WO2021128095A1 - 电化学装置及包含其的电子装置 - Google Patents

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Definitions

  • the non-ionic surfactant includes at least one of the following: polyoxyethylene alkyl alcohol amide, octylphenol polyoxyethylene ether, nonylphenol polyoxyethylene ether, high-carbon fat Alcohol polyoxyethylene ether, fatty acid polyoxyethylene ester, polyoxyethylene amine, alkyl alcohol amide, laureth polyoxyethylene ether, 12-14 carbon primary alcohol polyoxyethylene ether, 12-14 carbon secondary alcohol polyoxyethylene ether , Branched 13-carbon Guerbet alcohol polyoxyethylene ether, branched 10-carbon Guerbet alcohol polyoxyethylene, linear 10-carbon alcohol polyoxyethylene ether, linear 8-carbon octanol polyoxyethylene Vinyl ether, linear 8-carbon isooctyl alcohol polyoxyethylene ether, fatty acid monoglyceride, glyceryl monostearate, sorbitan fatty acid, compound silicone polyether compound, polysorbate, polyoxyethylene fatty acid ester , Polyoxyethylene fatty alcohol fatty alcohol amide, oct
  • the negative electrode active material layer contains the negative electrode active material.
  • the anode active material layer may be one layer or multiple layers, and each layer in the multilayer anode active material may contain the same or different anode active materials.
  • the negative electrode active material is any material that can reversibly insert and extract metal ions such as lithium ions. In some embodiments, the chargeable capacity of the negative active material is greater than the discharge capacity of the positive active material to prevent unintentional precipitation of lithium metal on the negative electrode during charging.
  • the method of improving the roundness is not particularly limited.
  • the spheroidization treatment can be used to make the shape of the voids between the carbon material particles uniform during the preparation of the electrode.
  • Spheroidization can be performed by mechanical means such as applying shear force or compression force, or mechanical/physical means such as applying a binder or granulating multiple particles through the adhesive force of the particles themselves. , So that the carbon material particles are close to a perfect spherical shape.
  • the X-ray diffraction measurement conditions are as follows:
  • examples of the additive may include, but are not limited to, one or more of the following: fluorocarbonate, carbon-carbon double bond-containing ethylene carbonate, sulfur-oxygen double bond-containing compound, and acid anhydride .
  • the additives include one or more fluorocarbonates.
  • the fluorocarbonate can work with the propionate to form a stable protective film on the surface of the negative electrode, thereby inhibiting the decomposition reaction of the electrolyte.
  • Examples of the cyclic sulfonate may include, but are not limited to, one or more of the following: 1,3-propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 2- Fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane sultone, 1-methyl-1,3-propane sultone, 2-methyl-1,3- Propylene sultone, 3-methyl-1,3-propane sultone, 1-propene-1,3-sultone, 2-propene-1,3-sultone, 1-fluoro -1-propene-1,3-sultone, 2-fluoro-1-propene-1,3-sultone, 3-fluoro-1-propene-1,3-sultone, 1- Fluoro-2-propene-1,3-sultone, 2-fluoro-2-propene-1,3-sultone, 3-fluoro-2-propene-1,3-sul
  • the electrolyte is selected from LiPF 6 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , FSO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , cyclic 1,2-perfluoroethane bissulfonimide lithium, cyclic 1,3-perfluoropropane bissulfonimide lithium, LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC(C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C 2 F 5 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 ( C 2 F 5 ) 3 , lithium difluorooxalate borate, lithium bis(oxalate) borate or lithium difluorobis(oxalate) phosphate
  • the positive electrode active material to which a substance different from the composition is adhered to the surface of the positive electrode active material is also referred to as a "positive electrode active material”.
  • the type of solvent used to form the positive electrode slurry is not limited, as long as it can dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, the positive electrode binder, and the thickener used as needed.
  • the solvent used to form the positive electrode slurry may include any one of an aqueous solvent and an organic solvent.
  • Examples of the aqueous medium may include, but are not limited to, water and a mixed medium of alcohol and water, and the like.
  • a separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrolyte solution of the present application is usually used by infiltrating the separator.
