表面，所述金属锂层位于负极活性物质层表面，所述负极活性物质层包括氧化亚硅颗粒和石墨颗粒；所述电化学装置的容量保持率在25℃，采用1C充电和0.5C放电的充放电循环测试中，呈现先上升至100%以上再下降的特点，且所述容量保持率的最大值Hm和所述容量保持率降低至100%时对应的循环次数Nn存在如下关系：10920≤10993Hm-Nn≤11050。通过向负极极片引入金属锂层，有利于抵消首次充电过程中不可逆反应造成的锂损失，也有利于使氧化亚硅颗粒充分地和金属锂层在封装前进行反应并膨胀，降低封装后电化学装置体积膨胀，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，基于负极活性物质层的质量，所述氧化亚硅颗粒的质量百分含量为1%至25%，所述氧化亚硅颗粒粒度满足：3μm＜Dv50＜6μm；Dv99＜16μm。通过调控氧化亚硅颗粒的质量百分含量和粒度在上述范围内，有利于提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，所述石墨颗粒粒度满足：8μm＜Dv50＜15μm；Dv99＜28μm。通过调控石墨颗粒粒度在上述范围内，有利于提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，所述负极活性物质层的单位面积负载量为3mg/cm2至7mg/cm2。通过调控负极活性物质层的单位面积负载量在上述范围内，有利于提高电池的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，所述负极活性物质层的厚度为25μm至40μm，循环400圈所述负极活性物质层的厚度为35μm至50μm。
在本申请的一些实施方案中，所述金属锂层的单位面积负载量为0.094mg/cm2至0.304mg/cm2。通过调控金属锂层的单位面积负载量在上述范围内，有利于提高电池的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，所述金属锂层的厚度为0.2μm至10μm，循环400圈金属锂层被负极活性物质层吸收，所述金属锂层的厚度为0μm。
在本申请的一些实施方案中，电化学装置充电至2.70V至2.80V范围，所述负极极片中硅和锂元素原子数量比为0.32至0.74。
在本申请的一些实施方案中，所述负极集流体表面涂覆有导电层，所述导电层的厚度为0.4μm至0.8μm。通过调控导电层的厚度在上述范围内，有利于提高电化学装置负极极片对锂离子和电子的传输效率，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。本申请提供的电化学装置具有高能量密度和低膨胀率，得到的电化学装置具有较长的循环寿命。
本申请提供了一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔离膜，其中，负极极片包括负极集流体、负极活性物质层和金属锂层，负极活性物质层位于负极集流体表面，金属锂层位于负极活性物质层表面，负极活性物质层包括氧化亚硅颗粒和石墨颗粒；电化学装置的容量保持率在25℃，采用1C充电和0.5C放电的充放电循环测试中呈现先上升至100%以上再下降的特点，且所述容量保持率的最大值Hm和所述容量保持率降低至100%时对应的循环次数Nn存在如下关系：10920≤10993Hm-Nn≤11050。通过向负极极片引入金属锂层，有利于抵消首次充电过程中不可逆反应造成的锂损失，也有利于使氧化亚硅颗粒充分地和金属锂层在封装前进行反应并膨胀，降低封装后电化学装置的体积膨胀，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
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，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为本申请的一种实施方案的容量衰减曲线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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基于本申请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。
本申请的第一方面提供了一种电化学装置，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔离膜，负极极片包括负极集流体、负极活性物质层和金属锂层，负极活性物质层位于负极集流体表面，金属锂层位于负极活性物质层表面，负极活性物质层包括氧化亚硅颗粒和石墨颗粒。金属锂层可以抵消首次充电过程中不可逆反应造成的锂损失，也可以在电化学装置封装前与氧化亚硅颗粒充分反应，以降低封装后电化学装置的体积膨胀，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
本申请发明人经过深入研究发现，电化学装置的容量保持率在25℃，采用1C充电和0.5C放电的充放电循环测试中呈现先上升至100%以上再下降的特点，且容量保持率的最大值Hm和容量保持率降低至100%时对应的循环次数Nn存在如下关系：10920≤10993Hm-Nn≤11050。电化学装置的容量保持率在充放电循环测试中呈现先上升至100%以上的特点与负极极片中金属锂层的引入有关。当和金属锂层接触时，氧化亚硅颗粒会在电化学装置组装前预先膨胀，从而减弱负极极片在充放电循环过程中的嵌锂膨胀程度。在电化学装置充放电循环过程中，由于预先膨胀，负极极片在充电嵌锂膨胀后使得隔膜和正极极片的距离缩短，进而锂离子传输通道缩短，电池极化现象减弱，最终循环初期氧化亚硅利用率增加，电化学装置的容量保持率上升至100%以上。而随着充放电循环次数的增加，正负极极片和电解液中的活性物质逐渐失效，电化学装置的容量保持率持续下降。
