CN115621534B - 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，电化学装置包括负极极片，负极极片包括负极材料层，负极材料层包括硅复合材料和石墨，硅复合材料的颗粒的表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，基于表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，表面区域中的锂元素的质量百分含量为0.2%至12%，表面区域中的碳元素的质量百分含量为3%至56%，表面区域中的氮元素的质量百分含量为0.2%至1.5%。本申请提供的电化学装置具有良好的循环性能和较低的膨胀率。

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
锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽等特性，这些优异的特性使锂离子电池在消费电子、动力电池和储能三大领域都实现了广泛应用。
硅材料具有高的理论克容量，在锂离子电池中具有广阔的应用前景。但硅材料在充放电循环过程中，随着锂离子的嵌入和脱出，会发生120%至300%的体积膨胀，导致硅材料粉化并与负极集流体脱离，从而影响锂离子电池的循环性能。
发明内容
本申请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循环性能。具体技术方案如下：
本申请的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材料层，所述负极材料层包括硅复合材料和石墨，所述硅复合材料的颗粒的表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，所述表面区域为沿所述颗粒表面至所述颗粒内部深度为200nm的区域；基于所述表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述表面区域中的所述锂元素的质量百分含量为0.2%至12%，所述表面区域中的所述碳元素的质量百分含量为3%至56%，所述表面区域中的所述氮元素的质量百分含量为0.2%至1.5%；所述硅复合材料的表面具有片状结构。本申请提供的电化学装置具有良好的循环性能和膨胀性能，也即具有良好的循环性能和较低的膨胀率。
在本申请的一些实施方案中，所述片状结构的厚度为0.5nm至10nm。具有上述厚度的片状结构在电化学装置的循环过程中可以进一步改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，所述硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.034。有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，A为0.2%至2%。有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，所述硅复合材料满足0.14≤A/B≤0.19。有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，A为7%至15%。有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中氮元素的质量百分含量为0.2%至1%。当硅复合材料中氮元素的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中碳元素的质量百分含量为4%至40%。当硅复合材料中碳元素的质量百分含量在上述范围内，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，所述硅复合材料的粒径分布范围为0.2µm至30.5µm，Dv50为5µm至10µm，Dv99为15µm至30µm；所述硅复合材料的粉末电导率为0.02S/cm至30S/cm。通过将硅复合材料的粒径分布范围、Dv50、Dv99和粉末电导率调控在上述范围内，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，所述硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.2。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，所述硅复合材料满足0.007≤A/B≤0.15。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，50%≤B≤60%。
在本申请的一些实施方案中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，55%≤B≤65%。
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。本申请提供的电子装置具有良好的使用性能。
本申请的有益效果：
本申请提供了一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括负极极片，负极极片包括负极材料层，负极材料层包括硅复合材料和石墨，硅复合材料的颗粒的表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，表面区域为沿所述颗粒表面至所述颗粒内部深度为200nm的区域；基于表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，表面区域中的锂元素的质量百分含量为0.2%至12%，表面区域中的碳元素的质量百分含量为3%至56%，表面区域中的氮元素的质量百分含量为0.2%至1.5%；硅复合材料的表面具有片状结构。本申请提供的电化学装置中的硅复合材料满足上述特征，得到的电化学装置具有良好的循环性能和膨胀性能。
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为本申请一些实施方案中的硅复合材料的结构示意图；
图2为实施例1中的锂离子电池经400圈循环后拆解得到负极极片中的硅复合材料扫描电镜照片。
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，在以下内容中，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：