  • LiCoO 2 lithium cobaltate
  • Super-P conductive material
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • NMP N-methylpyrrolidone

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Abstract

本申请涉及一种电化学装置及包含其的电子装置。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，其中所述负极包括负极活性物质层，其中经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°。本申请的电化学装置具有改进的循环性能。

Description

电化学装置及包含其的电子装置 技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置及包含其的电子装置，特别是锂离子电池。
背景技术
随着技术的发展和对移动装置的需求的增加，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)的需求显著增加。同时具有高能量密度以及优异的寿命和循环特性的锂离子电池是研究方向之一。
锂离子电池的理论容量可随着负极活性物质的种类而变化。随着循环的进行，锂离子电池通常会产生充电/放电容量降低的现象，使锂离子电池的性能劣化。近年来，在锂离子电池制造中，为了降低环境负担等，使用水性介质作为分散介质的水性浆料组合物得到越来越多的关注，但水性浆料会因为浆料组合物中气泡的存在导致活性物质层中产生多个针孔、凹坑等缺陷，从而影响电化学装置的循环性能。
有鉴于此，确有必要提供一种改进的、具有优异的循环性能的电化学装置及包含其的电子装置。
发明内容
本申请实施例通过提供一种电化学装置及包含其的电子装置以在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。
在本申请的一方面，本申请提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中所述负极包括负极活性物质层，其中经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°。
根据本申请的一些实施例，经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于30mm。
根据本申请的一些实施例，所述接触角测定法是指在所述负极活性物质层表面滴加3微升碳酸二乙酯的液滴后，在100秒内测试所述液滴在所述负极活性物 质层的表面的接触角。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层的孔隙率为10％至60％。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层包括碳材料，所述碳材料具有以下特征中的至少一者：
(a)小于5m 2/g的比表面积；
(b)5μm至30μm的中值粒径。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、无定形碳、含硅材料、含锡材料、合金材料中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括钼、铁和铜中的至少一种金属，并且基于所述负极活性物质层的总重量计，所述至少一种金属的含量为不大于0.05wt％。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括助剂，所述助剂具有以下特征中的至少一者：
(a)氧化电位不小于4.5V，且还原电位不大于0.5V；
(b)表面张力不大于30mN/m；
(c)包括非离子表面活性剂；
(d)基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于3000ppm。
根据本申请的一些实施例，所述助剂包括非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂包括聚氧乙烯醚、多元醇酯、酰胺或嵌段聚醚中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，所述非离子表面活性剂包括以下中的至少一种：聚氧乙烯烷基醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺、烷基醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯、直链的10碳醇聚氧乙烯醚、直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚、直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚、脂肪酸单甘油酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、复合硅酮聚醚复合物、聚山梨脂、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚改性三硅氧烷或聚醚改性有机硅聚醚硅氧烷。
根据本申请的一些实施例，所述电解液含有碳酸乙烯酯，所述碳酸乙烯酯在所述电解液中的含量X mg与所述负极活性物质层的反应面积Y m 2满足如下关系：10≤(X/Y)≤100。
根据本申请的一些实施例，所述电解液还含有式1化合物：
Figure PCTCN2019128449-appb-000001
其中，R是具有1至5个碳原子的直链或非直链烷基或者-SiR 2R 3R 4，其中R 2、R 3和R 4各自独立地是具有1至5个碳原子的烷基，并且
