CN116565292A - 一种电化学装置及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电化学装置及电子装置。其中，电化学装置包括正极极片和负极极片；正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间；第一层包括第一正极活性材料，第二层包括第二正极活性材料，第一层中的过渡金属元素X包括锰，基于第一层的质量，锰的质量百分含量a%为40%至80%；第二层中的过渡金属元素Y包括锰、镍、钴或铁中的至少一者，基于第二层的质量，锰的质量百分含量b%为0%至35%；负极极片包括锂金属层，锂金属层的厚度为1μm至100μm；负极极片还包括M元素，M元素包括锰、镍、钴或铁中的至少一种。本申请的电化学装置具有高能量密度和良好的循环性能。

Description

一种电化学装置及电子装置
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，具体涉及一种电化学装置及电子装置。
背景技术
电化学装置，例如锂金属电池，具有能量密度高、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在消费电子领域具有广泛的应用。锂金属具有高的理论比容量，在锂金属电池中具有广阔的应用前景。因此，利用锂金属作为负极，同时采用包括高能量密度正极材料的正极，可以提高锂金属电池的能量密度。
但是，由于锂金属的活泼性极高，其与电解液反应的副产物会在负极极片上不断累积，循环过程中锂金属电池的阻抗不断增大，并且堆积的副产物会影响离子的传输，从而影响电化学装置的循环性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电化学装置及电子装置，以改善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，其包括正极极片、负极极片和隔膜；正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间；第一层包括第一正极活性材料，第二层包括第二正极活性材料，第一层中的过渡金属元素X包括锰，基于第一层的质量，锰的质量百分含量a%为40%至80%；第二层中的过渡金属元素Y包括锰、镍、钴或铁中的至少一者，基于第二层的质量，锰的质量百分含量b%为0%至35%；负极极片包括锂金属层，锂金属层的厚度为1μm至100μm；负极极片还包括M元素，M元素包括锰、镍、钴或铁中的至少一种，基于负极极片的质量，M元素的质量百分含量c%为0.05%至1%。本申请的电化学装置，包括含有过渡金属元素X的第一正极活性材料和含有过渡金属元素Y的第二正极活性材料，负极极片包括锂金属层和M元素，并且调控a、b和c的值以及锂金属层的厚度在上述范围内，过渡金属元素在循环过程中溶出，并向负极极片迁移，可以在负极极片表面还原成过渡金属，过渡金属元素能够催化固态电解质界面膜（SEI膜）和副产物分解，减少负极极片表面副产物的堆积量，有利于离子传输通道畅通，从而改善电化学装置的循环性能。此外，本申请的正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间，不仅有利于第一层中的过渡金属元素X的溶出、迁移，还可以减缓第二层中的过渡金属元素Y的溶出，降低正极极片的容量下降的风险，从而改善电化学装置的循环性能的同时可以使得电化学装置具有较高的能量密度。
在本申请的一些实施方案中，负极极片的厚度为5μm至130μm。通过调整负极极片的厚度在上述范围内，可以使得电化学装置具有高能量密度。
在本申请的一些实施方案中，负极极片还包括氟化锂，基于负极极片的质量，氟化锂的质量百分含量d%为0.005%至5%。通过调控氟化锂的质量百分含量d%在上述范围内，有利于提高负极极片表面的SEI膜的离子电导率，提高离子的传输能力，从而改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，c/d满足0.02≤c/d≤50。通过调控c/d在上述范围内，有利于减少负极极片表面的副产物的堆积量，提高锂金属的沉积均匀性，从而改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，第一正极活性材料包括锰酸锂，第二正极活性材料包括镍酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、富锂锰或镍钴锰酸锂中的至少一者。在上述范围内选择第一正极活性材料和第二正极活性材料，其中，可以在循环过程中以阳离子形式溶出M元素，在负极极片表面被还原成金属M，催化SEI膜和副产物分解，有利于减少负极极片表面副产物的堆积量，从而有利于使得离子传输通道畅通，进而改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，基于第二层的质量，第二层中镍的质量百分含量p%为0%至60%；第二层中钴的质量百分含量q%为0%至60%。通过调控第二层中镍的质量百分含量p%和第二层中钴的质量百分含量q%在上述范围内，可以使得第二正极活性材料具有较高的容量，从而使得电化学装置具有高能量密度。
在本申请的一些实施方案中，负极极片还包括无负极集流体，无负极集流体包括铜箔、钛箔、不锈钢、碳纸和石墨烯纸中的任意一种。本申请中，无负极集流体是指集流体（例如铜箔等）表面不设置负极活性材料层直接作为负极极片使用。选择上述范围内的无负极集流体，在第一次充电过程中，正极活性材料中脱出的锂离子迁移到负极，会在上述集流体上沉积形成锂金属层，后续迁移到负极的M元素被负极极片表面的锂金属还原成金属M，催化SEI膜和副产物分解，有利于减少负极极片表面副产物的堆积量，从而有利于离子传输通道畅通，进而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，第一层的厚度为3μm至195μm，第二层的厚度为3μm至195μm，和/或第一层厚度与第二层厚度的比值为1:19至19:1。通过调整第一层的厚度、第二层的厚度以及第一层厚度与第二层厚度的比值在上述范围内，可以在改善电化学装置的循环性能的同时使得电化学装置具有较高的能量密度。
