CN115552678A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电化学装置和电子装置。具体而言，本申请提供一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质和低密度粘结剂，其中所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种。本申请的电化学装置具有改善的高温循环性能和安全性。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置和电子装置，特别是锂离子电池。
背景技术
近年来，随着智能手机、平板电脑和智能穿戴等电子产品的快速发展，考虑到电子产品的使用时长和工作环境的不同，消费者对锂离子电池的能量密度的要求越来越高。目前，主要通过采用高电压(4.4V及以上)的钴酸锂正极活性物质和高容、高压实密度的石墨负极材料来提高锂离子电池的能量密度。然而，随着温度和电压的升高，这类锂离子电池的循环性能和安全性会明显恶化。同时，随着全球变暖的恶劣环境加剧(如面对印度、非洲等特殊使用地区)，这对电池的高温性能提出了更高的要求。
有鉴于此，确有必要提供一种具有改进的高温性能的电化学装置和电子装置。
发明内容
本申请实施例通过提供一种具有改善的高温循环性能和安全性的电化学装置和电子装置以在某种程度上解决存在于现有技术的问题。
在本申请的一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质和粘结剂，其中：所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种，并且所述粘结剂的密度为a g/cm3，a的取值范围为0.6至1.5。
根据本申请的实施例，a的取值范围为0.6至1.2、0.7至1.0或0.7至0.9。
根据本申请的实施例，所述粘结剂的孔隙率为b％，b的取值范围为20至50，且a和b满足：17≤a×b≤60。
根据本申请的实施例，所述粘结剂包括含氟聚合物，优选聚偏氟乙烯。
根据本申请的实施例，所述电化学装置满足如下中的至少一者：
a.所述第一元素包括铝以及镁、钛、锆或钨中的至少一种；
b.所述第一元素包括钨以及镁、钛、锆或铝中的至少一种；
c.所述第一元素包括铝和钨，基于所述正极活性物质的重量，铝和钨的含量分别为x％和y％，x和y满足：1≤x/y≤5；
d.基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.01至2％。
根据本申请的实施例，所述第一元素包括铝，基于所述正极活性物质的重量，铝的含量为x％，且x和a满足0.2≤x/a≤1。
根据本申请的实施例，所述电解液包括具有硫氧双键的化合物，基于所述电解液的重量，所述具有硫氧双键的化合物的含量为c％，c的取值范围为0.01至5。
根据本申请的实施例，c和a满足：0.5≤c/a≤3。
根据本申请的实施例，所述电解液包括三腈化合物，基于所述电解液的重量，所述三腈化合物的含量为d％，d的取值范围为0.01至5。
根据本申请的实施例，d和a满足：0.2≤d/a≤4。
根据本申请的实施例，所述电解液包括丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。
在本申请的另一方面，本申请提供一种电子装置，其包括根据本申请的电化学装置。
本申请使用的含掺杂元素的正极活性物质和低密度粘结剂的组合有效地改善了正极的界面稳定性，由此显著改善了电化学装置的高温循环性能和安全性。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
除非另外明确指明，本文使用的下述术语具有下文指出的含义。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。术语“中的至少一种”具有与术语“中的至少一者”相同的含义。
I、正极
常用的提高电化学装置(例如，锂离子电池)的能量密度的方法包括采用高电压(4.4V及以上)的钴酸锂正极活性物质和高容量、高压实密度的石墨负极材料。然而，随着温度和电压的升高，钴酸锂的结构稳定性变差，金属离子易从正极溶出并在负极表面还原沉积，从而破坏负极固体电解质界面(SEI)膜的结构，导致负极阻抗和电池厚度不断增大，从而导致锂离子电池的容量损失和循环性能的劣化。此外，在高温和高压下，电解液容易在正极表面发生氧化分解产生大量的气体，从而导致锂离子电池鼓胀和电极界面破坏，从而恶化锂离子电池性能。同时，在高温高电压下，由于钴酸锂的氧化活性较高，其与电解液之间的副反应加剧，使得电解液的分解产物在正极表面不断沉积，这会进一步增大锂离子电池的内阻，从而不利影响锂离子电池的高温循性能。这些因素还使得锂离子电池存在极大的安全隐患。
业界通常在正极活性物质(如钴酸锂或三元材料)中使用铝、镁、钛、锆或钨掺杂，其中铝和镁元素更容易掺杂进入材料的晶体结构中，而钛和锆元素则倾向于在颗粒表面富集，钨元素用来提高导电性。然而，尚未发现这些元素用于改善电化学装置的安全性的报道。此外，目前在正极浆料中使用的粘结剂密度大都在1.7g/cm3以上。基于已有的认知，无法预料到同时使用包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种的正极活性物质和低密度粘结剂会对电化学装置的高温循环和安全性能提升发挥重要作用。
本申请通过使用包括含有铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种的正极活性物质以及低密度粘结剂意外解决了电化学装置的高温循环和安全性能的相关问题。在正极活性物质中掺杂铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种元素可有效地提高晶格稳定性，从而抑制在高温或低温条件下充放电循环中的颗粒的体积变化，以减少颗粒裂纹、破碎，同时其还可提高正极的界面稳定性。低密度粘结剂可实现良好粘结效果，同时在制备正极过程中受压实密度的影响较小，有助于提高正极的表面性能。本申请的正极活性物质与粘结剂的特定组合不仅能够有效地改善电化学装置的高温循环性能，还可以显著提升电化学装置的安全性(例如，短路安全性和热滥用安全性等)。
正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层可以是一层或多层。正极活性物质层包括正极活性物质，多层正极活性物质中的每层可以包含相同或不同的正极活性物质。
本申请的电化学装置的主要特征在于：所述正极活性物质层包括正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种，并且所述粘结剂的密度为a g/cm3，a的取值范围为0.6至1.5。在一些实施例中，a的取值范围为0.6至1.2。在一些实施例中，a的取值范围为0.7至1.0。在一些实施例中，a的取值范围为0.7至0.9。