本申请的第一方面提供了一种电化学装置，其包括负极极片，负极极片包括负极材料层，负极材料层包括硅复合材料和石墨，硅复合材料的颗粒的表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，表面区域为沿颗粒表面至颗粒内部深度为200nm的区域；基于表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，表面区域中的锂元素的质量百分含量为0.2%至12%，表面区域中的碳元素的质量百分含量为3%至56%，表面区域中的氮元素的质量百分含量为0.2%至1.5%；硅复合材料的表面具有片状结构。
本申请中提供的电化学装置包含硅复合材料，硅复合材料颗粒的表面区域中包含硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，可以在硅复合材料表面形成保护界面，改善硅材料的膨胀性能，减少硅复合材料与电解液之间的副反应，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。同时，电化学装置中的硅复合材料的表面形成片状结构，该片状结构在电化学装置的循环过程中，能够稳定硅复合材料的界面，同时有利于锂离子的传输，从而可以进一步改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。示例性地，图1示出了本申请一些实施例中硅复合材料的颗粒10的结构示意图，颗粒10包括表面区域12和内部区域13，颗粒10内部的箭头所示方向为沿颗粒10表面11向颗粒10内部延伸的方向，图中所示的距离d为沿颗粒10表面11向颗粒10内部延伸的深度，表面区域12即为沿颗粒10表面11至内部深度d为200nm的区域，内部区域13为颗粒10中除去表面区域11以外的区域。
具体地，表面区域中的锂元素的质量百分含量可以为0.2%、0.4%、0.5%、0.7%、0.9%、1%、1.2%、1.5%、1.7%、1.9%、2%、4%、6%、8%、10%、12%或为上述任意两个数值组成的范围，表面区域中的碳元素的质量百分含量可以为3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、56%或为上述任意两个数值组成的范围，表面区域中的氮元素的质量百分含量可以为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%或为上述任意两个数值组成的范围。当表面区域中锂元素、碳元素和氮元素中任一个或多个元素的质量百分含量过低时，例如，表面区域中锂元素的质量百分含量低于0.2%、碳元素的质量百分含量低于3%、氮元素的质量百分含量低于0.2%，在硅复合材料表面难以形成保护界面以改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。当表面区域中锂元素、碳元素和氮元素中任一个或多个元素的质量百分含量过高时，例如，表面区域中锂元素的质量百分含量高于12%、碳元素的质量百分含量高于56%、氮元素的质量百分含量高于1.5%，会影响硅复合材料的首次库伦效率和克容量，进而影响电化学装置的能量密度。通过调控表面区域中锂元素、碳元素和氮元素的质量百分含量在上述范围内，更有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能，且更有利于发挥硅材料具有高容量的特点，得到能量密度较高的电化学装置。在本申请中，“提高电化学装置的膨胀性能”也即降低电化学装置充放电循环后的膨胀率。
本申请提供的电化学装置，硅复合材料表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，且表面区域中锂元素、碳元素和氮元素的质量百分含量在上述范围内；同时，硅复合材料表面具有片状结构，得到的电化学装置具有良好的循环性能和膨胀性能。
本申请对硅复合材料颗粒表面区域中的硅元素和氧元素的含量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，示例性地，基于表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，表面区域中的硅元素的质量百分含量为30%至60%，优选为40%至55%，表面区域中的氧元素的质量百分含量为100%－（锂元素的质量百分含量+碳元素的质量百分含量+氮元素的质量百分含量+硅元素的质量百分含量）。需要说明的是，硅复合材料的表面区域中通常会包含一些含量较低（例如质量百分含量小于或等于0.1%）的杂质元素，本申请在计算表面区域中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量百分含量时不考虑上述杂质元素。
在本申请的一些实施方案中，片状结构的厚度为0.5nm至10nm。具有上述厚度的片状结构在电化学装置的循环过程中，能够稳定硅复合材料的界面，同时有利于锂离子的传输，从而可以进一步改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.034。优选地，A为0.2%至2%。示例性地，B可以为50%、52%、55%、58%、60%、62%、65%或为上述任意两个数值组成的范围，A/B的值可以为0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.015、0.020、0.025、0.030、0.034或为上述任意两个数值组成的范围，A可以为0.2%、0.4%、0.5%、0.7%、0.9%、1%、1.2%、1.5%、1.7%、1.9%、2%或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B和A/B的值在上述范围，或者A、B和A/B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，硅复合材料满足0.14≤A/B≤0.19。优选地，A为7%至15%。示例性地，B可以为50%、52%、55%、58%、60%、62%、65%或为上述任意两个数值组成的范围，A/B的值可以为0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19或为上述任意两个数值组成的范围，A可以为7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B和A/B的值在上述范围，或者A、B和A/B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.2。