在本申请的一些实施方案中，电化学装置满足以下特征中的至少一者：（1）M元素的质量含量c%为0.1%至0.5%；（2）锂金属层的厚度为5μm至30μm；（3）负极极片的厚度为9μm至60μm；（4）负极极片还包括氟化锂，基于负极极片的质量，氟化锂的质量百分含量d%为0.05%至3%；（5）负极极片还包括氟化锂，基于负极极片的质量，氟化锂的质量百分含量为d%，c/d满足0.03≤c/d≤30；（6）第一层的厚度为5μm至50μm，第二层的厚度为5μm至100μm；（7）所述第一层的厚度与所述第二层的厚度的比值为1:9至9:1。满足上述特征的电化学装置，具有高能量密度以及良好的循环性能和膨胀性能。
本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括本申请第一方面提供的电化学装置。本申请第一方面提供的电化学装置具有高能量密度以及良好的循环性能和膨胀性能，从而本申请第二方面提供的电子装置具有较长的使用寿命。
本申请的有益效果：
本申请提供了一种电化学装置及电子装置。其中，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔膜；正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间；第一层包括第一正极活性材料，第二层包括第二正极活性材料，第一层中的过渡金属元素X包括锰，基于第一层的质量，锰的质量百分含量a%为40%至80%；第二层中的过渡金属元素Y包括锰、镍、钴或铁中的至少一者，基于第二层的质量，锰的质量百分含量b%为0%至35%；负极极片包括锂金属层，锂金属层的厚度为1μm至100μm；负极极片还包括M元素，M元素包括锰、镍、钴或铁中的至少一种，基于负极极片的质量，M元素的质量百分含量c%为0.05%至1%。本申请的电化学装置，包括含有过渡金属元素X的第一正极活性材料和含有过渡金属元素Y的第二正极活性材料，负极极片包括锂金属层和M元素，并且调控a、b和c的值以及锂金属层的厚度在上述范围内，过渡金属元素在循环过程中溶出，并向负极极片迁移，可以在负极极片表面还原成过渡金属，过渡金属元素能够催化SEI膜和副产物分解，减少负极极片表面副产物的堆积量，从而有利于离子传输通道畅通，进而改善电化学装置的循环性能。此外，本申请的正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间，不仅有利于第一层中的过渡金属元素X的溶出、迁移，还可以减缓第二层中的过渡金属元素Y的溶出，降低正极极片的容量下降的风险，从而改善电化学装置的循环性能的同时可以使得电化学装置具有较高的能量密度。
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中的电化学装置的结构示意图；
图2为实施例3-3的锂金属电池的正极极片沿厚度方向的横截面的扫描电镜（SEM）照片；
图3为实施例1-1的锂金属电池循环后其负极极片沿厚度方向的横截面的SEM照片；
图4为对比例1的锂金属电池循环后其负极极片沿厚度方向的横截面的SEM照片；
图5为实施例1-1和对比例1制备的锂金属电池的容量保持率-循环圈数变化图。
附图标记：电化学装置100；正极极片10；负极极片20；隔膜30；正极集流体11；正极活性材料层12；第一层121；第二层122。
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。本领域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，以锂金属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金属电池。
目前，在锂离子电池中通常需要抑制金属元素的溶出，尤其是过渡金属元素锰、镍、钴或铁等的溶出。因为金属元素的溶出或导致锂离子电池中的副反应增多，且部分金属溶出参与副反应后是不可逆的，从而影响锂离子电池的循环性能和容量等。同时，在现有的锂金属电池中，由于锂金属自身的高活性，会与电解液发生反应造成副产物不断累积，循环过程中阻抗不断增大，堆积的副产物和SEI膜不利于锂离子的传输，进而降低电化学装置的循环性能。基于上述问题，本申请提供了一种电化学装置和电子装置，以改善电化学装置的循环性能。
有鉴于此，本申请的第一方面提供了一种电化学装置，其包括正极极片、负极极片和隔膜；正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，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。示例性地，如图1所示，电化学装置100包括正极极片10、负极极片20和隔膜30；正极极片10包括正极集流体11和设置在正极集流体11一个表面上的正极活性材料层12，正极活性材料层12包括第一层121和第二层122，第二层122位于第一层121和正极集流体11之间；第一层121包括第一正极活性材料。第二层包括第二正极活性材料，第一层中的过渡金属元素X包括锰，基于第一层的质量，锰的质量百分含量a%为40%至80%；第二层中的过渡金属元素Y包括锰、镍、钴或铁中的至少一者，基于第二层的质量，锰的质量百分含量b%为0%至35%；例如a的值可以为40、45、50、55、60、65、70、75、80或为其中任意两个数值组成的范围，b的值可以为0、5、10、15、20、25、30或为其中任意两个数值组成的范围。负极极片包括锂金属层，锂金属层的厚度为1μm至100μm，优选为5μm至30μm，例如锂金属层的厚度可以为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、70μm、85μm、100μm或为其中任意两个数值组成的范围。负极极片还包括M元素，M元素包括锰、镍、钴或铁中的至少一种，基于负极极片的质量，M元素的质量百分含量c%为0.05%至1%，优选为0.1%至0.5%；例如c的值可以为0.05、0.06、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1或为其中任意两个数值组成的范围。