电池领域常用的正极粘结剂的密度通常大于1.7g/cm3，以保证其具有足够的粘结力。然而，本申请发明人出乎意料地发现，当正极粘结剂的密度大于1.5g/cm3时，会在一定程度上影响正极的柔韧性，使其在卷绕过程中易发生断裂；当正极粘结剂的密度小于0.6g/cm3时，粘结剂的粘结力不足，从而不利影响电化学装置的电化学稳定性。且所述正极粘结剂具有较多的孔结构，有利于改善电极的强度和加速电解液的浸润。将正极粘结剂的密度控制在上述范围内时，不仅可实现良好的粘结性，还有助于显著提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述粘结剂的孔隙率为b％，b的取值范围为20至50。在一些实施例中，b的取值范围为25至45。在一些实施例中，b为20、22、25、30、35、40、45、50或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当粘结剂的孔隙率在上述范围内时，有助于进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，a和b满足：17≤a×b≤60。在一些实施例中，a和b满足如下关系：20≤a×b≤50。在一些实施例中，a×b为17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当粘结剂的密度和孔隙率满足上述关系时，有助于进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述粘结剂包括含氟聚合物。在一些实施例中，所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯。
在一些实施例中，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.01至2％。在一些实施例中，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.05至1％。在一些实施例中，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.1至0.5％。在一些实施例中，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质中第一元素的含量满足上述关系时，可以减少正极活性物质晶体结构的表面缺陷，有效抑制电化学装置充放电循环中正极表面钝化层的不断破坏，减少修复次数，充分改善正极活性物质层的界面稳定性，从而进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述第一元素包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少两种。在这种情况下，正极活性物质在高温高压下具有更高的稳定性，其与低密度粘结剂的组合可进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述第一元素进一步包括铝以及镁、钛、锆或钨中的至少一种。
在一些实施例中，所述第一元素进一步包括钨以及镁、钛、锆或铝中的至少一种。
在一些实施例中，所述第一元素包括铝和钨，基于所述正极活性物质的重量，铝和钨的含量分别为x％和y％，x和y满足：1≤x/y≤5。在一些实施例中，x和y满足如下关系：1.5≤x/y≤4.5。在一些实施例中，x/y为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质中铝和钨的含量满足上述关系时，可以减少电化学装置循环过程中正极表面钝化层的分解和再生，充分改善正极活性物质层的界面稳定性，有助于进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述第一元素包括铝，基于所述正极活性物质的重量，铝的含量为x％，且x和a满足0.2≤x/a≤1。在一些实施例中，x/a为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质中铝的含量和粘结剂密度满足上述关系时，可以减少电化学装置循环过程中正极表面钝化层的分解和再生，充分改善正极活性物质层的界面稳定性，有助于进一步提升电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，其中x的取值范围为0.01至1。在一些实施例中，x的取值范围为0.05至0.5。在一些实施例中，x的取值范围为0.1至0.3。在一些实施例中，x为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，其中y的取值范围为0.01至1。在一些实施例中，y的取值范围为0.05至0.5。在一些实施例中，y的取值范围为0.1至0.3。在一些实施例中，y为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
正极活性物质的种类没有特别限制，只要是能够以电化学方式吸藏和释放金属离子(例如，锂离子)即可。在一些实施例中，正极活性物质为含有锂和至少一种过渡金属的物质。正极活性物质的实例可包括，但不限于，锂过渡金属复合氧化物和含锂过渡金属磷酸化合物。
在一些实施例中，在上述正极活性物质的表面可附着有与其组成不同的物质。表面附着物质的实例可包括，但不限于：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物；硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐；碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐；碳等。通过在正极活性物质表面附着物质，可以抑制正极活性物质表面的电解液的氧化反应，可以提高电化学装置的寿命。当表面附着物质的量过少时，其效果无法充分表现；当表面附着物质的量过多时，会阻碍锂离子的出入，因而电阻有时会增加。本申请中，将在正极活性物质的表面附着有与其组成不同的物质的正极活性物质也称为“正极活性物质”。
在一些实施例中，所述正极活性物质包括钴酸锂或镍钴锰酸锂中的至少一种。
在一些实施例中，正极活性物质颗粒的形状包括，但不限于，块状、多面体状、球状、椭圆球状、板状、针状和柱状等。在一些实施例中，正极活性物质颗粒包括一次颗粒、二次颗粒或其组合。在一些实施例中，一次颗粒可以凝集而形成二次颗粒。
正极导电材料的种类没有限制，可以使用任何已知的导电材料。正极导电材料的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等石墨；乙炔黑等炭黑；针状焦等无定形碳等碳材料；碳纳米管；石墨烯等。上述正极导电材料可单独使用或任意组合使用。