R 1是具有2至3个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
根据本申请的一些实施例，在式1中，R是-SiR 2R 3R 4，并且R 1是具有2个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
根据本申请的一些实施例，所述式1化合物包括式1a至式1h表示的化合物中的至少一种：
Figure PCTCN2019128449-appb-000002
根据本申请的一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.001wt％至10wt％。
根据本申请的一些实施例，所述电解液还含有二氟磷酸盐和铁族元素，所述铁族元素包括钴元素、镍元素或其组合，且基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.05wt％。
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”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所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“烷基”预期是具有1至20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3至20个碳原子的支链或环状烃结构。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基和环丁基；“丙基”包括正丙基、异丙基和环丙基。烷基实例包括，但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、甲基环戊基、乙基环戊基、正己基、异己基、环己基、正庚基、辛基、环丙基、环丁基、降冰片基等。
术语“亚烷基”意指可为直链或具支链的二价饱和烃基。除非另有定义，否则所述亚烷基通常含有2到10个碳原子，且包括(例如)-C 2-3亚烷基和-C 2-6亚烷基-。代表性亚烷基包括(例如)亚甲基、乙烷-1,2-二基(“亚乙基”)、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基等。
电化学装置(例如，锂离子电池)的理论容量可随着负极活性物质的种类而变化。随着循环的进行，电化学装置通常会产生充电/放电容量降低的现象。这是因为电化学装置在充电和/或放电过程中电极界面会发生变化，导致电极活性 物质不能发挥其功能。
本申请通过使用特定的负极材料保证了电化学装置在循环过程中的界面稳定性，从而提高了电化学装置的循环性能。本申请特定的负极材料是通过控制负极活性物质层表面的接触角来实现，作为接触角的控制方法，可以通过在负极浆料中添加助剂或在负极活性物质层表面设置助剂涂层来控制。
在一个实施例中，本申请提供了一种电化学装置，其包括如下所述的正极、负极和电解液。
I、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。
1、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。
(1)接触角
本申请的电化学装置的一个特征在于经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°。在一些实施例中，经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于50°。在一些实施例中，经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于30°。当负极活性物质层相对非水溶剂具有如上所述的接触角时，负极活性物质层界面具有较少缺陷，在电化学装置的充放电循环中稳定性良好，可保证电化学装置的循环性能。
负极活性物质层相对非水溶剂的接触角可反映出负极活性物质层的表面性质，其是表征负极活性物质层的物理化学参数之一。接触角越小，负极活性物质层表面越平整，具有越少的针孔或凹坑缺陷，可显著改善电化学装置的循环性能。负极活性物质层相对非水溶剂的接触角可受多种因素影响，主要包括助剂和负极活性物质层的孔隙率等。
根据本申请的一些实施例，所述接触角测定法是指在所述负极活性物质层表 面滴加3微升碳酸二乙酯的液滴后，在100秒内测试所述液滴在所述负极活性物质层的表面的接触角。
根据本申请的一些实施例，经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于30mm。在一些实施例中，经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于20mm。在一些实施例中，经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于15mm。在一些实施例中，经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于10mm。在负极活性物质层相对非水溶剂具有上述接触角且同时所述非水溶剂具有上述液滴直径时，电化学装置的循环性能得到进一步提升。
负极活性物质层相对非水溶剂的接触角和非水溶剂液滴的直径可通过以下方法测定：在负极活性物质层表面滴加3微升碳酸二乙酯，在100秒内使用JC2000D3E型接触角测量仪进行测试液滴直径，并选用5点拟合法(即，先取液滴左右平面2点，确定液固交接面，然后在液滴圆弧上取3点)进行拟合，得到负极活性物质层相对非水溶剂的接触角。每个样品至少测量3次，选取至少3个差值小于5°的数据，取平均值，得到负极活性物质层相对非水溶剂的接触角。
接触角测试使用的非水溶剂可以选用碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯或碳酸甲异丙酯等常用电解液溶剂。