当c的值过小时，负极极片表面的副产物分解速度慢，导致负极极片表面的副产物堆积厚度过大，阻碍了锂离子的传输；当c的值过大时，过渡金属元素溶出过多，会使得正极极片结构破坏严重，且不会增加催化效果，容易导致负极极片表面的锂金属消耗过多，不利于改善电化学装置的循环性能及提高其能量密度。本申请的电化学装置，包括含有过渡金属元素X的第一正极活性材料和含有过渡金属元素Y的第二正极活性材料，负极极片包括锂金属层和M元素，调控a、b和c的值以及锂金属层的厚度在上述范围内，使得正极活性材料中的部分过渡金属元素在电化学装置循环过程中溶出到电解液中，在电场驱动下，如图1箭头所示，过渡金属元素从正极极片10迁移到负极极片20的表面，过渡金属元素的阳离子可以在负极极片20表面被还原成过渡金属（即M元素），过渡金属可以催化分解部分SEI膜以及副反应产生的副产物，有利于减少负极极片表面副产物的堆积量，使得离子传输通道畅通，从而改善电化学装置的循环性能。由此可知，在本申请提供的电化学装置中需要溶出部分过渡金属元素，并利用锂金属电池中锂金属的高活性，将正极活性材料中迁移到负极极片表面的过渡金属元素还原，过渡金属在循环过程中催化SEI膜和堆积的副产物分解，使得离子传输通道畅通，这与现有技术锂离子电池中通常需要抑制过渡金属元素的溶出以提高锂离子电池的性能完全相反，即克服了技术偏见，同时能够提高电化学装置的循环性能，实现了有益的技术效果。此外，本申请的正极活性材料层包括第一层和第二层，第二层位于第一层和正极集流体之间，不仅有利于第一层中的过渡金属元素X的溶出、迁移，还可以减缓第二层中的过渡金属元素Y的溶出，降低正极极片的容量下降的风险，从而改善电化学装置的循环性能的同时可以使得电化学装置具有较高的能量密度。
在本申请的一些实施方案中，负极极片的厚度为5μm至130μm，优选为9μm至60μm。例如负极极片的厚度可以为5μm、9μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm或为其中任意两个数值组成的范围。示例性地，本申请的负极极片可以为锂铜复合带，当负极极片的厚度为5μm至130μm时，锂金属层的厚度可以为1μm至100μm；当负极极片的厚度为9μm至60μm时，锂金属层的厚度可以为5μm至30μm。通过调整负极极片的厚度在上述范围内，可以使得电化学装置具有高能量密度。
在本申请的一些实施方案中，负极极片为锂金属。正极活性材料中的过渡金属元素在循环过程中溶出到电解液中，在电场驱动下，过渡金属元素迁移到负极极片的表面，被负极极片表面的锂金属还原成金属M，金属M可催化分解SEI膜，使得离子传输通道畅通，从而提高了电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，负极极片还包括无负极集流体，无负极集流体包括铜箔、钛箔、不锈钢、碳纸和石墨烯纸中的任意一种。本申请中，无负极集流体是指集流体（例如铜箔等）表面不设置负极活性材料层直接作为负极极片使用。选择上述范围内的无负极集流体，在第一次充电过程中，正极活性材料中脱出的锂离子迁移到负极，会在上述集流体上先沉积形成锂金属层，后续迁移到负极的过渡金属元素被负极极片表面的锂金属还原成金属M，从而可以催化SEI膜和副产物分解，有利于减少负极极片表面副产物的堆积量，有利于离子传输通道畅通，进而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，负极极片还包括氟化锂，基于负极极片的质量，氟化锂的质量百分含量d%为0.005%至5%，优选为0.05%至3%。例如d的值可以为0.005、0.008、0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.8、1、2、3、4、5或为其中任意两个数值组成的范围。通过调控氟化锂的质量百分含量d%在上述范围内，有利于提高负极极片表面的SEI膜的离子电导率，提高离子的传输能力，从而改善电化学装置的循环性能。
通常情况下，通过改变电解液的组成可以调整负极极片中氟化锂的质量百分含量d%，例如采用含氟锂盐或者进一步引入含氟化合物并调整其含量可以调控d的值，增大上述含氟锂盐或含氟化合物的质量百分含量，d值增大，减少上述含氟锂盐或含氟化合物的质量百分含量，d值减小。
在本申请的一些实施方案中，c/d满足0.02≤c/d≤50，优选0.03≤c/d≤30。例如c/d的值可以为0.02、0.03、0.05、0.1、0.5、0.8、1、3、5、8、10、15、20、25、30、35、40、50或为其中任意两个数值组成的范围。通过调控c/d在上述范围内，可以减少负极极片表面的副产物的堆积量，提高负极极片表面的SEI膜的离子电导率以及锂金属的沉积均匀性，从而改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，第一正极活性材料包括锰酸锂（LiMn2O4），第二正极活性材料包括镍酸锂（LiNiO2）、钴酸锂（LiCoO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）、富锂锰（γLi2MnO3·(1-γ)LiGO2，0<γ<1，G为过渡金属镍、钴或铁等）或镍钴锰酸锂（NCM）中的至少一者。其中，镍钴锰酸锂可以包括但不限于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM613）、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM333）或LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2（NCM955）中的至少一种。在上述范围内选择第一正极活性材料和第二正极活性材料，第一正极活性材料中的过渡金属元素X可以在循环过程中以阳离子形式溶出过渡金属元素，在负极极片表面被还原成过渡金属，元素M催化SEI膜和副产物分解，有利于减少负极极片表面副产物的堆积量，从而有利于离子传输通道畅通，进而改善电化学装置的循环性能。第二正极活性材料具有高克容量，可以提高电化学装置的能量密度。本申请中，第二正极活性材料包括上述材料中的两种或两种以上时，对其混合比例没有特别限制，可以以任意比例混合使用，只要能实现本申请的目的即可。
在本申请的一些实施方案中，基于第二层的质量，第二层中镍的质量百分含量p%为0%至60%；第二层中钴的质量百分含量q%为0%至60%。例如p的值可以为0、3、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60或为其中任意两个数值组成的范围；q的值可以为0、2、5、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60或为其中任意两个数值组成的范围。通过调控p和q的值在上述范围内，可以使得第二正极活性材料具有较高的容量，从而使得电化学装置具有高能量密度。