用于形成正极浆料的溶剂的种类没有限制，只要是能够溶解或分散正极活性物质、导电材料、正极粘合剂和根据需要使用的增稠剂的溶剂即可。用于形成正极浆料的溶剂的实例可包括水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系介质的实例可包括，但不限于，水和醇与水的混合介质等。有机系介质的实例可包括，但不限于，己烷等脂肪族烃类；苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烃类；喹啉、吡啶等杂环化合物；丙酮、甲基乙基酮、环己酮等酮类；乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯类；二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺等胺类；二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃(THF)等醚类；N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类；六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等非质子性极性溶剂等。
增稠剂通常是为了调节浆料的粘度而使用的。在使用水系介质的情况下，可使用增稠剂和丁苯橡胶(SBR)乳液进行浆料化。增稠剂的种类没有特别限制，其实例可包括，但不限于，羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、氧化淀粉、磷酸化淀粉、酪蛋白和它们的盐等。上述增稠剂可单独使用或任意组合使用。
正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质。正极集流体的实例可包括，但不限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。在一些实施例中，正极集流体为金属材料。在一些实施例中，正极集流体为铝。
为了降低正极集流体和正极活性物质层的电子接触电阻，正极集流体的表面可包括导电助剂。导电助剂的实例可包括，但不限于，碳和金、铂、银等贵金属类。
正极可以通过在集流体上形成含有正极活性物质和粘结剂的正极活性物质层来制作。使用正极活性物质的正极的制造可以通过常规方法来进行，即，将正极活性物质和粘结剂、以及根据需要的导电材料和增稠剂等进行干式混合，制成片状，将所得到的片状物压接至正极集流体上；或者将这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料，将该浆料涂布到正极集流体上并进行干燥，从而在集流体上形成正极活性物质层，由此可以得到正极。
在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为95％，优选为96％，进一步优选为97％。在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为98％。在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为99％。当正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数在上述范围内时，可显著提高电化学装置的能量密度。
当正极活性物质为一次颗粒时，正极活性物质的平均粒径指的是正极活性物质颗粒一次粒径。当正极活性物质颗粒的一次颗粒凝集而形成二次颗粒时，正极活性物质颗粒的平均粒径指的是正极活性物质颗粒二次粒径。
在一些实施例中，正极活性物质的平均粒径为Dμm，D的取值范围为5至30。在一些实施例中，其中D的取值范围为10至25。在一些实施例中，D的取值范围为12至20。在一些实施例中，D为5、7、9、10、12、15、18、20、25、30或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
当正极活性物质的平均粒径在上述范围内时，可得到高振实密度的正极活性物质，可以抑制电化学装置性能的降低，并且可在电化学装置的正极的制备过程中(即，将正极活性物质、导电材料和粘合剂等用溶剂浆料化而以薄膜状涂布时)，防止条纹产生等问题。通过将具有不同平均粒径的两种以上的正极活性物质进行混合可以进一步提高正极制备时的填充性。
正极活性物质的平均粒径可利用激光衍射/散射式粒度分布测定装置测定：在使用HORIBA社制造的LA-920作为粒度分布计的情况下，使用0.1％六偏磷酸钠水溶液作为测定时使用的分散介质，在5分钟的超声波分散后将测定折射率设定为1.24而进行测定。正极活性物质的平均粒径也可以由激光衍射式粒度分析测量仪(岛津SALD-2300)及扫面电镜(ZEISS EVO18，取样数不少于100个)测得。
II、电解液
本申请的电化学装置中的使用的电解液包括电解质和溶解该电解质的溶剂。
在一些实施例中，所述电解液还包括具有硫氧双键的化合物。
在一些实施例中，所述具有硫氧双键的化合物包括以下化合物中的至少一者：环状硫酸酯、链状硫酸酯、链状磺酸酯、环状磺酸酯、链状亚硫酸酯或环状亚硫酸酯。
在一些实施例中，所述环状硫酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：1,2-乙二醇硫酸酯、1,2-丙二醇硫酸酯、1,3-丙二醇硫酸酯、1,2-丁二醇硫酸酯、1,3-丁二醇硫酸酯、1,4-丁二醇硫酸酯、1,2-戊二醇硫酸酯、1,3-戊二醇硫酸酯、1,4-戊二醇硫酸酯和1,5-戊二醇硫酸酯等。
在一些实施例中，所述链状硫酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：硫酸二甲酯、硫酸甲乙酯和硫酸二乙酯等。
在一些实施例中，所述链状磺酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：氟磺酸甲酯和氟磺酸乙酯等氟磺酸酯、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、二甲磺酸丁酯、2-(甲磺酰氧基)丙酸甲酯和2-(甲磺酰氧基)丙酸乙酯等。
在一些实施例中，所述环状磺酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：1,3-丙磺酸内酯、1-氟-1,3-丙磺酸内酯、2-氟-1,3-丙磺酸内酯、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1,5-戊磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯和甲烷二磺酸亚乙酯等。
在一些实施例中，所述链状亚硫酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：亚硫酸二甲酯、亚硫酸甲乙酯和亚硫酸二乙酯等。
在一些实施例中，所述环状亚硫酸酯包括，但不限于，以下的一种或多种：1,2-乙二醇亚硫酸酯、1,2-丙二醇亚硫酸酯、1,3-丙二醇亚硫酸酯、1,2-丁二醇亚硫酸酯、1,3-丁二醇亚硫酸酯、1,4-丁二醇亚硫酸酯、1,2-戊二醇亚硫酸酯、1,3-戊二醇亚硫酸酯、1,4-戊二醇亚硫酸酯和1,5-戊二醇亚硫酸酯等。