例如，A/B的值可以为0.004、0.005、0.01、0.05、0.15、0.2或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控A/B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，硅复合材料满足0.007≤A/B≤0.15。例如，A/B的值可以为0.007、0.008、0.009、0.01、0.015、0.02、0.05、0.15或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控A/B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，50%≤B≤60%。例如，B可以为50%、52%、55%、58%、60%或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，55%≤B≤65%。例如，B可以为55%、58%、60%、62%、65%或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B的值在上述范围，有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中氮元素的质量百分含量为0.2%至1%。例如，硅复合材料中氮元素的质量百分含量可以为0.2%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1%或为上述任意两个数值组成的范围。当硅复合材料中氮元素的质量百分含量在上述范围内，有利于提高硅复合材料的表面稳定性以及电化学装置中离子的传导速率，从而在提高电化学装置的循环性能和膨胀性能的基础上，还可以改善电化学装置的倍率性能。
在本申请的一些实施方案中，基于硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，硅复合材料中碳元素的质量百分含量为4%至40%。例如，硅复合材料中碳元素的质量百分含量可以为4%、5%、10%、20%、30%、40%或为上述任意两个数值组成的范围。当硅复合材料中碳元素的质量百分含量在上述范围内，有利于提高硅复合材料的表面稳定性和电子电导率，从而有利于提高电化学装置的循环性能和膨胀性能。
本申请对硅复合材料中氧元素的含量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，示例性地，基于硅复合材料中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，氧元素的质量百分含量为100%－（锂元素的质量百分含量+碳元素的质量百分含量+氮元素的质量百分含量+硅元素的质量百分含量）。需要说明的是，硅复合材料中通常会包含一些含量较低（例如质量百分含量小于或等于0.1%）的杂质元素，本申请在计算上述硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量百分含量时不考虑上述杂质元素。
在本申请的一些实施方案中，硅复合材料的粒径分布范围为0.2µm至30.5µm，Dv50为5µm至10µm，Dv99为15µm至30µm；硅复合材料的粉末电导率为0.02S/cm至30S/cm，优选为0.02S/cm至20S/cm，进一步优选为0.02S/cm至10S/cm。例如，粒径分布范围可以为0.2μm至30.5μm、0.3μm至30.5μm、0.4μm至30.5μm、0.5μm至30.5μm、0.6μm至30.5μm中的任一范围，Dv50可以为5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、9μm、10μm或为上述任意两个数值组成的范围，Dv99可以为15μm、18μm、20μm、23μm、25μm、28μm、30μm或为上述任意两个数值组成的范围，硅复合材料的粉末电导率可以为0.02S/cm、0.05S/cm、0.1S/cm、0.5S/cm、1S/cm、2S/cm、5S/cm、10S/cm、15S/cm、20S/cm、25S/cm、30S/cm或为上述任意两个数值组成的范围。通过将硅复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99调控在上述范围内，能够减少硅复合材料与电解液之间的副反应，以缓解硅复合材料的体积变化，增强硅复合材料的抗压强度，进一步增加负极极片的结构稳定性，从而有利于改善电化学装置的循环性能。硅复合材料具有上述范围的粉末电导率，能够有效控制负极极片与电解液之间界面的电流密度，使得负极极片不易出现析锂现象，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请中，Dv50表示在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起，到达体积累积50%的粒径，Dv99表示在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起，到达体积累积99%的粒径。
本申请对硅复合材料与石墨的质量比没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，硅复合材料与石墨的质量比为（3至20）:（80至97），示例性地，硅复合材料与石墨的质量比可以为3:97、4:96、5:95、6:94、7:93、10:90、12:88、15:85、18:82、20:80或为上述任意两个比值组成的范围。通过将硅复合材料与石墨的质量比调控在上述范围内，能够使负极材料层保持高的克容量，同时降低硅与电解液直接接触的概率以减少硅与电解液之间的副反应和固体电解质界面（SEI）膜的形成，缓解硅的体积膨胀，并且石墨可以增加负极极片的导电性，从而有利于协同改善电化学装置的循环性能。本申请对石墨的种类没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，石墨包括天然石墨、人造石墨或中间相碳微球等中的至少一种。通过选用上述石墨材料，有利于改善电化学装置的循环性能。
本申请对硅复合材料的制备方法没有特别限制，示例性地，硅复合材料的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将硅材料与硝酸锂溶于溶剂中，混合均匀后烘干得到粉末材料，然后将粉末材料在含碳气体中进行热处理得到硅复合材料。其中，烘干的温度为80℃至120℃；热处理的温度为300℃至800℃，热处理的升温速率为1℃/min至10℃/min，热处理的保温时间为0.5h至6h；硅材料和硝酸锂的质量比可以为（10至200）:1；硅材料可以是硅碳材料、硅氧材料或预锂化硅氧材料；溶剂可以包括但不限于乙醇、水或丙酮中的至少一种；含碳气体包括乙炔、甲烷或丙烯中的至少一种；粉末材料与含碳气体的质量比可以为（20至100）:1。