(2)孔隙率
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层的孔隙率为10％至60％。在一些实施例中，所述负极活性物质层的孔隙率为15％至50％。在一些实施例中，所述负极活性物质层的孔隙率为20％至40％。在一些实施例中，所述负极活性物质层的孔隙率为25％至30％。在一些实施例中，所述负极活性物质层的孔隙率为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或在以上任意两个数值所组成的范围内。
所述负极活性物质层的孔隙率可通过以下方法测定：使用真密度测试仪AccuPyc II 1340进行测试，每个样品至少进行3次测量，选取至少3个数据取平均值。根据下式计算负极活性物质层的孔隙率：孔隙率＝(V1-V2)/V1×100％，其中，V1为表观体积，V1＝样品表面积×样品厚度×样品数量；V2为真实体积。
(3)碳材料
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层包括碳材料。
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳和无定形碳中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，所述碳质材料表面有无定形碳。
根据本申请的一些实施例，所述碳质材料的形状包括，但不限于，纤维状、球状、粒状和鳞片状。
根据本申请的一些实施例，所述碳材料具有以下特征中的至少一者：
(a)小于5m 2/g的比表面积(BET)；和
(b)5μm至30μm的中值粒径(D50)。
比表面积(BET)
在一些实施例中，所述碳材料具有小于5m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料具有小于3m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料具有小于1m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料具有大于0.1m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料具有小于0.7m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料具有小于0.5m 2/g的比表面积。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积在上述任意两个数值所组成的范围内。当所述碳材料的比表面积在上述范围内时，可以抑制锂在电极表面的析出，并可以抑制负极与电解液反应所导致的气体产生。
所述负极活性物质层的孔隙率可通过以下方法测定：使用真密度测试仪AccuPyc II 1340进行测试，每个样品至少进行3次测量，选取至少3个数据取平均值。根据下式计算负极活性物质层的孔隙率：孔隙率＝(V1-V2)/V1×100％，其中，V1为表观体积，V1＝样品表面积×样品厚度×样品数量；V2为真实体积。
中值粒径(D50)
所述碳材料的中值粒径(D50)是指通过激光衍射/散射法得到的体积基准的平均粒径。在一些实施例中，所述碳材料具有5μm至30μm的中值粒径(D50)。在一些实施例中，所述碳材料具有10μm至25μm的中值粒径(D50)。在一些实施例中，所述碳材料具有15μm至20μm的中值粒径(D50)。在一些实施例中，所述碳材料具有1μm、3μm、5μm、7μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm或在以上任意两个数值的范围内的中值粒径(D50)。当所述碳材料的中值粒径在上述范围内时，电化学装置的不可逆容量较小，且易于均匀地涂布负极。
所述碳材料的中值粒径(D50)可通过如下方法测定：将碳材料分散于聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯的0.2wt％水溶液(10mL)中，利用激光衍射/散射式粒度分布计(堀场制作所社制造LA-700)进行测试。
X射线衍射图谱参数
根据本申请的一些实施例，基于学振法的X射线衍射图谱，所述碳材料的晶格面(002面)的层间距离在0.335nm至0.360nm的范围内、在0.335nm至0.350nm的范围内或在0.335nm至0.345nm的范围内。
根据本申请的一些实施例，基于学振法的X射线衍射图谱，所述碳材料的微晶尺寸(Lc)大于1.0nm或大于1.5nm。
拉曼光谱参数
在一些实施例中，所述碳材料的拉曼R值为大于0.01、大于0.03或大于0.1。在一些实施例中，所述碳材料的拉曼R值为小于1.5、小于1.2、小于1.0或小于0.5。在一些实施例中，所述碳材料的拉曼R值在上述任意两个数值所组成的范围内。
所述碳材料在1580cm -1附近的拉曼半峰宽没有特别限制。在一些实施例中，所述碳材料在1580cm -1附近的拉曼半峰宽为大于10cm -1或大于15cm -1。在一些实施例中，所述碳材料在1580cm -1附近的拉曼半峰宽为小于100cm -1、小于80cm -1、小于60cm -1或小于40cm -1。在一些实施例中，所述碳材料在1580cm -1附近的拉曼半峰宽在上述任意两个数值所组成的范围内。
拉曼R值和拉曼半峰宽是表示碳材料表面的结晶性的指标。适度的结晶性可使碳材料在充放电过程中容纳锂的层间位点得以保持，不会消失，从而有利于碳材料的化学稳定性。
当拉曼R值和/或拉曼半峰宽在如上所述的范围内时，碳材料可在负极表面形成适当的覆膜，有助于改善电化学装置的保存特性、循环特性以及负荷特性等，同时可以抑制碳材料与电解液的反应导致的效率降低及气体产生。