在本申请的一些实施方案中，基于负极活性物质层的质量，氧化亚硅颗粒的质量百分含量为1%至25%，氧化亚硅颗粒粒度满足：3μm＜Dv50＜6μm；Dv99＜16μm。通过调控氧化亚硅颗粒的质量百分含量和粒度在上述范围内，有利于充分发挥氧化亚硅比容量高、循环稳定好的优点，也有利于促进氧化亚硅颗粒与金属锂层充分反应，降低封装后锂离子电池的体积膨胀，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。Dv50是指负极活性物质层中颗粒累计体积分布百分数达到50%时所对应的粒径，Dv99是指负极活性物质层中颗粒累计体积分布百分数达到99%时所对应的粒径。
在本申请的一些实施方案中，石墨颗粒粒度满足：8μm＜Dv50＜15μm；Dv99＜28μm。通过调控石墨颗粒粒度在上述范围内，有利于提高锂离子和电子的传输，提高电化学装置的首次库伦效率，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，负极活性物质层的单位面积负载量为3mg/cm2至7mg/cm2。负极活性物质层的单位面积负载量过小，负载的金属锂层过少，不利于提高电化学装置能量密度；负极活性物质层的单位面积负载量过大，负载的金属锂层过多，不利于电化学装置的安全性能。通过调控负极活性物质层的单位面积负载量在上述范围内，有利于稳定负极活性物质层对金属锂层的负载能力，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，负极活性物质层的厚度为25μm至40μm，循环400圈负极活性物质层的厚度为35μm至50μm。
在本申请的一些实施方案中，金属锂层的单位面积负载量为0.094mg/cm2至0.304mg/cm2。金属锂层的单位面积负载量过小，氧化亚硅颗粒在电化学装置封装前预先膨胀不明显，不利于提高循环初期氧化亚硅的利用率，也不利于抵消电化学装置首次充电过程中不可逆反应造成的锂损失，从而影响电化学装置的能量密度，同时也会导致电化学装置在循环过程中充电嵌锂膨胀程度过大，从而影响电化学装置的安全性能；金属锂层的单位面积负载量过大，氧化亚硅颗粒在电化学装置封装前过度消耗，会导致循环初期电化学装置的最高容量保持率和最高容量保持率对应的循环圈数下降，影响电化学装置循环初期的循环性能，同时也会影响电化学装置的安全性能。通过调控金属锂层的单位面积负载量在上述范围内，有利于提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请的一些实施方案中，金属锂层的厚度为0.2μm至10μm，循环400圈金属锂层被负极活性物质层吸收，金属锂层的厚度为0μm。
在本申请的一些实施方案中，电化学装置充电至2.70V至2.80V范围，负极极片中硅和锂元素原子数量比为0.32至0.74。
在本申请的一些实施方案中，负极集流体表面涂覆有导电层，导电层的厚度为0.4μm至0.8μm。通过调控导电层的厚度在上述范围内，有利于提高电化学装置负极极片对锂离子和电子的传输效率，从而提高电化学装置的能量密度和循环寿命。
在本申请中，负极极片包括负极集流体和负极材料层。在一些实施方案中，在负极集流体和负极材料层之间可以设置导电层。负极材料层包括负极活性物质层。本申请对导电层没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种。
在本申请中，负极极片包括负极集流体，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、镍箔、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，负极材料层还可以包括粘结剂。本申请对粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，粘结剂可以包括但不限于二氟乙烯-六氟丙烯共聚物，聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲醋、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、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、环氧树脂或尼龙中的至少一种。
在本申请中，负极材料层还可以包括导电剂，本申请对导电剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种。
在本申请中，正极极片包括正极集流体和正极材料层。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，可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体等。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，例如厚度为8μm至12μm。
在本申请中，正极材料层包括正极活性物质层，本申请对正极活性材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包括但不限于镍钴锰酸锂、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中的至少一种。