通常情况下，可以通过改变硅材料和硝酸锂的质量比来调控硅复合材料中硅元素、锂元素、氮元素和氧元素的质量百分含量，例如，硅材料和硝酸锂的质量比增大，硅复合材料中硅元素的的质量百分含量升高，锂元素、氮元素和氧元素的质量百分含量降低；硅材料和硝酸锂的质量比减小，硅复合材料中硅元素的的质量百分含量降低，锂元素、氮元素和氧元素的质量百分含量升高。可以通过改变粉末材料与含碳气体的质量比来调控硅复合材料中碳元素的质量百分含量，例如，粉末材料与含碳气体的质量比增大，硅复合材料中碳元素的质量百分含量降低；粉末材料与含碳气体的质量比减小，硅复合材料中碳元素的质量百分含量升高。
通常情况下，通过改变热处理的温度、升温速率和保温时间可以来调控硅复合材料颗粒的表面区域中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量百分含量。例如，提高热处理温度，表面区域中硅元素的质量百分含量降低，锂元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量升高，碳元素的质量百分含量升高，氮元素的质量百分含量升高；降低热处理温度，表面区域中硅元素的质量百分含量升高，锂元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量降低，碳元素的质量百分含量降低，氮元素的质量百分含量降低。提高升温速率，表面区域中硅元素的质量百分含量升高，锂元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量降低，碳元素的质量百分含量降低，氮元素的质量百分含量降低；降低升温速率，表面区域中硅元素的质量百分含量降低，锂元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量升高，碳元素的质量百分含量升高，氮元素的质量百分含量升高。延长热处理的保温时间，表面区域中硅元素的质量百分含量降低，锂元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量升高，碳元素的质量百分含量升高，氮元素的质量百分含量升高；缩短热处理的保温时间，表面区域中硅元素的质量百分含量升高，锂元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量降低，碳元素的质量百分含量降低，氮元素的质量百分含量降低。
改变热处理的温度、升温速率和保温保温时间还可以调控硅复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99。例如，提高热处理温度，硅复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大；降低热处理温度，硅复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小。提高升温速率，硅复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小；降低升温速率，硅复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大。延长热处理的保温时间，硅复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大；缩短热处理的保温时间，硅复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小。
本申请对上述硅碳材料的制备方法没有特别限制，示例性地，硅碳材料的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将有机物进行碳化，得到碳基体，再使碳基体处于含硅的气体氛围中，然后进行热处理，得到硅碳材料。本申请对制备硅碳材料过程中的有机物、含硅气体、碳化温度、碳化时间、碳基体在含硅气体中处理时间、热处理温度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，有机物包括间二苯酚和甲醛，碳化温度为400℃至1600℃，碳化时间为2h至12h，碳基体在含硅气体中处理时间为2h至15h，热处理温度为300℃至800℃。含硅气体包括硅烷，例如可以是硅烷和氢气的混合气体，本申请对硅烷和氢气的混合比例没有特别限制，可以根据实际需要进行调整，只要能实现本申请的目的即可。硅碳材料中以硅元素和碳元素为主，可以包含氧元素。硅碳材料中硅元素和碳元素的质量百分含量可以通过碳基体在含硅气体中的处理时间和温度进行调控。例如，延长碳基体在含硅气体中的处理时间或升高热处理的温度，硅碳材料中的硅元素的质量百分含量升高，碳元素的质量百分含量降低；缩短碳基体在含硅气体中的处理时间或降低热处理的温度，硅碳材料中的硅元素的质量百分含量降低，碳元素的质量百分含量升高。若硅碳材料中包含氧元素，氧元素的质量百分含量随硅元素和碳元素的质量百分含量的变化而变化。
本申请对上述硅氧材料的制备方法没有特别限制，示例性地，硅氧材料的制备方法可以包括但不限于以下步骤：在非活性气体存在且减压下，以900℃至1600℃的温度范围加热8h至20h金属硅粉和二氧化硅粉末的混合物，以产生氧化硅气体。所产生的氧化硅气体固化沉积在吸附板上，再通过破碎分级即可得到硅氧材料。上述非活性气体可以包括但不限于氦气或氩气等中的至少一种。硅氧材料中硅元素和氧元素的质量百分含量可以通过金属硅粉与二氧化硅粉末的质量比进行调控。例如，金属硅粉与二氧化硅粉末的质量比增大，硅碳材料中的硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低；金属硅粉与二氧化硅粉末的质量比减小，硅碳材料中的硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高。金属硅粉与二氧化硅粉末的质量比可以根据实际情况进行选择和调控，本申请对此不做限定。