在一些实施例中，所述含硫氧双键的化合物包括式I化合物：
Figure BDA0003906623940000091
其中：
W选自
Figure BDA0003906623940000092
L各自独立地选自单键或亚甲基；
m为1、2、3或4；
n为0、1或2；且
p为0、1、2、3、4、5或6。
在一些实施例中，所述式I化合物包括以下中的至少一种：
Figure BDA0003906623940000101
在一些实施例中，所述双环磺内酯包括式II化合物：
Figure BDA0003906623940000102
其中A1、A2、A3和A4各自独立地选自经取代或未经取代的C1-3亚烷基，当经取代时，取代基选自C1-5烷基、卤素或卤代C1-5烷基。
在一些实施例中，所述式II化合物包括以下中的至少一种：
Figure BDA0003906623940000103
Figure BDA0003906623940000111
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述具有硫氧双键的化合物的含量为c％，c的取值范围为0.01至5。在一些实施例中，c在0.01至3的范围内。在一些实施例中，c在0.1至2的范围内。在一些实施例中，c为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中具有硫氧双键的化合物的含量在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，c和a满足：0.5≤c/a≤3。在一些实施例中，c和a满足：0.8≤c/a≤2。在一些实施例中，c和a满足：1≤c/a≤2.5。在一些实施例中，c/a为0.5、0.6、07、0.8、1、1.2、1.5、2、2.5、3或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中具有硫氧双键的化合物的含量和粘结剂的密度满足上述关系时，有助于进一步改善电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述电解液还包括三腈化合物。
在一些实施例中，所述三腈化合物包括1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述三腈化合物的含量为d％，d的取值范围为0.01至5。在一些实施例中，d在0.01至3的范围内。在一些实施例中，d在0.1至2的范围内。在一些实施例中，d为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中三腈化合物的含量在上述范围内时，有助于进一步改善电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，d和a满足：0.2≤d/a≤4。在一些实施例中，d和a满足：0.5≤d/a≤3.5。在一些实施例中，d和a满足：1≤c/a≤3.5。在一些实施例中，d/a为0.2、0.3、0.5、0.6、07、0.8、1、1.2、1.5、2、2.5、3、3.5、4或在由上述任意两个数值所组成的范围内.当电解液中三腈化合物的含量和粘结剂的密度满足上述关系时，有助于进一步改善电化学装置的高温循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述电解液还包括丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为0.1％-6％。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为0.5％-5％。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为1％-3％。这些化合物有助于稳定正极和电解液的界面，从而进一步改善电化学装置在高温高压下的循环性能和安全性。
在一些实施例中，所述电解液进一步包含现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的非水溶剂。
在一些实施例中，所述非水溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯、环状醚、链状醚、含磷有机溶剂、含硫有机溶剂和芳香族含氟溶剂。
在一些实施例中，所述环状碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸亚丁酯。在一些实施例中，所述环状碳酸酯具有3-6个碳原子。
在一些实施例中，所述链状碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基正丙基酯、碳酸乙基正丙基酯、碳酸二正丙酯等链状碳酸酯等。被氟取代的链状碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：双(氟甲基)碳酸酯、双(二氟甲基)碳酸酯、双(三氟甲基)碳酸酯、双(2-氟乙基)碳酸酯、双(2,2-二氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟乙基甲基碳酸酯、2,2-二氟乙基甲基碳酸酯和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯等。
在一些实施例中，所述环状羧酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：γ-丁内酯和γ-戊内酯中的一种或多种。在一些实施例中，环状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。
在一些实施例中，所述链状羧酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、特戊酸甲酯和特戊酸乙酯等。在一些实施例中，链状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。在一些实施例中，氟取代的链状羧酸酯的实例可包括，但不限于，三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、三氟乙酸丁酯和三氟乙酸2,2,2-三氟乙酯等。
在一些实施例中，所述环状醚的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2-甲基1,3-二氧戊环、4-甲基1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环和二甲氧基丙烷。
在一些实施例中，所述链状醚的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷和1,2-乙氧基甲氧基乙烷等。
在一些实施例中，所述含磷有机溶剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯和磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯等。