在本申请的一些实施方案中，第一层的厚度为3μm至195μm，第二层的厚度为3μm至195μm，优选地，第一层的厚度为5μm至50μm，第二层的厚度为5μm至100μm。例如第一层的厚度可以为3μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、45μm、50μm、80μm、100μm、135μm、160μm、195μm或为其中任意两个数值组成的范围，第二层的厚度可以为5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、45μm、50μm、80μm、100μm、135μm、160μm、180μm、195μm或为其中任意两个数值组成的范围。通过调整第一层的厚度和第二层的厚度在上述范围内，既有利于减少负极极片表面的副产物的堆积量，又可以发挥第二正极活性材料的高克容量的特点，从而在改善电化学装置的循环性能的同时使得电化学装置具有较高的能量密度。在本申请的一些实施方案中，第一层厚度与第二层厚度的比值为1:19至19:1，优选为1:9至9:1，例如第一层厚度与第二层厚度的比值可以为1:19、1:15、1:10、1:9、1:8、1:4、1:2、1:1、2:1、4:1、9:1、10:1、15:1、19:1或为其中任意两个数值组成的范围。通过第一层厚度与第二层厚度的比值在上述范围内，既有利于减少负极极片表面的副产物的堆积量，又可以发挥第二正极活性材料的高克容量的特点，从而在改善电化学装置的循环性能的同时使得电化学装置具有较高的能量密度。
在本申请的一些实施方案中，第一层的厚度为3μm至195μm，第二层的厚度为3μm至195μm，优选地，第一层的厚度为5μm至50μm，第二层的厚度为5μm至100μm，第一层厚度与第二层厚度的比值为1:19至19:1，优选为1:9至9:1。通过调整第一层的厚度、第二层的厚度以及第一层厚度与第二层厚度的比值在上述范围内，更有利于在改善电化学装置的循环性能的同时使得电化学装置具有较高的能量密度。
通常情况下，通过改变第一正极活性材料的种类可以调整M元素的质量百分含量c%，不同材料的溶出率不同，选择M元素溶出率高的材料作为第一正极活性材料，可以增大c的值；选择M元素溶出率低的材料作为第一正极活性材料，可以减小c的值；也可以通过溶出率不同的两种或两种以上的材料组合使用来调控c的值。还可以通过改变第一层中第一正极活性材料的含量来调整M元素的质量百分含量c%。增大第一正极活性材料的含量，可以增大c的值；减少第一正极活性材料的含量，可以减小c的值。
本申请对正极极片的制备方法没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以包括但不限于以下步骤：将第一正极活性材料、导电剂、粘结剂混合，加入溶剂并搅拌均匀，调配成第一浆料。将第二正极活性材料、导电剂、粘结剂混合，加入溶剂并搅拌均匀，调配成第二浆料。然后，先将第二浆料涂覆在正极集流体的一个表面，晾干得到表面涂覆第二层的正极极片，再将第一浆料涂覆在上述制备的第二层表面，得到单面涂覆正极活性材料层的正极极片，其中，正极活性材料层包括第一层和第二层。本申请对上述第一浆料和第二浆料的固含量没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如第一浆料和第二浆料的固含量均可以为50wt%至80wt%。本申请对上述溶剂没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮（NMP）。本申请对第一正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比没有特别限制，可以根据实际情况进行调整，只要能实现本申请的目的即可。本申请对第二正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比没有特别限制，可以根据实际情况进行调整，只要能实现本申请的目的即可。
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，正极集流体可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体（例如铝碳复合集流体）等。本申请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，正极集流体的厚度为5μm至20μm。本申请对正极活性材料层的孔隙率没有特别限制，可以根据实际需要进行选择，只要能实现本申请的目的即可。例如正极活性材料层的孔隙率可以为10%至40%。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”可以是正极集流体表面的全部区域，也可以是正极集流体表面的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。
本申请的正极活性材料层还可以包含正极导电剂和正极粘结剂。本申请对正极导电剂和正极粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极导电剂可以包括但不限于导电炭黑（Super P）、碳纳米管（CNTs）、碳纤维、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种，上述碳纳米管可以包括但不限于单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。上述碳纤维可以包括但不限于气相生长碳纤维（VGCF）和/或纳米碳纤维。上述金属材料可以包括但不限于金属粉和/或金属纤维，具体地，金属可以包括但不限于铜、镍、铝或银中的至少一种。上述导电聚合物可以包括但不限于聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一种。正极粘结剂可以包括但不限于聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、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。