预锂化硅氧材料是将硅氧材料进行预锂化处理得到。本申请对上述预锂化处理的过程没有特别限制，示例性地，以预锂化硅氧材料为例，预锂化处理可以包括但不限于以下步骤：将硅氧材料与锂源混合均匀后，在惰性气体氛围下进行热处理，然后清洗、干燥得到预锂化硅氧材料。其中，锂源可以包括但不限于金属锂、氧化锂、氢化锂、硝酸锂、碳酸锂或硅酸锂等中的至少一种；硅氧材料与锂源的质量比可以为（8至15）:1；热处理的温度可以为400℃至800℃，热处理的时间可以为1h至20h。预锂化硅氧材料中锂元素的质量百分含量可以通过调控硅氧材料与锂源的质量比进行调控，例如，硅氧材料与锂源的质量比增大，预锂化硅氧材料中锂元素的质量百分含量降低；硅氧材料与锂源的质量比减小，预锂化硅氧材料中锂元素的质量百分含量升高。
本申请可以通过粒径分级获得不同粒径分布的硅复合材料。本申请对粒径分级方法没有特别限制，只要能得到符合本申请粒径要求的材料即可，例如，可以通过研磨并进行粒径筛分从而获取具有不同粒径分布的硅复合材料。
本申请对调控硅复合材料的粉末电导率的方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，可以通过调控碳元素的质量百分含量来调控硅复合材料的电导率。通常情况下，硅复合材料的粉末电导率随其中碳元素的质量百分含量的增加而提高，随其中碳元素的质量百分含量的降低而降低。
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，例如，粘结剂可以包括但不限于聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物（丁苯橡胶）、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。通过选择上述粘结剂，得到的负极材料层具有良好的结构稳定性，有利于提高电化学装置的循环性能。
在本申请中，上述负极材料层中的硅复合材料和石墨作为负极材料层中的负极活性材料，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，例如导电剂可以包括导电炭黑（Super P）、碳纳米管（CNTs）、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑或石墨烯等中的至少一种。本申请对负极材料层中负极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。
本申请的负极极片包括负极集流体，负极材料层设置于负极集流体至少一个表面上。上述“负极材料层设置于负极集流体至少一个表面上”是指，负极材料层可以设置于负极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体沿自身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。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（例如碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等）等。本申请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12μm，负极材料层的厚度为30μm至120μm。申请对负极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极极片的厚度为50μm至150μm。
任选地，负极极片还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极材料层之间。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，导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制，例如可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。
在本申请中，电化学装置还包括正极极片，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层。上述“设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层”是指，正极材料层可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体沿自身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。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，可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体（例如铝碳复合集流体）等。正极材料层包括正极活性材料，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，正极活性材料可以包含镍钴锰酸锂（例如常见的NCM811、NCM622、NCM523、NCM111）、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中的至少一种。正极材料层还包括导电剂和粘结剂，本申请对导电剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。本申请对正极材料层中正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。本申请对正极集流体和正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，正极集流体的厚度为6μm至12μm，正极材料层的厚度为30μm至120μm。申请对正极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极极片的厚度为50μm至150μm。
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。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制，例如，可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。
