CN115668565A - 电化学装置及包括该电化学装置的电子装置 - Google Patents

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CN115668565A CN202280003675.4A CN202280003675A CN115668565A CN 115668565 A CN115668565 A CN 115668565A CN 202280003675 A CN202280003675 A CN 202280003675A CN 115668565 A CN115668565 A CN 115668565A
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Abstract

本申请提供了一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置，该电化学装置包括：正极、负极、设置在所述正极和所述负极之间的隔膜及电解液，其中，所述负极包括负极集流体及设置在所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包含具有结构式I的负极粘结剂。本申请的技术方案中，负极粘结剂具有结构式I，使其具有大量的锂离子交换位点以提升其离子电导率，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。

Description

电化学装置及包括该电化学装置的电子装置
技术领域
本申请涉及电化学装置技术领域，具体涉及一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置。
背景技术
电化学装置，如二次电池，由于具有能量密度高、循环寿命长、环保无公害等优点，已被广泛应用于消费类电子产品、电动交通工具、航空航天等领域中。而快充性能作为电化学装置性能的核心指标，尤其在消费类电子产品中，对其应用体验及推广普及有着至关重要的作用。
对电化学装置的极片而言，通常包括集流体及设置在集流体表面的活性物质层，该活性物质层可以包含活性物质、导电剂、粘结剂等组分，而粘结剂在其中起到了将活性物质与集流体、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂等之间粘结，以增强活性物质与导电剂以及活性物质与集流体之间的电子接触，更好的稳定极片的结构。
然而，现有的粘结剂与电化学装置内的电解液亲和性较差，这样会使充放电过程中的锂离子在粘结剂中的传导受阻，致使极片的界面阻抗增大，从而导致电化学装置的快充性能下降，尤其在低温环境下，电化学装置的快充性能下降更加明显，而且其放电性能在低温环境下也会严重下降。
发明内容
本申请提供了一种电化学装置及包括该电化学装置的电子装置，该电化学装置在低温环境下具有优异的快充性能和放电性能。
第一方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括：
正极；
负极，所述负极包括负极集流体及设置在所述负极集流体表面的负极活性物质层，其中，所述负极活性物质层包含具有结构式I的负极粘结剂：
隔膜，设置在所述正极和所述负极之间；
电解液；
Figure GDA0003981470960000021
所述结构式I中m为1至10000之间的整数，n为1至10000之间的整数，R1选自C1至C8的烷基，R2选自C1至C15的烷基。
本申请的技术方案中，负极粘结剂具有结构式I，使其具有大量的锂离子交换位点以提升其离子电导率，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
在本申请的一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总质量，所述负极粘结剂的质量百分含量为0.5％至5.0％。
在本申请的一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总质量，所述负极粘结剂中锂的质量百分含量为0.5％至5％。
在本申请的一些实施例中，所述负极粘结剂的离子电导率为0.06mS/cm至1.0mS/cm。
在本申请的一些实施例中，所述负极粘结剂包括如下制备原料：芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体、烯属不饱和羧酸酯单体和具有磺酸锂基团的单体。
在本申请的一些实施例中，基于所述负极粘结剂的总重量，所述具有磺酸锂基团的单体的重量百分含量为0.5％至15％。
在本申请的一些实施例中，所述芳香族乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯或二乙烯基苯中的至少一种；
所述烯属不饱和羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一种；
所述烯属不饱和羧酸酯单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙脂、丙烯酸正丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙脂或甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种；
所述具有磺酸锂基团的单体选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂、对苯乙烯磺酸锂、三氟甲基磺酸锂或十二烷基磺酸锂中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述负极粘结剂的制备原料还包括交联单体，所述交联单体选自三缩丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、衣康酸单丁酯、二乙烯基苯、丁二烯、异戊二烯、双环戊二烯、二乙烯基萘、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、邻苯二甲酸二乙烯酯、季戊四醇二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、三羟甲基丙烷三烯丙基或聚乙烯亚胺中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述负极的离子电阻为15mΩ至25mΩ。