在一些实施例中，所述含硫有机溶剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二甲基砜、二乙基砜、乙基甲基砜、甲基丙基砜、二甲基亚砜、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、乙磺酸甲酯、乙磺酸乙酯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯和硫酸二丁酯。在一些实施例中，含硫有机溶剂的部分氢原子可被氟取代。
在一些实施例中，所述芳香族含氟溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯、六氟苯和三氟甲基苯。
在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物质组成的群组的有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯及其组合。
在一些实施例中，电解质没有特别限制，可以任意地使用作为电解质公知的物质。在锂二次电池的情况下，通常使用锂盐。电解质的实例可包括，但不限于，LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiWF7等无机锂盐；LiWOF5等钨酸锂类；HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Li等羧酸锂盐类；FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li等磺酸锂盐类；LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷双磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷双磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等酰亚胺锂盐类；LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等甲基化锂盐类；双(丙二酸根合)硼酸锂盐、二氟(丙二酸根合)硼酸锂盐等(丙二酸根合)硼酸锂盐类；三(丙二酸根合)磷酸锂、二氟双(丙二酸根合)磷酸锂、四氟(丙二酸根合)磷酸锂等(丙二酸根合)磷酸锂盐类；以及LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等含氟有机锂盐类；二氟草酸硼酸锂、双(草酸)硼酸锂等草酸硼酸锂盐类；四氟草酸根合磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、三(草酸根合)磷酸锂等草酸根合磷酸锂盐类等。
在一些实施例中，电解质选自LiPF6、LiSbF6、FSO3Li、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷双磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷双磺酰亚胺锂、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、二氟草酸硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或二氟双(草酸根合)磷酸锂，其有助于改善电化学装置的输出功率特性、高倍率充放电特性、高温保存特性和循环特性等。
电解质的含量没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。在一些实施例中，电解液中的锂的总摩尔浓度为大于0.3mol/L以上、大于0.4mol/L或大于0.5mol/L。在一些实施例中，电解液中的锂的总摩尔浓度为小于3mol/L、小于2.5mol/L或小于2.0mol/L以下。在一些实施例中，电解液中的锂的总摩尔浓度在上述任意两个数值所组成的范围内。当电解质浓度在上述范围内时，作为带电粒子的锂不会过少，并且可以使粘度处于适当的范围，因而容易确保良好的电导率。
当使用两种以上的电解质的情况下，电解质包括至少一种为选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐。在一些实施例中，电解质包括选自由单氟磷酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐。在一些实施例中，电解质包括锂盐。在一些实施例中，基于电解质的重量，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量为大于0.01％或大于0.1％。在一些实施例中，基于电解质的重量，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量为小于20％或小于10％。在一些实施例中，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，电解质包含选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的一种以上物质和除此以外的一种以上的盐。作为除此以外的盐，可以举出在上文中例示的锂盐，在一些实施例中为LiPF6、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷双磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷双磺酰亚胺锂、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3。在一些实施例中，除此以外的盐为LiPF6。
在一些实施例中，基于电解质的重量，除此以外的盐的含量为大于0.01％或大于0.1％。在一些实施例中，基于电解质的重量，除此以外的盐的含量为小于20％、小于15％或小于10％。在一些实施例中，除此以外的盐的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。具有上述含量的除此以外的盐有助于平衡电解液的电导率和粘度。
III、负极
负极包括负极集流体和设置在所述负极集流体的一个或两个表面上的负极活性物质层，负极活性物质层包含负极活性物质。负极活性物质层可以是一层或多层，多层负极活性物质中的每层可以包含相同或不同的负极活性物质。负极活性物质为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子等金属离子的物质。在一些实施例中，负极活性物质的可充电容量大于正极活性物质的放电容量，以防止在充电期间锂金属无意地析出在负极上。