拉曼R值或拉曼半峰宽可通过氩离子激光拉曼光谱法测定：使用拉曼分光器(日本分光社制造的拉曼分光器)，使试样自然落下并填充于测定池内，对池内的样品表面照射氩离子激光，同时使池在与激光垂直的面内旋转，由此进行测定。对于所得到的拉曼光谱，测定在1580cm -1附近的峰PA的强度IA和在1360cm -1附近的峰PB的强度IB，计算出其强度比R(R＝IB/IA)。
上述拉曼光谱法的测定条件如下：
· 氩离子激光波长：514.5nm
· 试样上的激光功率：15-25mW
· 分辨率：10-20cm -1
· 测定范围：1100cm -1-1730cm -1
· 拉曼R值、拉曼半峰宽分析：背景处理
· 平滑处理：简单平均、卷积5点
圆度
“圆度”的定义如下：圆度＝(具有与颗粒投影形状相同面积的等效圆的周长)/(颗粒投影形状的实际周长)。当圆度为1.0时，即为理论上的正球。
在一些实施例中，所述碳材料的粒径为3μm至40μm，且圆度为大于0.1、大于0.5、大于0.8、大于0.85、大于0.9或为1.0。
对于高电流密度充放电特性来说，碳材料的圆度越大，填充性越高，这有助于抑制颗粒间的电阻，从而改善电化学装置在高电流密度下的充放电特性。
碳材料的圆度可使用流式颗粒图像分析装置(Sysmex社制造FPIA)进行测量：将0.2g试样分散于聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯的0.2wt％水溶液(50mL)中，以输出功率60W照射1分钟28kHz的超声波后，指定检测范围为0.6μm至400μm，对粒径为3μm至40μm范围的颗粒进行测定。
提高圆度的方法没有特别限制。可采用球形化处理，使得在制备电极时碳材料颗粒间的空隙形状统一。可通过施加剪切力或压缩力等机械手段来实施球形化处理，亦可通过施用粘结剂或者通过颗粒自身所具有的附着力将多个微粒造粒等机械/物理手段来实施球形化处理，从而使碳材料颗粒接近正球形。
振实密度
在一些实施例中，所述碳材料的振实密度为大于0.1g/cm 3、大于0.5g/cm 3、大于0.7g/cm 3或大于1g/cm 3。在一些实施例中，所述碳材料的振实密度为小于2g/cm 3、小于1.8g/cm 3或小于1.6g/cm 3。在一些实施例中，所述碳材料的振实密度在上述任意两个数值所组成的范围内。当碳材料的振实密度在上述范围内时，可以确保电化学装置的容量，同时可以抑制碳材料颗粒间的电阻增大。
碳材料的振实密度可通过如下方法测试：使试样通过网孔为300μm的筛后落入20cm 3的振实槽中，直到试样充满至槽的上端面后，利用粉体密度测定器 (例如，Seishin企业社制造的Tap densor)进行1000次冲程长度为10mm的振动，根据此时的质量和试样的质量计算出振实密度。
取向比
在一些实施例中，所述碳材料的取向比为大于0.005、大于0.01或大于0.015。在一些实施例中，所述碳材料的取向比为小于0.67。在一些实施例中，所述碳材料的取向比在上述任意两个数值所组成的范围内。当碳材料的取向比在上述范围内时，可使电化学装置具有优异的高密度充放电特性。
碳材料的取向比可在对试样进行加压成型后利用X射线衍射进行测定：将试样0.47g填充至直径为17mm的成型机中，在58.8MN·m -2下压缩得到成型体，用粘土固定该成型体，使该成型体与测定用试样架的面为同一面，从而进行X射线衍射测定。由所得到的碳的(110)衍射和(004)衍射的峰强度计算出(110)衍射峰强度/(004)衍射峰强度所表示的比。
X射线衍射测定条件如下：
· 靶材：Cu(Kα射线)石墨单色器
· 狭缝：发散狭缝＝0.5度；受光狭缝＝0.15mm；散射狭缝＝0.5度
· 测定范围和步进角/计测时间(“2θ”表示衍射角)：
(110)面：75度≤2θ≤80度1度/60秒
(004)面：52度≤2θ≤57度1度/60秒
长厚比
在一些实施例中，所述碳材料的长厚比为大于1、大于2或大于3。在一些实施例中，所述碳材料的长厚比为小于10、小于8或小于5。在一些实施例中，所述碳材料的长厚比在上述任意两个数值所组成的范围内。
当碳材料的长厚比在上述范围内时，可进行更均匀的涂布，因而可以使电化学装置具有优异的高电流密度充放电特性。
(4)微量元素
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括钼、铁和铜中的至少一种金属。这些金属元素可以与负极活性物质中一些导电能力差的有机物反应，从而有利于负极活性物质表面成膜。
根据本申请的一些实施例，上述金属元素以微量存在于所述负极活性物质层中，过多的金属元素容易形成不导电的副产物并附着于负极的表面。在一些实施 例中，基于所述负极活性物质层的总重量计，所述至少一种金属的含量为不大于0.05wt％。在一些实施例中，所述至少一种金属的含量为不大于0.03wt％。在一些实施例中，所述至少一种金属的含量为不大于0.01wt％。
(5)助剂
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括助剂。
根据本申请的一些实施例，所述助剂具有以下特征中的至少一者：
(a)氧化电位不小于4.5V，且还原电位不大于0.5V；
(b)表面张力不大于30mN/m；
(c)包括非离子表面活性剂；
(d)基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于3000ppm。
氧化/还原电位
在一些实施例中，所述助剂的氧化电位不小于4.5V，且还原电位不大于0.5V。在一些实施例中，所述助剂的氧化电位不小于5V，且还原电位不大于0.3V。具有上述氧化/还原电位的助剂电化学性能稳定，有助于改善电化学装置的循环性能。
表面张力
在一些实施例中，所述助剂的表面张力为不大于30mN/m。在一些实施例中，所述助剂的表面张力为不大于25mN/m。在一些实施例中，所述助剂的表面张力为不大于20mN/m。在一些实施例中，所述助剂的表面张力为不大于15mN/m。在一些实施例中，所述助剂的表面张力为不大于10mN/m。所述助剂的表面张力是在固含量为1％的助剂水溶液条件下测定的。具有如上所述的表面张力的助剂使得负极活性物质层具有良好的界面，有助于改善电化学装置的循环性能。