在本申请中，电化学装置还包括隔离膜，用以分隔正极极片和负极极片，防止电化学装置内部短路，允许电解质离子自由通过，且不影响电化学充放电过程的进行。本申请对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，隔离膜的材料可以包括但不限于聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）为主的聚烯烃（PO）类、聚酯（例如，聚对苯二甲酸二乙酯（PET）膜）、纤维素、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺（PA）、氨纶或芳纶中的至少一种；隔离膜的类型可以包括织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜中的至少一种。
例如，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、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。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，所述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、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。所述粘结剂没有特别限制，例如可以是上述粘结剂中的至少一种。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、聚乙烯醚或聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
在本申请中，电化学装置还包括电解液，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、Li2SiF6、双草酸硼酸锂（LiBOB）或二氟硼酸锂中的至少一种。本申请对锂盐在电解液中的浓度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，锂盐在电解液中的浓度为0.9mol/L至1.5mol/L，示例性地，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或为上述任意两个数值组成的范围。本申请对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（MEC）中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸乙烯酯（EC）、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。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯（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甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯（EP）、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯或己内酯中的至少一种。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、1-乙氧基-1-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、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一种。电解液中上述非水溶剂的质量百分含量可以为15%至80%，例如可以15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或为其间的任意范围。
本申请的电化学装置还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔离膜、负极极片和电解液，以及电化学装置中本领域已知的其它部件，本申请对上述其它部件不做限定。本申请对包装袋没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋，只要能够实现本申请目的即可。
本申请的电化学装置没有特别限定，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。
本申请的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，将正极极片、隔离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，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。因此，本申请提供的电子装置具有良好的使用性能。
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、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。
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：
元素质量百分含量的测试：
将样品台上贴好导电胶，取各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末状样品平铺于导电胶上，用洗耳球吹走未粘上的粉末，喷金，使用PhilipsXL-30型场发射扫描电子显微镜配备的X射线能谱仪（EDS）在加速电压为10kV，发射电流为10mA的条件下面扫测试各元素的质量百分含量。
表面区域中元素的质量百分含量的测试：
将样品台上贴好导电胶，取各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末状样品平铺于导电胶上，用洗耳球吹走未粘上的粉末，喷金，使用氩气等离子体对粉末状样品的颗粒进行截面切割。使用PhilipsXL-30型场发射扫描电子显微镜配备的EDS在加速电压为10kV，发射电流为10mA的条件下，得到粉末状样品的扫描电镜照片，然后选择扫描电镜照片中粒径为5µm至10µm的颗粒，对颗粒的表面区域进行元素质量百分含量测试，得到表面区域中各元素的质量百分含量，取平均值作为最终结果。
粉末电导率的测试：
取5g各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末样品，用电子压力机恒压至5000kg，维持20s，得到样品片，此时样品片的面积S=3.14cm2，并测得样品片高度h。将样品片置于电阻测试仪（苏州晶格电子ST-2255A）电极间，在样品片两端施加电压U，测得电流I，根据公式R=U/I，得到样品片电阻R。根据公式δ=h/(S×R)/1000计算得到粉末电导率，单位为S/cm。