本申请中，隔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。本申请对隔膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如隔膜的材料可以包括但不限于聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯为主的聚烯烃（PO）类隔膜、聚酯膜（例如聚对苯二甲酸二乙酯（PET）膜）、纤维素膜、聚酰亚胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA）、氨纶或芳纶膜等中的至少一种。隔膜的类型可以包括但不限于织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜等中的至少一种。本申请的隔膜可以具有多孔结构，多孔层设置在隔膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒可以包括氧化铝、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。粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。本申请对多孔结构的孔径的尺寸没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，孔径的尺寸可以为0.01μm至1μm。在本申请中，隔膜的厚度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如厚度可以为5μm至500μm。
本申请的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、LiNO3、LiBF4、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、Li2SiF6、双草酸硼酸锂（LiBOB）、双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）或二氟硼酸锂中的至少一种。本申请对锂盐在电解液中的含量不做限定，只要能实现本申请的目的即可。示例性地，基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为5%至65%。例如锂盐的质量百分含量可以为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、55%、65%或为其中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或环状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、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯或碳酸甲乙酯中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸亚丁酯或碳酸乙烯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、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甲醚、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、1,3-二氧环戊烷、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。基于电解液的质量，上述非水溶剂的质量百分含量可以为15%至95%，例如可以为15%、20%、25%、30%、35%、45%、55%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、94%、95%或为其中任意两个数值组成的范围。在一些实施方案中，电解液包括含氟锂盐和非水溶剂，基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为5%至65%，上述非水溶剂的质量百分含量可以为35%至95%。在另一些实施方案中，可选地，电解液还包括含氟化合物，含氟化合物可以为氟代碳酸乙烯酯，电解液包括含氟锂盐、非水溶剂和含氟化合物时，基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为5%至65%，含氟化合物的质量百分含量可以为0.05%至12%，上述非水溶剂的质量百分含量可以为23%至94%。
本申请的电化学装置还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔膜、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。例如，可采用铝塑膜包装袋。
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。在本申请的一种实施方案中，电化学装置可以包括但不限于：锂金属电池。本申请对电化学装置的形状没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如可以包括但不限于柱状电池、方形电池、异形电池或扣式电池等。
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：将正极极片、隔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；或者，将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其进行卷绕、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。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，其包括本申请第一方面提供的电化学装置。本申请第一方面提供的电化学装置具有高能量密度以及良好的循环性能和膨胀性能，从而本申请第二方面提供的电子装置具有较长的使用寿命。
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、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、家庭用大型蓄电池或锂离子电容器等。
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：
循环圈数测试：