第二方面，本申请还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述任一项实施例中所述的电化学装置。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
从下面结合附图对本申请的具体实施方式的描述中可以更好地理解本申请，其中，通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1示出了本申请的一些实施例所制得的负极粘结剂的红外光谱图；
图2示出了实施例1和对比例1所制得的锂离子电池在1.0C@0℃和1.2C@0℃放电的表面状态图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。下面的详细描述中公开了许多具体细节，以便全面理解本申请。但是，对于本领域技术人员来说，很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。
本申请提供了一种电化学装置，包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜和电解液，其中，负极包括负极集流体及设置在负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层包含具有结构式I的负极粘结剂：
Figure GDA0003981470960000041
其中，结构式I中m为1至10000之间的整数，n为1至10000之间的整数，R1选自C1至C8的烷基，R2选自C1至C15的烷基。
本申请的技术方案中，负极粘结剂具有结构式I，使其具有大量的锂离子交换位点以提升其离子电导率，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
在本申请的一些实施例中，基于负极活性物质层的总质量，负极粘结剂的质量百分含量为0.5％至5.0％。负极粘结剂的质量百分含量在上述范围内，可降低负极的离子电阻，有利于提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，负极粘结剂的质量百分含量可以但不局限于为0.50％、0.60％、0.70％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％。
在本申请的一些实施例中，基于负极活性物质层的总质量，负极粘结剂中锂的质量百分含量为0.5％至5％。负极粘结剂中锂的质量百分含量在上述范围，可使负极具有大量的锂离子交换位点来提升其离子电导率，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，负极粘结剂中锂的质量百分含量可以但不局限于为0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2.0％、2.05％、2.1％、2.15％、2.2％、2.25％、2.3％、2.35％、2.4％、2.45％、2.5％、2.55％、2.6％、2.65％、2.7％、2.75％、2.8％、2.85％、2.9％、2.95％、3.0％、3.05％、3.1％、3.15％、3.2％、3.25％、3.3％、3.35％、3.4％、3.45％、3.5％、3.55％、3.6％、3.65％、3.7％、3.75％、3.8％、3.85％、3.9％、3.95％、4.0％、4.05％、4.1％、4.15％、4.2％、4.25％、4.3％、4.35％、4.4％、4.45％、4.5％、4.55％、4.6％、4.65％、4.7％、4.75％、4.8％、4.85％、4.9％、4.95％、5.0％。
在本申请的一些实施例中，粘结剂的离子电导率为0.06mS/cm～1.0mS/cm。粘结剂的离子电导率在上述范围内，能够促进锂离子的传导，从而有利于提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，粘结剂的离子电导率可以但不局限于为0.060mS/cm、0.061mS/cm、0.062mS/cm、0.063mS/cm、0.064mS/cm、0.065mS/cm、0.066mS/cm、0.067mS/cm、0.068mS/cm、0.069mS/cm、0.070mS/cm、0.071mS/cm、0.072mS/cm、0.073mS/cm、0.074mS/cm、0.075mS/cm、0.076mS/cm、0.077mS/cm、0.078mS/cm、0.079mS/cm、0.080mS/cm、0.081mS/cm、0.082mS/cm、0.083mS/cm、0.084mS/cm、0.085mS/cm、0.086mS/cm、0.087mS/cm、0.088mS/cm、0.089mS/cm、0.090mS/cm、0.091mS/cm、0.092mS/cm、0.093mS/cm、0.094mS/cm、0.095mS/cm、0.096mS/cm、0.097mS/cm、0.098mS/cm、0.099mS/cm、0.10mS/cm、0.20mS/cm、0.50mS/cm、1.0mS/cm。
在本申请的一些实施例中，具有结构式I的负极粘结剂按重量百分含量计包括如下原料组分：
芳香族乙烯类单体，40％至90％；
烯属不饱和羧酸单体，1％至10％；
烯属不饱和羧酸酯单体，40％至90％；
具有磺酸锂基团的单体，0.5％至15％；
引发剂，0.04％至1.5％；
乳化剂，0.05％至1.5％；