粒径分布、Dv50和Dv99的测试：
在50ml洁净烧杯中加入0.02g各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的的粉末样品，加入20ml去离子水，再滴加表面活性剂，使粉末样品完全分散于水中，在120W超声清洗机中超声5min，利用激光散射粒度仪MasterSizer 2000测试粒径分布、Dv50和Dv99。
循环容量保持率的测试：
在25℃的环境中，将锂离子电池以1C恒流充电至4.48V，再以4.48V恒压充电至0.025C，静置5min，以0.5C恒流放电至3.0V，静置5min，记录首圈循环的放电容量。然后以相同的步骤进行500圈的充电和放电循环，记录第500圈循环锂离子电池的放电容量。
锂离子电池的循环容量保持率（%）=(第500圈循环的放电容量/首圈循环的放电容量)×100%。
循环膨胀率测试：
在测试温度为25℃下，用螺旋千分尺测试锂离子电池在50%荷电状态（SOC）下的厚度，记为H0，然后按照“循环容量保持率的测试”中的充放电步骤循环至500圈时，测试锂离子电池在100%SOC下的厚度，记为H1。循环膨胀率=(H1-H0)/H0×100%。
片状结构的判断及厚度测量：
在25℃的环境中，将锂离子电池按照以下步骤循环充放电400圈：在25±1℃的环境中，将电化学装置以1C恒流充电至4.48V，再以4.48V恒压充电至0.025C，静置5min，以0.5C恒流放电至3.0V。然后在满充状态下拆解锂离子电池得到负极极片，然后对负极极片的表面拍摄扫描电镜照片，从得到的扫描电镜照片中可直观地看出负极极片表面的负极活性材料表面是否存在片状结构（如图2所示），并且可以通过尺寸测量软件测量得到片状结构的厚度。在测试片状结构的厚度时，测量100处不同位置的片状结构的厚度，取平均值作为最终结果。上述负极活性材料是指各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，上述尺寸测量软件为本领域常用测量软件，本申请对此不作限定。
实施例1
<硅复合材料的制备>
将硅碳材料与硝酸锂按照质量比为100:5溶于乙醇中，搅拌至混合均匀，在80℃下烘干，然后在乙炔气氛下进行热处理得到硅复合材料，热处理的温度为500℃、升温速率为5℃/min、保温时间为2h。其中，硅碳材料中氧元素的质量百分含量为5%，硅元素的质量百分含量为59.8%，碳元素的质量百分含量为35.2%。
<负极极片的制备>
将上述制备的硅复合材料、石墨、导电炭黑和丁苯橡胶按照质量比5:92:1.8:1.2进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为45wt%的浆料，真空搅拌机搅拌均匀后得到负极浆料。将负极浆料均匀涂覆于厚度为10μm的负极集流体铜箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到涂层厚度为100μm的单面涂布负极材料层的负极极片。然后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材料层的负极极片。90℃条件下烘干后冷压，再经裁片、焊接极耳，得到规格为78mm×875mm的负极极片待用。
<正极极片的制备>
将正极活性材料LiCoO2、导电炭黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，调配成为固含量为75wt%的浆料，真空搅拌均匀后得到正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到涂层厚度为100μm的单面涂布正极材料层的正极极片。然后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材料的正极极片。90℃条件下烘干后冷压，再经裁片、焊接极耳，得到规格为74mm×867mm的正极极片待用。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛手套箱中，将有机溶剂EC、PC、DEC和EP按照质量比为3:1:3:3混合，然后向有机溶剂中加入锂盐LiPF6溶解并混合均匀，得到电解液。其中，锂盐的浓度为1mol/L。
<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起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件装入铝塑膜包装袋中，并在80℃下脱去水分，注入配好的电解液，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2至实施例12
除了在<硅复合材料的制备>中，按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1相同。
实施例13至实施例14
除了在<硅复合材料的制备>中，将硅碳材料替换为预锂化硅氧材料并按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1相同。其中，预锂化硅氧材料中氧元素的质量百分含量为29%，硅元素的质量百分含量为59.8%，锂元素的质量百分含量为11.2%。
对比例1
除了按照以下步骤制备负极活性材料并将<负极极片的制备>中的硅复合材料替换为以下制备的负极活性材料以外，其余与实施例1相同；
<负极活性材料的制备>
将硅碳材料溶于乙醇中，搅拌至混合均匀，在80℃下烘干，然后在乙炔气氛下进行热处理得到硅复合材料，热处理的温度为500℃、升温速率为5℃/min、保温时间为2h。其中，硅碳材料中氧元素的质量百分含量为5%，硅元素的质量百分含量为59.8%，碳元素的质量百分含量为35.2%。
对比例2
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1相同。
各实施例和对比例的制备参数和性能参数如表1和表2所示。
表1
注：表1中的“硅材料”是指各实施例和对比例中的硅碳材料或预锂化硅氧材料，“元素含量”是指对应元素的质量百分含量，“负极活性材料”是指各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，“/”表示不存在对应的参数或物质。
表2