在本申请中，正极材料层还可以包括粘结剂。本申请对粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于上述粘结剂中的至少一种。
在本申请中，正极材料层中还可以包括导电剂，本申请对导电剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于上述导电剂中的至少一种。
任选地，正极极片还可以包括导电层，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，例如可以包括但不限于上述导电剂和上述粘结剂。
在本申请中，电化学装置可以包括电解液。电解液包括有机溶剂、锂盐。本申请对有机溶剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(FEC)、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、丙酸乙酯中的至少一种。
在本申请中，电解液可以包括锂盐。本申请对锂盐没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
在本申请中，电化学装置可以包括隔离膜，本申请对隔离膜没有特别限制，可以采用本领域公知的任何隔离膜，例如，聚乙烯（PE）隔膜，聚丙烯（PP）隔膜等。
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、隔离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。
本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。本申请提供的电化学装置具有高能量密度和低膨胀率，得到的电化学装置具有较长的循环寿命。
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、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、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、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、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案进行更具体地说明。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，“%”为质量百分含量。
测试方法和设备：
循环性能测试：
将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30min，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.48V，然后以4.48V恒压充电至电流为0.025C，静置5min后，接着以0.5C恒流放电至电压为3.0V，此为一个充放电循环。以首次放电容量为初始容量，反复进行充放电循环，以每一次循环后的容量与初始容量做比值，得到容量保持率，以循环次数为X轴，以容量保持率为Y轴，得到容量衰减曲线。
首次库伦效率=首次放电容量/首次充电容量。
循环400圈的容量保持率=第400次循环的放电容量/首次循环的放电容量。
满充膨胀率测试：
将锂离子电池以0.5C恒流充电至电压为3.85V，然后以3.85V恒压充电至电流为0.05C，得到半充状态锂离子电池。用螺旋千分尺重复测试三次半充状态锂离子电池埋有铝极耳位置的厚度，取三次测量的平均值作为初始厚度。充放电循环至特定圈数时，将锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.48V，然后以4.48V恒压充电至电流为0.025C，使锂离子电池处于满充状态下，再用螺旋千分尺重复测试三次此时锂离子电池埋有铝极耳位置的厚度，取三次测量的平均值作为测试后厚度。与初始厚度相比，即可得满充锂离子电池膨胀率。正极极片包括正极极耳，该正极极耳采用本领域技术人员所熟知的铝极耳，锂离子电池厚度测试位置位于铝极耳处。
循环400圈的锂离子电池膨胀率=（测试后厚度-初始厚度）/初始厚度×100%。
粒径测试：
参照国家标准GB/T 19077-2016（《粒度分布 激光衍射法》），使用激光粒度分析仪（如Malvern Master Size 2000）测定负极活性物质层中氧化亚硅颗粒和石墨颗粒的Dv50、Dv99。
实施例1-1
<涂覆导电层的负极集流体的制备>
将导电炭黑、粘结剂丁苯橡胶、分散剂羧甲基纤维素钠按照质量比为85:9:6进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得导电浆料，其中导电浆料的固含量为41wt%。将导电浆料均匀涂覆于厚度为8μm铜箔的一个表面上，将铜箔在120℃下烘干，得到涂层厚度为500nm的负极集流体。在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆导电层的负极集流体。
<待压锂负极极片的制备>