交联单体，0.5％至2％；
其中，各原料组分的重量百分含量之和为100％。
在本申请的实施例中，芳香族乙烯类单体作为第一硬单体，能够赋予粘结剂内聚力，该内聚力可使极片在低温环境下保持原始结构，即抵抗外力作用下的变形，并且该芳香族乙烯类单体的重量百分含量控制在40％至90％范围内，从而有利于提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，芳香族乙烯类单体的重量百分含量可以但不局限于为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％。
示例性的，上述芳香族乙烯类单体可以选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯中的至少一种。可以理解的是，芳香族乙烯类单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯中的任一种或两种以上混合的混合物，且该混合物中的各单体的重量百分含量之和在40％至90％范围内可以任意组合。
在本申请的实施例中，烯属不饱和羧酸单体作为第二硬单体，与芳香族乙烯类单体协同作用，以提高粘结剂的内聚力，而且该烯属不饱和羧酸单体的重量百分含量控制在1％至10％范围内，从而利于提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，烯属不饱和羧酸单体的重量百分含量可以但不局限于为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。
在本申请的一些实施例中，烯属不饱和羧酸单体选自丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种。
在本申请提供的实施例中，烯属不饱和羧酸酯单体作为软单体，能够赋予粘结剂粘结性能，以使粘结剂起到将活性物质与集流体、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂等之间粘结的作用，从而增强活性物质与导电剂以及活性物质与集流体之间的电子接触，更好的稳定极片的结构。而且烯属不饱和羧酸酯单体的重量百分含量控制在40％至90％范围内。
示例性的，烯属不饱和羧酸酯单体的重量百分含量可以但不局限于为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％。
在本申请的一些实施例中，烯属不饱和羧酸酯单体能够与芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体交联形成乳液，并且由于烯属不饱和羧酸酯单体具有酯基官能团，这样可增加粘结剂与电解液的亲和性，利于提升粘结剂的离子电导率，而且乳液的分子链中具有大量的电负性元素，即孤对电子，在电场的作用会不断与锂离子发生络合/解络反应，利于锂离子的扩散，从而有利于提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，烯属不饱和羧酸酯单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙脂、丙烯酸正丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙脂和甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。可以理解的是，烯属不饱和羧酸酯单体可以为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙脂、丙烯酸正丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙脂和甲基丙烯酸异辛酯中的任一种或两种以上混合的混合物，且该混合物中的各单体的重量百分含量之和在40％至90％范围内可以任意组合。
在本申请的实施例中，具有磺酸锂基团的单体作为功能性单体，能够对硬单体和软单体形成的乳液进行改性，使其具有大量的锂离子交换位点，以提升其离子电导率，而且具有磺酸锂基团的单体的重量百分含量控制控制在0.5％至15.0％范围内，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
示例性的，具有磺酸锂基团的单体的重量百分含量可以但不局限于为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、6.5％、7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、10.0％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％。
在本申请的一些实施例中，具有磺酸锂基团的单体选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂、对苯乙烯磺酸锂、三氟甲基磺酸锂和十二烷基磺酸锂中的至少一种。可以理解的是，具有磺酸锂基团的单体可以为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂、对苯乙烯磺酸锂、三氟甲基磺酸锂和十二烷基磺酸锂中的任一种或两种以上混合的混合物，且该混合物中的各单体的重量百分含量之和在0.5％至15.0％范围内可以任意组合。
在本申请的实施例中，引发剂能够引发芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体、烯属不饱和羧酸酯单体和具有磺酸锂基团的单体进行聚合反应形成乳液，而且其重量百分含量控制在0.04％至1.5％范围内。
示例性的，引发剂的重量百分含量可以但不局限于为0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％。
在本申请的一些实施例中，引发剂选自过氧化物和/或偶氮类化合物。