所述助剂的表面张力可通过如下方法测定：使用JC2000D3E型接触角测量仪对固含量为1％的助剂水溶液进行测试，每个样品至少测试3次，选取至少3个数据，取平均值，得到助剂的表面张力。
非离子表面活性剂
在一些实施例中，所述助剂包括非离子表面活性剂，且所述非离子表面活性剂包括聚氧乙烯醚、多元醇酯、酰胺或嵌段聚醚中的至少一种。
在一些实施例中，所述非离子表面活性剂包括以下中的至少一种：聚氧乙烯 烷基醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺、烷基醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯、直链的10碳醇聚氧乙烯醚、直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚、直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚、脂肪酸单甘油酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、复合硅酮聚醚复合物、聚山梨脂、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚改性三硅氧烷或聚醚改性有机硅聚醚硅氧烷。
助剂含量
在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于2500ppm。在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于2000ppm。在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于1500ppm。在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于1000ppm。在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于500ppm。在一些实施例中，基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于200ppm。具有上述含量的助剂有助于改善电化学装置的以下特性：输出功率特性、负荷特性、低温特性、循环特性以及高温保存特性等。
(6)其它组分
含硅和/或锡元素的材料
根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括含硅材料、含锡材料、合金材料中的至少一种。根据本申请的一些实施例，所述负极活性物质层进一步包括含硅材料和含锡材料中的至少一种。在一些实施例中，所述负极活性物质层进一步包括含硅材料、硅碳复合材料、硅氧材料、合金材料和含锂金属复合氧化物材料中的一种或多种。在一些实施例中，所述负极活性物质层进一步包含其它种类的负极活性物质，例如，一种或多种包含能够与锂形成合金的金属元素和准金属元素的材料。在一些实施例中，所述金属元素和准金属元素的实例包括，但不限于，Mg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、Pd和Pt。在一些实施例中，所述金属元素和准金属元素的实例包括Si、Sn或其组合。Si和Sn具有优异的脱嵌锂离子的能力，可为锂离子电池提供高能 量密度。在一些实施例中，其它种类的负极活性物质还可以包括金属氧化物和高分子化合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述金属氧化物包括，但不限于，氧化铁、氧化钌和氧化钼。在一些实施例中，所述高分子化合物包括，但不限于，聚乙炔、聚苯胺和聚吡咯。
负极导电材料
在一些实施例中，所述负极活性物质层进一步包含负极导电材料，该导电材料可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
负极粘结剂
在一些实施例中，所述负极活性物质层还包括负极粘合剂。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。
负极粘合剂的实例包括，但不限于，聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、纤维素、硝酸纤维素等树脂系高分子；丁苯橡胶(SBR)、异戊二烯橡胶、聚丁橡胶、氟橡胶、丙烯腈·丁二烯橡胶(NBR)、乙烯·丙烯橡胶等橡胶状高分子；苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物；乙烯·丙烯·二烯三元共聚物(EPDM)、苯乙烯·乙烯·丁二烯·苯乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子；间规-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物、丙烯·α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子；聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯·乙烯共聚物等氟系高分子；具有碱金属离子(例如，锂离子)的离子传导性的高分子组合物等。上述负极粘合剂可以单独使用，也可以任意组合使用。
在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量大于0.1wt％、大于0.5wt％或大于0.6wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量小于20wt％、小于15wt％、小于10wt％或小于8wt％。在一些实施例中，所述负极粘结剂的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。当负极粘结剂的含量在上述范围时，可以充分确保电化学装置的容量 和负极的强度。