将负极活性材料石墨颗粒、负极活性材料氧化亚硅颗粒、粘结剂聚丙烯酸、分散剂羧甲基纤维素钠、导电剂碳纳米管按照质量比为89.1:7:3:0.4:0.5进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为45wt%。将负极浆料均匀涂覆于厚度为9μm涂覆导电炭黑的铜箔的一个表面上，将铜箔在120℃下烘干，得到涂层厚度为35μm的单面涂覆负极材料层的待冷压分切负极极片。在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆负极材料层的待冷压分切负极极片。上述待冷压分切负极极片经过冷压、裁片、分切后得到规格为661mm×78mm的待压锂负极极片。
<负极极片的制备>
在120℃的真空条件下干燥1h，将金属锂箔滚压到待压锂负极极片表面，控制金属锂的面积负载量为0.094±0.002mg/cm2，得到661mm×78mm负极极片。
<正极极片的制备>
将正极活性材料LiCoO2、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯按照质量比为96.7:1.7:1.6进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP），在真空搅拌机作用下获得正极浆料，其中正极浆料的固含量为76wt%。将正极浆料均匀涂覆于厚度为9μm的正极集流体铝箔的一个表面上，将铝箔在120℃下烘干，得到涂层厚度为45μm的单面涂覆有正极材料层的正极极片。在铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆正极材料层的正极极片。然后在120℃的真空条件下干燥1h，得到规格为661mm×76.5mm的正极极片。
<电解液的制备>
在含水量小于10ppm的氩气气氛手套箱中，将FEC、EC、PC、EMC和DEC按照质量比为5:10:15:20:50混合得到有机溶剂，然后向有机溶剂中加入锂盐LiPF6，得到电解液。其中，锂盐的质量百分含量为12.5%。
<隔离膜>
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中间已起到隔离的作用，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1-10
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。
对比例1-1至对比例1-4
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相关制备参数和性能测试如表1所示。
表1
Figure 688179DEST_PATH_IMAGE001
从实施例1-1至实施例1-4、对比例1-1可以看出，当锂离子电池负极极片含有金属锂层，金属锂层的单位面积负载量在本申请范围内时，随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池的最高容量保持率Hm逐渐下降，容量保持率降至100%的循环圈数Nn也逐渐下降，但这两个参数都符合数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050。随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池首次库伦效率提高，说明锂离子电池能量密度得到提高，同时循环400圈容量保持率提高、循环400圈锂离子电池膨胀率减小，说明锂离子电池的循环性能得到提高，因而该锂离子电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
图1示出了实施例1-1中的锂离子电池的容量衰减曲线，从图1中可以看出，锂离子电池的容量保持率在充放电循环测试中呈现先上升至100%以上再下降的特点，容量保持率最大值Hm为101.9%，对应的循环次数Nn为224，Hm和Nn符合数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050。
从实施例1-5至实施例1-7、对比例1-2可以看出，当锂离子电池负极极片含有金属锂层，金属锂层的单位面积负载量在本申请范围内时，随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池的最高容量保持率Hm逐渐下降，容量保持率降至100%的循环圈数Nn也逐渐下降，但这两个参数都符合数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050。随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池首次库伦效率提高，说明锂离子电池能量密度得到提高，同时循环400圈容量保持率提高、循环400圈锂离子电池膨胀率减小，说明锂离子电池的循环性能得到提高，因而该锂离子电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
从实施例1-8至实施例1-9、对比例1-3可以看出，当锂离子电池负极极片含有金属锂层，金属锂层的单位面积负载量在本申请范围内时，随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池的最高容量保持率Hm逐渐下降，容量保持率降至100%的循环圈数Nn也逐渐下降，但这两个参数都符合数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050。随金属锂层的单位面积负载量增加，锂离子电池首次库伦效率提高，说明锂离子电池能量密度得到提高，同时循环400圈容量保持率提高、循环400圈锂离子电池膨胀率减小，说明锂离子电池的循环性能得到提高，因而该锂离子电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