示例性的，过氧化物选自过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过硫酸铵和过硫酸钾中的至少一种。可以理解的是，过氧化物可以为氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过硫酸铵和过硫酸钾中任一种或两者以上混合的混合物，且该混合物中的各过氧化物的重量百分含量之和在0.04％至1.5％范围内可以任意组合。
示例性的，偶氮类化合物选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁脒盐酸盐和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的至少一种。可以理解的是，偶氮类化合物可以为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁脒盐酸盐和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中任一种或两种以上混合的混合物，且该混合物中的各偶氮类化合物的重量百分含量之和在0.04％至1.5％范围内可以任意组合。
在本申请的一些具体实施例中，引发剂可以选择V-50引发剂、VA-044引发剂、VA061引发剂。
在本申请的一些实施例中，引发剂包括过氧化物和偶氮类化合物，过氧化物和偶氮类化合物的具体种类如上所述，这些引发剂的重量百分含量之和在0.04％至1.5％范围内可以任意组合。
在本申请的实施例中，乳化剂能够起到乳化作用，有助于芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体、烯属不饱和羧酸酯单体和具有磺酸锂基团的单体形成稳定的乳液。在本申请的实施例中，乳化剂的重量百分含量控制在0.05％至1.5％范围内。
示例性的，乳化剂的重量百分含量可以但不局限于为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％。
在本申请的一些实施例中，乳化剂选自阴离子乳化剂和非离子乳化剂中的至少一种，这些乳化剂有助于提高粘结剂与电解液的亲和性，以利于锂离子在粘结剂中的传导，进而降低极片的界面阻抗，从而能够提升电化学装置在低温环境下的快充性能和放电性能。
在本申请的一些实施例中，阴离子乳化剂可选自羧酸盐、硫酸酯盐和磺酸盐中的至少一种。示例性的，阴离子乳化剂可以为月桂酸钾、十二烷基硫酸钠(C12H25OSO3Na)和丁二酸二辛酯磺酸钠等。
在本申请的一些实施例中，非离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚和/或烷基酚聚氧乙烯醚。
在本申请的实施例中，交联单体能够使单体进行共价交联，在本申请的实施例中，交联单体的重量百分含量控制在0.5％至2％范围内。
示例性的，交联单体的重量百分含量可以但不局限于为0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2.0％。
在本申请的一些实施例中，交联单体选自丙烯酸类交联单体和/或烯类交联单体。
示例性的，丙烯酸类交联单体选自三缩丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。可以理解的是，丙烯酸类交联单体可以为三缩丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和N-羟甲基丙烯酰胺中的任一种或两种以上混合的混合物，且该混合物中的各交联单体的重量百分含量之和在0.5％至2.0％范围内可以任意组合。
示例性的，烯类交联单体选自衣康酸单丁酯、二乙烯基苯、丁二烯、异戊二烯、双环戊二烯、二乙烯基萘、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、邻苯二甲酸二乙烯酯、季戊四醇二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、三羟甲基丙烷三烯丙基和聚乙烯亚胺中的至少一种。可以理解的是，烯类交联单体可以为上述任一种或两种以上混合的混合物，该混合物中的各种交联单体的重量百分含量之和在0.5％至2.0％范围内可以任意组合。
在本申请的一些实施例中，交联单体可以包括丙烯酸类交联单体和烯类交联单体，丙烯酸类交联单体和烯类交联单体的具体种类如上所述，这些交联单体的重量百分含量之和在在0.5％至2.0％范围内可以任意组合。
本申请还提供了一种负极粘结剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
S10：将芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体、烯属不饱和羧酸酯单体、具有磺酸锂基团的单体和部分乳化剂混合，然后添加至部分水中进行乳化，得到预乳化液；
S20：将部分引发剂与余量的乳化剂和水混合，然后与部分预乳化液混合后升温80℃左右，再缓慢滴加余量引发剂和交联单体，并控制反应液的温度在80℃左右；
S30：将余量的预乳化液缓慢添加至S20步骤进行的反应中，保温4h左右；
S40：待反应结束后，冷却至室温，并调节产物的pH值后，得到负极粘结剂。
在本申请的一些实施例中，负极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板等材质。示例性的，负极集流体的材质可以但不限于为铜、镍、钛或铁等金属或它们的合金的箔材或多孔板。进一步的，在本申请的一些具体实施例中，负极集流体采用铜箔。
负极活性物质层中的负极活性物质可以但不限于为天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、纳米碳、碳纤维、单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金、单质锡、锡氧化合物、锡碳复合物、锡合金及钛酸锂中的一种或多种。