作为保持负极活性物质的集流体，可以任意使用公知的集流体。负极集流体的实例包括，但不限于，铝、铜、镍、不锈钢、镀镍钢等金属材料。在一些实施例中，负极集流体为铜。
在负极集流体为金属材料的情况下，负极集流体形式可包括，但不限于，金属箔、金属圆柱、金属带卷、金属板、金属薄膜、金属板网、冲压金属、发泡金属等。在一些实施例中，负极集流体为金属薄膜。在一些实施例中，负极集流体为铜箔。在一些实施例中，负极集流体为基于压延法的压延铜箔或基于电解法的电解铜箔。
在一些实施例中，负极集流体的厚度为大于1μm或大于5μm。在一些实施例中，负极集流体的厚度为小于100μm或小于50μm。在一些实施例中，负极集流体的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。
负极活性物质没有特别限制，只要能够可逆地吸藏、放出锂离子即可。负极活性物质的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等碳材料；硅(Si)、锡(Sn)等金属；或Si、Sn等金属元素的氧化物等。负极活性物质可以单独使用或组合使用。
负极活性物质层还可包括负极粘合剂。负极粘合剂可提高负极活性物质颗粒彼此间的结合和负极活性物质与集流体的结合。负极粘合剂的种类没有特别限制，只要是对于电解液或电极制造时使用的溶剂稳定的材料即可。在一些实施例中，负极粘合剂包括树脂粘合剂。树脂粘合剂的实例包括，但不限于，氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃树脂等。当使用水系溶剂制备负极合剂浆料时，负极粘合剂包括，但不限于，羧甲基纤维素(CMC)或其盐、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇等。
负极可以通过以下方法制备：在负极集流体上涂布包含负极活性物质、树脂粘合剂等的负极合剂浆料，干燥后，进行压延而在负极集流体的两面形成负极活性物质层，由此可以得到负极。
IV、隔离膜
为了防止短路，在正极与负极之间通常设置有隔离膜。这种情况下，本申请的电解液通常渗入该隔离膜而使用。
对隔离膜的材料及形状没有特别限制，只要不显著损害本申请的效果即可。所述隔离膜可为由对本申请的电解液稳定的材料所形成的树脂、玻璃纤维、无机物等。在一些实施例中，所述隔离膜包括保液性优异的多孔性片或无纺布状形态的物质等。树脂或玻璃纤维隔离膜的材料的实例可包括，但不限于，聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜等。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚丙烯。上述隔离膜的材料可以单独使用或任意组合使用。
所述隔离膜还可为上述材料层积而成的材料，其实例包括，但不限于，按照聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯的顺序层积而成的三层隔离膜等。
无机物的材料的实例可包括，但不限于，氧化铝、二氧化硅等氧化物、氮化铝、氮化硅等氮化物、硫酸盐(例如，硫酸钡、硫酸钙等)。无机物的形式可包括，但不限于，颗粒状或纤维状。
所述隔离膜的形态可为薄膜形态，其实例包括，但不限于，无纺布、织布、微多孔性膜等。在薄膜形态中，所述隔离膜的孔径为0.01μm至1μm，厚度为5μm至50μm。除了上述独立的薄膜状隔离膜以外，还可以使用下述隔离膜：通过使用树脂类的粘合剂在正极和/或负极的表面形成含有上述无机物颗粒的复合多孔层而形成的隔离膜，例如，将氟树脂作为粘合剂使90％粒径小于1μm的氧化铝颗粒在正极的两面形成多孔层而形成的隔离膜。
所述隔离膜的厚度是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为大于1μm、大于5μm或大于8μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为小于50μm、小于40μm或小于30μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。当所述隔离膜的厚度在上述范围内时，则可以确保绝缘性和机械强度，并可以确保电化学装置的倍率特性和能量密度。
在使用多孔性片或无纺布等多孔质材料作为隔离膜时，隔离膜的孔隙率是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率为大于10％、大于15％或大于20％。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率为小于60％、小于50％或小于45％。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率在上述任意两个数值所组成的范围内。当所述隔离膜的孔隙率在上述范围内时，可以确保绝缘性和机械强度，并可以抑制膜电阻，使电化学装置具有良好的安全特性。
所述隔离膜的平均孔径也是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径为小于0.5μm或小于0.2μm。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径为大于0.05μm。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径在上述任意两个数值所组成的范围内。若所述隔离膜的平均孔径超过上述范围，则容易发生短路。当隔离膜的平均孔径在上述范围内时，使电化学装置具有良好的安全特性。
V、电化学装置组件
电化学装置组件包括电极组、集电结构、外装壳体和保护元件。
电极组可以是由上述正极和负极隔着上述隔离膜层积而成的层积结构、以及上述正极和负极隔着上述隔离膜以漩涡状卷绕而成的结构中的任一种。在一些实施例中，电极组的质量在电池内容积中所占的比例(电极组占有率)为大于40％或大于50％。在一些实施例中，电极组占有率为小于90％或小于80％。在一些实施例中，电极组占有率在上述任意两个数值所组成的范围内。当电极组占有率在上述范围内时，可以确保电化学装置的容量，同时可以抑制与内部压力上升相伴的反复充放电性能及高温保存等特性的降低。
集电结构没有特别限制。在一些实施例中，集电结构为降低配线部分及接合部分的电阻的结构。当电极组为上述层积结构时，适合使用将各电极层的金属芯部分捆成束而焊接至端子上所形成的结构。一片的电极面积增大时，内部电阻增大，因而在电极内设置2个以上的端子而降低电阻也是适合使用的。当电极组为上述卷绕结构时，通过在正极和负极分别设置2个以上的引线结构，并在端子上捆成束，从而可以降低内部电阻。
外装壳体的材质没有特别限制，只要是对于所使用的电解液稳定的物质即可。外装壳体可使用，但不限于，镀镍钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金等金属类、或者树脂与铝箔的层积膜。在一些实施例中，外装壳体为铝或铝合金的金属或层积膜。