将锂金属电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，循环过程为：以0.7C恒流充电到4.3V，然后以4.3V恒压充电到0.025C并静置5min，再以1C放电到3.0V，此为一次充放电循环过程，记录锂金属电池首次循环的放电容量；之后按上述循环过程重复进行充放电循环过程，每次循环记录锂金属电池的放电容量。在第50次、100次、150次、200次和250次循环时，按照以下步骤进行充放电：将锂金属电池以0.05C恒流充电至4.3V，然后以4.3V恒压充电至0.025C，静置5min，以1C放电到3.0V。以首次放电的容量为100%，反复进行充放电循环，记录锂金属电池的容量保持率下降到80%的圈数，每组取10块锂金属电池，计算锂金属电池的容量保持率下降到80%的圈数的平均值即为每组的循环圈数。
负极极片中M元素含量测试：
将锂金属电池按照上述循环圈数测试中的循环过程循环100圈后，以1C放电至3V，然后拆解锂金属电池，取出负极极片，碳酸二甲酯（DMC）浸泡20min去除电解液。之后将负极极片置于烘箱内，80℃烘烤12h，获得干燥后的负极极片，称量得到负极极片的质量。然后将0.1g负极极片样品置于消解罐中，称重。再加入10mL消解试剂王水，并晃动消解罐30min后消解，消解后样品进行容量瓶定容。最后采用电感耦合等离子体发射光谱仪（简写为ICP-OES，型号为Agilent 5800，安捷伦公司提供）根据美国环境保护署(EPA)标准EPA 3052-1996, EPS 6010D-2014测得M元素的质量c%，c%=M元素的质量/负极极片的质量×100%。
负极极片中氟化锂的含量测试：
根据GBT 22660.3-2008《氟化锂化学分析方法第3部分：氟含量的测定》测得氟的含量从而得到氟化锂的含量。将锂金属电池按照上述循环圈数测试中的循环过程循环100圈后，以1C放电至3V，然后拆解锂金属电池，取出负极极片，碳酸二甲酯（DMC）浸泡20min，然后将负极极片放入水中清洗，去除集流体收集液相作测试样品。在上述测试样品中加入高氯酸，在135℃下进行水蒸气蒸馏，使氟元素与液相中的其他元素分离。取液相样品，加入盐酸调控液相测试样品的pH，在pH=2.0下加入过量的硝酸镧，生成氟化镧沉淀，加入pH=5.0的乙酸缓冲液，以二甲酚橙为指示剂，利用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定上述过量的硝酸镧，直至二甲酚橙由黄色变为红色中终止滴定，可得过量的硝酸镧的量，通过硝酸镧的量可计算得到氟的含量，从而得到氟化锂的含量。
扫描电镜测试：
将锂金属电池按照上述循环圈数测试中的循环过程循环100圈后，以1C放电至3V，然后拆解锂金属电池，取出负极极片，二甲醚（DME）浸泡20min去除电解液。之后将负极极片置于烘箱内，80℃烘烤12h，获得干燥后的负极极片。然后通过离子切割法沿负极极片的厚度方向进行切割制得扫描电镜测试样品，之后通过扫描电镜测量负极极片的厚度、锂金属层的厚度以及负极极片表面的副产物厚度，上述厚度的测量取5个位置测量结果的平均值。其中，负极极片表面的副产物厚度越小，说明负极极片的膨胀越小，说明锂金属电池的膨胀性能越好。
将锂金属电池按照上述循环圈数测试中的循环过程循环100圈后，以1C放电至3V，然后拆解锂金属电池，取出正极极片，二甲醚（DME）浸泡20min去除电解液。之后将正极极片置于烘箱内，80℃烘烤12h，获得干燥后的正极极片。然后通过离子切割法沿正极极片的厚度方向进行切割制得扫描电镜测试样品，之后通过扫描电镜观察正极极片切割面的形貌并拍摄SEM照片。
能量密度测试：
在25℃的环境中，将实施例或对比例制得的锂金属电池按照下述操作流程充电，再进行放电，得出锂金属电池放电容量。锂金属电池以0.7C恒流充电至4.3V，再以4.3V恒压充电至0.025C，静置5min，以1C恒流放电至3.0V，记录锂金属电池首次循环的放电容量Cap。上述锂金属电池0.7C恒流充电至3.85V后，再以3.85V恒压充电至0.025C，用激光测厚仪测试锂金属电池的长L、宽W、高H，得到锂金属电池的体积V=L×W×H。其能量密度（ED）＝Cap/V，单位为Wh/L。
实施例1-1
<正极极片的制备>
将第一正极活性材料锰酸锂（LiMn2O4，Dv50=8μm）、导电剂导电炭黑（Super P）、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比97.5:1:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂并搅拌均匀，调配成为固含量为75wt%的第一浆料。将第二正极活性材料NCM811、导电剂Super P、粘结剂PVDF按照质量比97.5:1:1.5进行混合，加入NMP作为溶剂并搅拌均匀，调配成为固含量为75wt%的第二浆料。
先将第二浆料均匀涂覆在厚度为13μm的正极集流体铝箔的一个表面上，于室温中晾干，得到表面涂覆第二层的正极极片。再将第一浆料均匀涂覆在第二层表面上，于90℃的条件下烘干，得到正极活性材料层的厚度为50μm的单面涂布的正极极片；涂布完成后，将极片裁切成直径为14mm的规格待用。其中，第一层的厚度为5μm，第二层的厚度为45μm，第一层的厚度和第二层的厚度的比值为1:9。基于第一层的质量，锰的质量百分含量a%为（55×2）/(7+55×2+16×4)×97.5%=59.3%。基于第二层的质量，锰的质量百分含量b%为（55×0.1）/(7+59×0.8+59×0.1+55×0.1+16×4)×97.5%=5.5%。
<负极极片的制备>
负极极片采用锂铜复合带（天津中能锂业有限公司提供），厚度为28μm，其中锂金属层的厚度为20μm，直接冲切成直径为18mm规格的待用。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛手套箱中，首先将非水溶剂1,3-二氧环戊烷（DOL）和二甲醚（DME）以1:1的体积比混合，然后向上述非水溶剂中加入锂盐LiTFSI溶解并混合均匀，得到电解液。基于电解液的质量，锂盐LiTFSI的质量百分含量为40%，其余为非水溶剂。
<隔膜>
采用厚度为15μm的聚乙烯膜（PE膜，恩泰克（Entek）公司提供）作为隔膜。
<锂金属电池的制备>
在干燥氩气气氛手套箱中，按照负极极片、隔膜、正极极片的顺序自下而上排列，然后放入铝塑膜包装袋中，注入电解液，经过真空封装、静置、容量、脱气、切边等工序得到锂金属电池。
实施例1-2至实施例1-9