负极活性物质层除了包括负极活性物质之外，还包括导电剂和粘结剂。本申请对负极活性物质层中的导电剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择，而粘结剂为上述实施例中的负极粘结剂，该负极粘结剂的具体组分请参照上述，在此不再赘述。
示例性的，导电剂可以但不局限于为石墨、超导碳、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一种或多种。
在本申请的一些实施例中，负极活性物质层还可以包括增稠剂，例如羧甲基纤维素(CMC)。
上述负极可按照本领域常规方法制备。作为一个示例，将负极活性物质(例如石墨)、导电剂(例如炭黑)、负极粘结剂和溶剂按照上述比例混合后，得到负极浆料；将上述负极浆料涂布于铜箔表面，经烘干等工序，得到负极。
在本申请的实施例中，正极包括正极集流体和设置在正极集流体表面的正极活性物质层，对正极集流体和正极活性物质层不做具体限制，可根据实际需求进行选择。
在本申请的一些实施例中，正极集流体可以但不局限于为金属箔或多孔金属箔。示例性的，正极集流体可以采用铝、铝合金、铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，该正极活性物质层能够进行锂离子的可逆嵌入/脱嵌。
示例性的，正极活性物质可采用锂过渡金属复合物，其中，过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce及Mg中的一种或多种。
作为一个示例，锂过渡金属复合物可为钴酸锂。
示例性的，粘结剂可以为丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或多种。
示例性的，导电剂为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种。
上述正极可按照本领域常规方法制备。作为一个示例，将正极活性物质(例如钴酸锂)、导电剂(例如炭黑)及粘结剂(例如聚偏乙烯)分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮，简称为NMP)中，形成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干等工序后，得到正极。
在本申请的实施例中，对隔膜不做具体的限制，可以为本领域已知的隔膜。示例性的，隔膜可采用玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或多种的单层或多层薄膜。
在本申请的实施例中，对电解液也不做具体的限制，可以为本领域已知的电解液。示例性的，电解液包括有机溶剂和电解质盐，其中，有机溶剂可采用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸丁烯酯(BC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1，4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)、二乙砜(ESE)中的一种或多种；电解质盐可采用六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiTFS)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)及四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)中的一种或多种。
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离子电池。
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。
在本申请的一些实施例中，上述电极组件在-20℃、3.4V 0.2C条件下的放电率为40％至48％。
本申请还提供了一种电子装置，包含本申请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良好的循环性能和安全性能，从而本申请提供的电子装置具有较长的使用寿命和良好的性能。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是现有技术中已知的任何电子装置。例如，电子装置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等。
如下具体实施例中以锂离子电池作为电化学装置的例子来详细解释本申请，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。以下实施例中各原料组分均按重量份计。
实施例1
本实施例提供了一种负极粘结剂的制备方法，具体如下：
S10：将1份脂肪醇聚氧乙烯醚、25份苯乙烯、24份丙烯酸丁酯、1.5份丙烯酸和5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂混合，并于39.95份水中乳化，得到预乳化液；
S20：再将0.05份偶氮二异丁腈、0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚和6份的水混合均匀后，与1/3的预乳化液倒入反应釜中升温搅拌，待温度升至80℃左右时，缓慢滴加0.05份偶氮二异丁腈以及1份三缩丙二醇二丙烯酸酯，并控制温度在80℃左右；
S30：缓慢滴加剩余的2/3乳化液，并保持乳液泛蓝光状态，保温4h左右；
S40：待反应结束后，降温至室温，调节pH值至7～8之间，得到负极粘结剂。
负极的制备：将人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠、负极粘结剂以97.3：0.5：1.2：1.0的重量比加入水中，经搅拌，得到负极浆料；采用挤压涂布机进行涂布，涂布速度为18m/min，将上述负极浆料涂布至6um厚的铜箔表面；于烘箱中烘烤，直到极片烘干，得到负极。