金属类的外装壳体包括，但不限于，通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接将金属彼此熔敷而形成的封装密闭结构；或者隔着树脂制垫片使用上述金属类形成的铆接结构。使用上述层积膜的外装壳体包括，但不限于，通过将树脂层彼此热粘而形成的封装密闭结构等。为了提高密封性，还可以在上述树脂层之间夹入与层积膜中所用的树脂不同的树脂。在通过集电端子将树脂层热粘而形成密闭结构时，由于金属与树脂的接合，可使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团的改性树脂作为夹入的树脂。另外，外装体的形状也是任意的，例如可以为圆筒形、方形、层积型、纽扣型、大型等中的任一种。
保护元件可以使用在异常放热或过大电流流过时电阻增大的正温度系数(PTC)、温度熔断器、热敏电阻、在异常放热时通过使电池内部压力或内部温度急剧上升而切断在电路中流过的电流的阀(电流切断阀)等。上述保护元件可选择在高电流的常规使用中不工作的条件的元件，亦可设计成即使不存在保护元件也不至于发生异常放热或热失控的形式。
本申请的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括锂金属二次电池或锂离子二次电池。
本申请另提供了一种电子装置，其包括根据本申请所述的电化学装置。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本申请的电化学装置可用于，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。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
实施例
一、锂离子电池的制备
1、负极的制备
将人造石墨、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照96％:2％:2％的质量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到负极浆料。将该负极浆料涂布在9μm的铜箔上，干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到负极。
2、正极的制备
称取一定量的Co3O4以及LiOH粉末，在玛瑙研钵中进行充分混合研磨后，然后在900℃下煅烧10小时。将煅烧后的混合物中加入特定计量比的具有第一元素的氧化物、硫酸盐或硝酸盐，并以醇作为溶剂，球磨10小时后，在800℃下煅烧10小时，得到具有第一元素的钴酸锂。
将正极活性物质(具有/不具有第一元素的钴酸锂)、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照97:1:2的质量比例与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合，搅拌均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂布在12μm的铝箔上，干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到正极。
3、电解液的制备
在干燥氩气环境下，将EC、PC和DEC(重量比1:1:1)混合，加入LiPF6混合均匀，形成基础电解液，其中LiPF6的浓度为12.5％。在基础电解液中加入不同含量添加剂得到不同实施例和对比例的电解液。
电解液中组分的缩写及其名称如下表所示：
材料名称 缩写 材料名称 缩写
碳酸乙烯酯 EC 碳酸乙烯酯 PC
碳酸二乙酯 DEC 氟代碳酸乙烯酯 FEC
丁二腈 SN 己二腈 ADN
乙二醇二(2-氰基乙基)醚 EDN 1,3,6-己烷三腈 HTCN
1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷 TCEP 1,3-丙磺酸内酯 PS
式I-1化合物 式I-1 式1-3化合物 式I-3
式I-4化合物 式I-4 式II-1化合物 式II-1
式II-4化合物 式II-4 式II-5化合物 式II-5
1-丙基磷酸环酐 T3P 硫酸乙烯酯 DTD
碳酸乙烯亚乙酯 VC
4、隔离膜的制备
以聚乙烯多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
将得到的正极、隔离膜和负极按次序卷绕，置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，封装，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。
二、测试方法
1、锂离子电池的高温循环容量保持率的测试方法
在65℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至4.7V，然后恒压4.7V充电至电流为0.05C，再以1C恒流放电至3.0V，此为首次循环。按照上述条件对锂离子电池进行500次循环。“1C”指的是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。
通过下式计算锂离子电池的循环后容量保持率：
循环后容量保持率＝(循环后的放电容量/首次循环的放电容量)×100％。
2、锂离子电池的高温短路变形率的测试方法
在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，然后以0.5C倍率恒流充电至4.7V，再在4.7V下恒压充电至0.05C，静置60分钟，测量锂离子电池的厚度T1。然后以100mΩ使锂离子电池短路10秒钟，然后测量锂离子电池的厚度T2。通过下式计算锂离子电池高温短路变形率：
短路变形率＝[(T2-T1)/T1]×100％。
三、测试结果
表1展示了正极活性物质和粘结剂对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。在各实施例和对比例中，正极活性物质为含有/不含有第一元素的钴酸锂。
表1
Figure BDA0003906623940000211
Figure BDA0003906623940000221
如对比例1-1所示，当正极活性物质未经掺杂时，即使采用本申请的低密度正极粘结剂，锂离子电池具有较低的高温循环容量保持率和较高的短路变形率。如对比例1-2和1-3所示，当正极活性物质包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种掺杂元素但正极粘结剂的密度过高(大于1.5g/cm3)或过低(小于0.6g/cm3)时，锂离子电池依然具有较低的高温循环容量保持率和较高的短路变形率。
如实施例1-1至1-24所示，当正极活性物质包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种掺杂元素且正极粘结剂具有0.6-1.5g/cm3的密度时，可显著提升锂离子电池的高温循环容量保持率并显著降低其短路变形率。