注：表2中的“负极活性材料”是指各实施例中的硅复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，“/”表示不存在对应的参数或物质；以实施例1为例，“0.2-30.5”是指负极活性材料的粒径分布为0.2µm至30.5µm，其余实施例和对比例以此类推理解。
参考表1和表2，从实施例1至实施例14、对比例1至对比例2可以看出，本申请提供的锂离子电池，其中的硅复合材料颗粒表面区域中的锂元素、碳元素和氮元素的质量百分含量在本申请的范围内，硅复合材料表面存在片状结构，锂离子锂离子电池具有更高的循环容量保持率和更小的膨胀率，从而说明本申请提供的锂离子电池具有更好的循环性能和膨胀性能。
具体地，图2为实施例1中的锂离子电池经400圈循环后拆解得到负极极片中的硅复合材料扫描电镜照片，从图中可以看出，硅复合材料的表面存在片状结构，片状结构的平均厚度为2nm。
从实施例1至实施例14可以看出，A、B、A/B的值，以及硅复合材料中氮元素和碳元素的质量百分含量随制备参数的变化而变化，且均在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量保持率以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
硅复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99通常也会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1至实施例14可以看出，当硅复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量保持率以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
硅复合材料的粉末电导率通常也会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1至实施例14可以看出，当硅复合材料的粉末电导率在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量保持率以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他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他要素，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例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
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 (13)

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材料层，所述负极材料层包括硅复合材料和石墨，所述硅复合材料的颗粒的表面区域包括硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素，所述表面区域为沿所述颗粒表面至所述颗粒内部深度为200nm的区域；
基于所述表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述表面区域中的所述锂元素的质量百分含量为0.2%至12%，所述表面区域中的所述碳元素的质量百分含量为3%至56%，所述表面区域中的所述氮元素的质量百分含量为0.2%至1.5%，所述表面区域中的所述硅元素的质量百分含量为40%至55%，所述表面区域中的所述氧元素的质量百分含量为100%-（锂元素的质量百分含量+碳元素的质量百分含量+氮元素的质量百分含量+硅元素的质量百分含量）；所述表面区域中的硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量百分含量是所述硅复合材料的扫描电镜照片中粒径为5µm至10µm的颗粒中各元素在所述表面区域中的质量百分含量的平均值；
所述硅复合材料的表面具有片状结构，所述片状结构的厚度为0.5nm至10nm，所述硅复合材料的粒径分布范围为0.2µm至30.5µm。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，所述硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.034。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，A为0.2%至2%。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量B为50%至65%，所述硅复合材料满足0.14≤A/B≤0.19。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，A为7%至15%。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中氮元素的质量百分含量为0.2%至1%。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中碳元素的质量百分含量为4%至40%。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述硅复合材料的Dv50为5µm至10µm，Dv99为15µm至30µm；所述硅复合材料的粉末电导率为0.02S/cm至30S/cm。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，所述硅复合材料满足0.004≤A/B≤0.2。
10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中锂元素的质量百分含量为A、硅元素的质量百分含量为B，所述硅复合材料满足0.007≤A/B≤0.15。
11.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，50%≤B≤60%。
12.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述硅复合材料中硅元素、锂元素、氧元素、碳元素和氮元素的质量总和，所述硅复合材料中硅元素的质量百分含量为B，55%≤B≤65%。
13.一种电子装置，其包括权利要求1至12中任一项所述的电化学装置。
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