除了按照表1调整制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-10
除了将NCM811和NCM613按照质量比为1:1混合作为第二正极活性材料（记为NCM811+NCM613）以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-11
除了将锰酸锂和NCM811按照质量比为73.5:26.5混合作为第二正极活性材料（记为锰酸锂+NCM811）以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-12
除了在<正极极片的制备>的制备中按照表1调整参数，并采用以下<第一正极活性材料的制备>制得的第一正极活性材料以外，其余与实施例1-1相同。
<第一正极活性材料的制备>
将锰酸锂（LiMn2O4，Dv50=8μm）加入碳酸锰的悬浮液中混合，搅拌均匀后喷雾，然后将喷雾所得材料在空气气氛中600℃煅烧8小时，制得第一正极活性材料，记为锰@锰酸锂。其中，锰酸锂和碳酸锰的质量比为9:1，碳酸锰的固含量为10wt%，第一正极活性材料锰@锰酸锂的颗粒粒径Dv50为8.5μm。
实施例1-13至实施例1-16
除了按照表1调整制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-17
除了在<正极极片的制备>的制备中按照表1采用以下<第一正极活性材料的制备>制得的第一正极活性材料、第一层的厚度为3μm、第二层的厚度为47μm，第一层和第二层的厚度比为3:47以外，其余与实施例1-1相同。
<第一正极活性材料的制备>
向氢氧化铝中加入无水乙醇并在1000r/min的速率下分散10min，继续加入无水乙醇，并于2000r/min的速率下分散30min，得到固含量为60wt%的第一悬浮液，之后将第一悬浮液烘干，于700℃的条件下煅烧10h，得到氧化铝材料。
将上述制得的氧化铝材料和锰酸锂（LiMn2O4，Dv50=8μm）混合，然后加入无水乙醇，并于500r/min的速率下分散5min，再于1000r/min的速率下搅拌30min，得到固含量为65w%的第二悬浮液。之后将搅拌速率降至300r/min，并在80℃的水浴条件下加热6h，除去第二悬浮液中的无水乙醇，得到混合粉末，之后将混合粉末于750℃的条件下煅烧10h，冷却研磨后制得第一正极活性材料，记为氧化铝@锰酸锂；基于第一正极活性材料的质量，氧化铝的质量百分含量为0.3%，第一正极活性材料的颗粒粒径Dv50为6μm。
实施例1-18
除了在<正极极片的制备>的制备中调整第一层的厚度为3μm、第二层的厚度为47μm，第一层和第二层的厚度比为3:47以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-19
除了在<正极极片的制备>的制备中调整第一层的厚度为30μm、第二层的厚度为20μm、第一层和第二层的厚度比为3:2以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-20
除了在<正极极片的制备>的制备中调整锰酸锂的粒径Dv50为1.5μm、第一层的厚度为47μm、第二层的厚度为3μm、第一层和第二层的厚度比为47:3以外，其余与实施例1-1相同。
实施例2-1至实施例2-10
除了通过进一步在电解液中引入含氟化合物氟代碳酸乙烯酯（FEC）并按照表2调整FEC的质量百分含量使得负极极片表面的氟化锂的质量百分含量d%如表2所示、非水溶剂的质量百分含量随之改变、锂盐的质量百分含量保持不变以外，其余与实施例1-1相同。
实施例3-1至实施例3-5
除了按照表3调整第一层的厚度和第二层的厚度以外，其余与实施例1-1相同。
对比例1
除了采用以下过程制备正极极片以外，其余与实施例1-1相同。
<正极极片的制备>
将第一正极活性材料磷酸铁锂、导电剂导电炭黑（Super P）、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比97.5:1:1.5进行混合，加入NMP作为溶剂并搅拌均匀，调配成为固含量为75wt%的第一浆料。先将第一浆料均匀涂覆在厚度为13μm的正极集流体铝箔的一个表面上，于90℃的条件下烘干，得到正极活性材料层的厚度为50μm的单面涂布的正极极片；涂布完成后，将极片裁切成直径为14mm的规格待用。
对比例2至对比例4
除了按照表1调整第一正极活性材料种类以外，其余与对比例1相同。
对比例5
除了按照表1调整制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
各实施例和各对比例的相关参数和性能测试如表1、表2和表3所示。
表1
注：表1中“/”表示无相关参数。
从实施例1-1至实施例1-20、对比例1至对比例5可以看出，正极极片包括第一层和第二层，第一层包括含有过渡金属元素X的第一正极活性材料以及第二层包括含有过渡金属元素Y的第二正极活性材料，并且调控a、b和c的值以及锂金属层的厚度在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度更小，循环圈数更多以及能量密度更高，说明锂金属电池具有更好的膨胀性能、循环性能和更高的能量密度。
从实施例1-1至实施例1-20、对比例5可以看出，当a过小、b过大时，负极极片表面的副产物厚度较大，锂金属电池的循环圈数较少且能量密度较低。说明通过调控a、b和c的值在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度更小，循环圈数更多且能量密度更高，说明锂金属电池具有更好的膨胀性能、循环性能和更高的能量密度。
从实施例1-13至实施例1-16可以看出，调整锂金属层的厚度在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
负极极片的厚度通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-13至实施例1-16可以看出，调整负极极片的厚度在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
第一正极活性材料和第二正极活性材料的种类通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-1至实施例1-12可以看出，选择本申请范围内的第一正极活性材料和第二正极活性材料，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