正极的制备：将钴酸锂、炭黑、聚偏氟乙烯和NMP溶剂搅拌制成正极浆料，再将正极浆料涂布在6um厚的铝箔表面上，经烘干，得到正极。
隔膜：采用单面涂陶瓷+双面涂水性偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
电解液：1mol/L六氟磷酸锂+(碳酸乙烯酯+碳酸丙烯酯+碳酸二乙酯+丙酸乙酯+氟代碳酸乙烯酯+1，3-丙磺内酯)溶剂。
将上述正极、负极焊接上极耳，再与隔膜卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤24h去除水分后，注入电解液，高温静置，对电池进行化成和分选，得到厚/宽/高分别为3.8mm、64mm、82mm的方形软包锂离子电池。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用0.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用3份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用5份对苯乙烯磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用5份对三氟甲基磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于：使用5份十二烷基磺酸锂单体代替5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂单体。
实施例9：
本实施例与实施例1的不同之处在于：人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠、负极粘结剂以97.5：0.5：1.2：0.8的重量比加入水中，经搅拌，得到负极浆料；将上述负极浆料涂布于6um厚的铜箔表面上，得到负极。
实施例10
本实施例与实施例1的不同之处在于：人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠、负极粘结剂以97.1：0.5：1.2：1.2的重量比加入水中，经搅拌，得到负极浆料；将上述负极浆料涂布于6um厚的铜箔表面上，得到负极。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：没有添加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂。
测试例
对实施例1至10和对比例1制备得到的锂离子电池进行性能测试，测试过程如下：
(1)负极浆料的稳定性
取一杯负极浆料，置于常温环境中，48h后用铁片或刮刀刮取浆料，然后垂直铁片或刮刀，让上面的浆料可以自然流动，如有成团浆料残留在铁片或刮刀不能正常留下，则浆料沉降，否则浆料无沉降。
(2)锂含量
取0.5g粘结剂胶膜/负极极片粉末(从极片上刮下来的粉末)，用10ml硝酸消解，然后使用ICP-OES(PE 7000DV)测试，得到谱线与标准曲线法对比，得出锂含量。
(3)红外测试
从负极极片上刮下粉末，放在酒精灯下烘干，将烘干的粉末和溴化钾粉末按1:100混合，放入红外制片模具中压成圆片，然后放入红外测试仪Nicoletis10中，测试得到红外谱图，如图1所示。
(4)离子电阻
将负极冲成23mm*35mm的尺寸，并与隔膜、pocket在手套箱中组装成对称电池，滴入两滴电解液，密封。将上述对称电池置于充放电测试通道上测试，根据Nm＝(Rion·A·κ)/d计算得到离子电阻Rion。
(5)离子电导率
将负极粘结剂制成厚度均匀的胶膜，组装SS/薄膜/SS电池，胶膜夹在两个不锈钢片电极之间，使用电化学工作站进行测试，扫描频率范围为1Hz-105Hz，得到EIS曲线，根据计算公式：σ＝d/(Rb×S)计算得到离子电导率。
(6)放电率
将电芯充满电，置于25℃恒温箱中，从0.2C放电至3.4V，记录初始容量为q1；然后再将另一充满电的电芯置于-20℃恒温箱中，从0.2C放电至3.4V，记录初始容量为q2，放电率为(q1-q2)/q1*100％。
(7)1.2C@0℃放电测试
将电芯放电，然后在0℃恒温箱中1.2C充电至满电，然后0.5C放电至3.0V，重复1.2C充电，0.5C放电共9圈，1.2C充电至满电，拆解界面，拍照观察析锂情况。
(8)1.0C@0℃放电测试
将电芯放电，然后在0℃恒温箱中1.0C充电至满电，然后0.5C放电至3.0V，重复1.0C充电，0.5C放电共9圈，1.0C充电至满电，拆解界面，拍照观察析锂情况。
(9)循环保持率
将电芯充放电1圈，记录初始容量为q3。将继续充放电500圈，记录500圈容量为q4。其25℃循环500圈的容量保持率为(q3-q4)/q3*100％。
表1
测试例 具有磺酸锂基团的单体及其含量 负极粘结剂的含量 负极浆料的稳定性
实施例1 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，5％ 1.0％ 无沉淀
实施例2 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，0.5％ 1.0％ 无沉淀
实施例3 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，3％ 1.0％ 无沉淀
实施例4 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，10％ 1.0％ 无沉淀
实施例5 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，15％ 1.0％ 无沉淀
实施例6 对苯乙烯磺酸锂，5％ 1.0％ 无沉淀
实施例7 三氟甲基磺酸锂，5％ 1.0％ 无沉淀
实施例8 十二烷基磺酸锂，5％ 1.0％ 无沉淀