在负极活性物质层含有橡胶状高分子(例如，SBR)的情况下，在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量为大于0.1wt％、大于0.5wt％或大于0.6wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量为小于5wt％、小于3wt％或小于2wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
在负极活性物质层含有氟系高分子(例如，聚偏二氟乙烯)的情况下，在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量为大于1wt％、大于2wt％或大于3wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量为小于15wt％、小于10wt％或小于8wt％。基于负极活性物质层的总重量，所述负极粘结剂的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
溶剂
用于形成负极浆料的溶剂的种类没有特别限制，只要是能够溶解或分散负极活性物质、负极粘结剂、以及根据需要使用的增稠剂和导电材料的溶剂即可。在一些实施例中，用于形成负极浆料的溶剂可以使用水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系溶剂的实例可包括，但不限于，水、醇等。有机系溶剂的实例可包括，但不限于，N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、环己酮、乙酸甲酯、丙烯酸甲酯、二乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺、四氢呋喃(THF)、甲苯、丙酮、二乙醚、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、苯、二甲苯、喹啉、吡啶、甲基萘、己烷等。上述溶剂可以单独使用或任意组合使用。
增稠剂
增稠剂通常是为了调节负极浆料的粘度而使用的。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。上述增稠剂可以单独使用，也可以任意组合使用。
在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述增稠剂的含量为大于0.1wt％、大于0.5wt％或大于0.6wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，所述增稠剂的含量为小于5wt％、小于3wt％或小于2wt％。当增稠剂的 含量在上述范围没时，可以抑制电化学装置的容量降低及电阻的增大，同时可以确保负极浆料具有良好的涂布性。
表面被覆
在一些实施例中，负极活性物质层的表面可附着有与其组成不同的物质。负极活性物质层的表面附着物质的实例包括，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、碳酸镁等碳酸盐等。
(7)负极活性物质的含量
在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，负极活性物质的含量为大于80wt％、大于82wt％或大于84wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，负极活性物质的含量为小于99wt％或小于98wt％。在一些实施例中，基于负极活性物质层的总重量，负极活性物质的含量在上述任意两个数组所组成的范围内。
(8)负极活性物质层的厚度
负极活性物质层的厚度是指负极活性物质层在负极集流体的任意一侧上的厚度。在一些实施例中，负极活性物质层的厚度为大于15μm、大于20μm或大于30μm。在一些实施例中，负极活性物质层的厚度为小于300μm、小于280μm或小于250μm。在一些实施例中，负极活性物质层的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。
(9)负极活性物质的密度
在一些实施例中，负极活性物质层中的负极活性物质的密度为大于1g/cm 3、大于1.2g/cm 3或大于1.3g/cm 3。在一些实施例中，负极活性物质层中的负极活性物质的密度为小于2.2g/cm 3、小于2.1g/cm 3、小于2.0g/cm 3或小于1.9g/cm 3。在一些实施例中，负极活性物质层中的负极活性物质的密度在上述任意两个数值所组成的范围内。
当负极活性物质的密度在上述范围内时，可防止负极活性物质颗粒的破坏，可以抑制电化学装置初期不可逆容量的增加或电解液在负极集流体/负极活性物质界面附近的渗透性降低所导致的高电流密度充放电特性恶化，还可以抑制电化学装置的容量降低及电阻增大。
2、负极集流体
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。
负极集流体与负极活性物质层的厚度比是指注入电解液前的单面负极活性物质层厚度与负极集流体的厚度的比率，其数值没有特别限制。在一些实施例中，负极集流体与负极活性物质层的厚度比为小于150、小于20或小于10。在一些实施例中，负极集流体与负极活性物质层的厚度比为大于0.1、大于0.4或大于1。在一些实施例中，负极集流体与负极活性物质层的厚度比在上述任意两个数值所组成的范围内。当负极集流体与负极活性物质层的厚度比在上述范围内时，可以确保电化学装置的容量，同时可以抑制高电流密度充放电时的负极集流体的放热。