从实施例1-10、对比例1-4可以看出，对于负极极片含有金属锂层的锂离子电池，当金属锂层的单位面积负载量在本申请范围内时，锂离子电池的最高容量保持率Hm和容量保持率降至100%的循环圈数Nn满足数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050，同时锂离子电池的首次库伦效率高、循环400圈容量保持率高、循环400圈锂离子电池膨胀率小，说明锂离子电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
在对比例1-1中，锂离子电池负极极片不含金属锂层，与实施例1-1至实施例1-4相比，锂离子电池的最高容量保持率Hm和容量保持率降至100%的循环圈数Nn不满足数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050，同时锂离子电池的首次库伦效率低、循环400圈容量保持率低、循环400圈锂离子电池膨胀率高，说明锂离子电池能量密度和循环寿命较差。
在对比例1-2中，锂离子电池负极极片不含金属锂层，与实施例1-5至实施例1-7相比，锂离子电池的最高容量保持率Hm和容量保持率降至100%的循环圈数Nn不满足数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050，同时锂离子电池的首次库伦效率低、循环400圈容量保持率低、循环400圈锂离子电池膨胀率高，说明锂离子电池能量密度和循环寿命较差。
在对比例1-3中，锂离子电池负极极片不含金属锂层，与实施例1-8至实施例1-9相比，锂离子电池的最高容量保持率Hm和容量保持率降至100%的循环圈数Nn不满足数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050，同时锂离子电池的首次库伦效率低、循环400圈容量保持率低、循环400圈锂离子电池膨胀率高，说明锂离子电池能量密度和循环寿命较差。
在对比例1-4中，锂离子电池负极极片不含金属锂层，与实施例1-10相比，锂离子电池的最高容量保持率Hm和容量保持率降至100%的循环圈数Nn不满足数学关系10920≤10993Hm-Nn≤11050，同时锂离子电池的首次库伦效率低、循环400圈容量保持率低、循环400圈锂离子电池膨胀率高，说明锂离子电池能量密度和循环寿命较差。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本说明书中的各个实施方案均采用相关的方式描述，各个实施方案之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方案重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
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 (10)

1.一种电化学装置，其包括正极极片、负极极片和隔离膜，其中，
所述负极极片包括负极集流体、负极活性物质层和金属锂层，所述负极活性物质层位于所述负极集流体表面，所述金属锂层位于所述负极活性物质层表面，所述负极活性物质层包括氧化亚硅颗粒和石墨颗粒；
所述电化学装置，其容量保持率在25℃，采用1C充电和0.5C放电的充放电循环测试中，呈现先上升至100%以上再下降的特点，且所述容量保持率的最大值Hm和所述容量保持率降低至100%时对应的循环次数Nn存在如下关系：
10920≤10993Hm-Nn≤11050。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于负极活性物质层的质量，所述氧化亚硅颗粒的质量百分含量为1%至25%，所述氧化亚硅颗粒粒度满足：3μm＜Dv50＜6μm；Dv99＜16μm。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述石墨颗粒粒度满足：8μm＜Dv50＜15μm；Dv99＜28μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性物质层的单位面积负载量为3mg/cm2至7mg/cm2。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性物质层的厚度为25μm至40μm，循环400圈所述负极活性物质层的厚度为35μm至50μm。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述金属锂层的单位面积负载量为0.094mg/cm2至0.304mg/cm2。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述金属锂层的厚度为0.2μm至10μm，循环400圈金属锂层被负极活性物质层吸收，所述金属锂层的厚度为0μm。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，充电至2.70V至2.80V范围，所述负极极片中硅和锂元素原子数量比为0.32至0.74。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极集流体表面涂覆有导电层，所述导电层的厚度为0.4μm至0.8μm。
10.一种电子装置，包括权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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