实施例9 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，5％ 0.8％ 无沉淀
实施例10 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂，5％ 1.2％ 无沉淀
对比例1 无 1.0％ 无沉淀
表2
Figure GDA0003981470960000181
Figure GDA0003981470960000191
表3
测试例 放电率 1.5C@12℃放电 1.0C@0℃放电 25℃循环500cls容量保持率
实施例1 41.50％ 不析锂 不析锂 93.00％
实施例2 40.90％ 轻微析锂 轻微析锂 92.80％
实施例3 41.20％ 不析锂 轻微析锂 93.00％
实施例4 41.80％ 不析锂 不析锂 92.90％
实施例5 41.00％ 轻微析锂 轻微析锂 93.00％
实施例6 41.60％ 不析锂 不析锂 93.00％
实施例7 40.90％ 不析锂 轻微析锂 93.00％
实施例8 40.80％ 不析锂 轻微析锂 93.00％
实施例9 41.90％ 不析锂 不析锂 92.90％
实施例10 40.50％ 不析锂 不析锂 92.80％
对比例1 39.2％ 严重析锂 严重析锂 92.8％
图1示出了本申请的一些实施例所制得的负极粘结剂的红外光谱图，从图1中可看出，在1160cm-1和1050cm-1处有明显的磺酸基特征峰。
图2示出了实施例1和对比例1所制得的锂离子电池在1.0C@0℃和1.0C@0℃放电的表面状态图，从图2中可以看出，实施例1在放电时析锂情况明显优于对比例1的析锂情况。
再结合表1至3可知，具有结构式I的负极粘结剂可使其具有大量的锂离子交换位点以提升其离子电导率，从而能够提升锂离子电池在低温环境下的快充性能和放电性能。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他部件或步骤；物品没有使用数量词修饰时旨在包括一个/种或多个/种物品，并可以与“一个/种或多个/种物品”互换使用”；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种电化学装置，其中，所述电化学装置包括：
正极；
负极，所述负极包括负极集流体及设置在所述负极集流体表面的负极活性物质层，其中，所述负极活性物质层包含具有结构式I的负极粘结剂：
隔膜，设置在所述正极和所述负极之间；
电解液；
Figure FDA0003904439910000011
所述结构式I中m为1至10000之间的整数，n为1至10000之间的整数，R1选自C1至C8的烷基，R2选自C1至C15的烷基。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述负极活性物质层的总质量，所述负极粘结剂的质量百分含量为0.5％至5.0％。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述负极活性物质层的总质量，所述负极粘结剂中锂的质量百分含量为0.5％至5％。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极粘结剂的离子电导率为0.06mS/cm至1.0mS/cm。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极粘结剂包括如下制备原料：芳香族乙烯类单体、烯属不饱和羧酸单体、烯属不饱和羧酸酯单体和具有磺酸锂基团的单体。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，基于所述负极粘结剂的总重量，所述具有磺酸锂基团的单体的重量百分含量为0.5％至15％。
7.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，所述芳香族乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯或二乙烯基苯中的至少一种；
所述烯属不饱和羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一种；
所述烯属不饱和羧酸酯单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙脂、丙烯酸正丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙脂或甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种；
所述具有磺酸锂基团的单体选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂、对苯乙烯磺酸锂、三氟甲基磺酸锂或十二烷基磺酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电化学装置，其中，所述负极粘结剂的制备原料还包括交联单体，所述交联单体选自三缩丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、衣康酸单丁酯、二乙烯基苯、丁二烯、异戊二烯、双环戊二烯、二乙烯基萘、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、邻苯二甲酸二乙烯酯、季戊四醇二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、三羟甲基丙烷三烯丙基或聚乙烯亚胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极的离子电阻为15mΩ至25mΩ。
10.一种电子装置，其中，所述电子装置包括如权利要求1至9任一项所述的电化学装置。
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