p和q的值通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-1至实施例1-11可以看出，调整p和q的值在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
表2
注：表2中“/”表示无相关参数。
负极极片包括氟化锂以及氟化锂的质量百分含量d%通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-1、实施例2-1至实施例2-10可以看出，负极极片包括氟化锂以及调整d的值在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
c/d的值通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-1、实施例2-1至实施例2-10可以看出，调整c/d的值在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能、循环性能和较高的能量密度。
表3
第一层的厚度、第二层的厚度以及二者的比值通常会影响锂金属电池的性能，例如膨胀性能、循环性能和能量密度。从实施例1-1、实施例3-1至实施例3-5可以看出，第一层的厚度、第二层的厚度以及二者的比值在本申请范围内，锂金属电池的负极极片表面的副产物厚度较小，循环圈数较多以及能量密度较高，说明锂金属电池具有良好的膨胀性能和循环性能以及较高的能量密度。
图2示出了实施例3-3的正极极片的扫描电镜照片。从图2可以看出，实施例3-3的正极活性材料层12具有双层结构，第二层122位于第一层121和正极集流体11之间，第二层122中的第二正极活性材料NCM811的颗粒较小，第一层121中的第一正极活性材料锰酸锂的颗粒略大。
图3和图4示出了锂金属电池循环后其负极极片沿厚度方向的横截面的SEM照片。图3和图4中，两根白色虚线中间的部分为副产物层，从图3可以看出，实施例1-1的锂金属电池循环后其负极极片表面积累的副产物较少，厚度较小。从图4可以看出，对比例1的锂金属电池循环100圈后其负极极片表面积累的副产物较多，厚度较大。说明本申请实施例的锂金属电池负极极片表面的副产物较少，具有更好的膨胀性能。
从图5可以看出，在相同的循环条件下，对比例1的锂金属电池的循环容量保持率在第195圈时衰减至80%，该锂金属电池的容量衰减较快，循环圈数较少，继续循环该锂金属电池短路；而本申请实施例1-1的锂金属电池在第249圈的容量保持率仍高达90%，循环至第303圈方才衰减至80%以下，该锂金属电池的容量衰减更慢，循环圈数更多，也即说明本申请实施例1-1的锂金属电池具有更好的循环性能。
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 (10)

1.一种电化学装置，其中，电化学装置包括正极极片、负极极片和隔膜；
所述正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括第一层和第二层，所述第二层位于所述第一层和所述正极集流体之间；所述第一层包括第一正极活性材料，所述第二层包括第二正极活性材料，
所述第一层中的过渡金属元素X包括锰，基于所述第一层的质量，锰的质量百分含量a%为40%至80%；所述第二层中的过渡金属元素Y包括锰、镍、钴或铁中的至少一者，基于所述第二层的质量，锰的质量百分含量b%为0%至35%；
所述负极极片包括锂金属层，所述锂金属层的厚度为1μm至100μm；
所述负极极片还包括M元素，所述M元素包括锰、镍、钴或铁中的至少一种，基于所述负极极片的质量，M元素的质量百分含量c%为0.05%至1%。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极极片的厚度为5μm至130μm。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极极片还包括氟化锂，基于所述负极极片的质量，所述氟化锂的质量百分含量d%为0.005%至5%。
4.根据权利要求3所述的电化学装置，其中，c/d满足0.02≤c/d≤50。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一正极活性材料包括锰酸锂，所述第二正极活性材料包括镍酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、富锂锰或镍钴锰酸锂中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述第二层的质量，所述第二层中镍的质量百分含量p%为0%至60%；所述第二层中钴的质量百分含量q%为0%至60%。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极极片还包括无负极集流体，所述无负极集流体包括铜箔、钛箔、不锈钢、碳纸和石墨烯纸中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一层的厚度为3μm至195μm，所述第二层的厚度为3μm至195μm；和/或
所述第一层的厚度与所述第二层的厚度的比值为1:19至19:1。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，电化学装置满足以下特征中的至少一者：
（1）所述M元素的质量含量c%为0.1%至0.5%；
（2）所述锂金属层的厚度为5μm至30μm；
（3）所述负极极片的厚度为9μm至60μm；
（4）所述负极极片还包括氟化锂，基于所述负极极片的质量，所述氟化锂的质量百分含量d%为0.05%至3%；
（5）所述负极极片还包括氟化锂，基于所述负极极片的质量，所述氟化锂的质量百分含量为d%，c/d满足0.03≤c/d≤30；
（6）所述第一层的厚度为5μm至50μm，所述第二层的厚度为5μm至100μm；
（7）所述第一层的厚度与所述第二层的厚度的比值为1:9至9:1。
10.一种电子装置，其中，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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