表2展示了粘结剂的孔隙率及其与密度的关系对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表2中所列参数以外，实施例2-1至2-16与实施例1-1的设置相同。
表2
Figure BDA0003906623940000222
Figure BDA0003906623940000231
结果表明，当粘结剂的孔隙率为20％-50％且粘结剂的孔隙率b％与密度ag/cm3满足17≤a×b≤60时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
表3展示了正极活性物质中铝和钨的含量对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表3中所列参数以外，实施例3-1至3-9与实施例1-1的设置相同。
表3
Figure BDA0003906623940000232
结果表明，当正极活性物质包括铝和钨元素且铝含量x％与钨含量y％满足1≤x/y≤5时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
表4展示了正极活性物质中铝的含量与粘结剂密度的关系对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表4中所列参数以外，实施例4-1至4-10与实施例1-1的设置相同。
表4
Figure BDA0003906623940000241
结果表明，当正极活性物质包括铝元素且铝含量x％与粘结剂密度a g/cm3满足0.2≤x/a≤1时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
表5展示了电解液中具有硫氧双键化合物及其与粘结剂密度的关系对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表5中所列参数以外，实施例5-1至5-14与实施例1-1的设置相同。
表5
Figure BDA0003906623940000242
Figure BDA0003906623940000251
结果表明，当电解液还包括0.01％-5％的具有硫氧双键的化合物时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
当电解液中具有硫氧双键的化合物的含量c％与正极粘结剂的密度a g/cm3满足0.5≤c/a≤3时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
表6展示了电解液中三腈化合物及其与粘结剂密度的关系对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表6中所列参数以外，实施例6-1至6-14与实施例1-1的设置相同。
表6
Figure BDA0003906623940000252
结果表明，当电解液还包括0.01％-5％的三腈化合物时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
当电解液中具有硫氧双键的化合物的含量d％与正极粘结剂的密度a g/cm3满足0.2≤d/a≤4时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
表7展示了电解液中添加剂对锂离子电池的高温循环性能和安全性的影响。除表7中所列参数以外，实施例7-1至7-10与实施例1-1的设置相同。
表7
Figure BDA0003906623940000261
结果表明，当电解液包含丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种时，可进一步提升锂离子电池的高温循环容量保持率并降低其短路变形率。
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (12)

1.一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质和粘结剂，其中：
所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括铝、镁、钛、锆或钨中的至少一种，并且
所述粘结剂的密度为a g/cm3，a的取值范围为0.6至1.5。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中a的取值范围为0.6至1.2、0.7至1.0或0.7至0.9。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述粘结剂的孔隙率为b％，b的取值范围为20至50，且a和b满足：17≤a×b≤60。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述粘结剂包括含氟聚合物，优选聚偏氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电化学装置满足如下中的至少一者：
a.所述第一元素包括铝以及镁、钛、锆或钨中的至少一种；
b.所述第一元素包括钨以及镁、钛、锆或铝中的至少一种；
c.所述第一元素包括铝和钨，基于所述正极活性物质的重量，铝和钨的含量分别为x％和y％，x和y满足：1≤x/y≤5；
d.基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为0.01至2％。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述第一元素包括铝，基于所述正极活性物质的重量，铝的含量为x％，且x和a满足0.2≤x/a≤1。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液包括具有硫氧双键的化合物，基于所述电解液的重量，所述具有硫氧双键的化合物的含量为c％，c的取值范围为0.01至5。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中c和a满足：0.5≤c/a≤3。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液包括三腈化合物，基于所述电解液的重量，所述三腈化合物的含量为d％，d的取值范围为0.01至5。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中d和a满足：0.2≤d/a≤4。
11.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液包括丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。
12.一种电子装置，其包括根据权利要求1-11中任一项所述的电化学装置。
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