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，本申请的电化学装置中的使用的电解液进一步包括添加剂。
根据本申请的一些实施例，所述电解液含有碳酸乙烯酯，所述碳酸乙烯酯在所述电解液中的含量X mg与所述负极活性物质层的反应面积Y m 2满足如下关系：10≤(X/Y)≤100。在一些实施例中，X和Y满足如下关系：10≤(X/Y)<100。在一些实施例中，X和Y满足如下关系：20≤(X/Y)<70。
根据本申请的一些实施例，所述电解液还含有式1化合物：
Figure PCTCN2019128449-appb-000003
其中，R是具有1至5个碳原子的直链或非直链烷基或者-SiR 2R 3R 4，其中R 2、R 3和R 4各自独立地是具有1至5个碳原子的烷基，并且
R 1是具有2至3个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
根据本申请的一些实施例，在式1中，R是-SiR 2R 3R 4，并且R 1是具有2个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
根据本申请的一些实施例，所述式1化合物包括式1a至式1h表示的化合物中的至少一种：
Figure PCTCN2019128449-appb-000004
根据本申请的一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.001wt％至10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.005wt％至9wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.01wt％至8wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.05wt％至7wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.1wt％至6wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.5wt％至5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为1wt％至4wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为 2wt％至3wt％。
根据本申请的一些实施例，所述电解液还含有二氟磷酸盐和铁族元素，所述铁族元素包括钴元素、镍元素或其组合，且基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.05wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.03wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.02wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.01wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.005wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.004wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.002wt％。
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括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯或乙酸乙酯中的至少一种。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。
在电解液中加入链状羧酸酯及/或环状羧酸酯后，链状羧酸酯及/或环状羧酸酯可在电极表面形成钝化膜，从而提高电化学装置的间歇充电循环后的容量保持率。在一些实施例中，所述电解液中含有1wt％至60wt％的链状羧酸酯、环状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，所述电解液中含有丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯及其组合，基于电解液的总重量，该组合的含量为1wt％至60wt％、10wt％至60wt％、10wt％至50wt％、20wt％至50wt％。在一些实施例中，基于电解液的总重量，所述电解液中含有1wt％至60wt％、10wt％至60wt％、20wt％至50wt％、20wt％至40wt％或30wt％的丙酸丙酯。
在一些实施例中，所述添加剂的实例可包括，但不限于，以下的一种或多种：氟代碳酸酯、含碳碳双键的碳酸乙烯酯、含硫氧双键的化合物和酸酐。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂的含量为0.01％至15％、0.1％至10％或1％至5％。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为所述添加剂的1.5至30倍、1.5至20倍、2至20倍或5-20倍。
在一些实施例中，所述添加剂包含一种或多种氟代碳酸酯。在锂离子电池充电/放电时，氟代碳酸酯可与丙酸酯共同作用以在负极的表面上形成稳定的保护膜，从而抑制电解液的分解反应。
在一些实施例中，所述氟代碳酸酯具有式C＝O(OR 1)(OR 2)，其中R 1和R 2各自选自具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基，其中R 1和R 2中的至少一者选自具有1-6个碳原子的氟代烷基，且R 1和R 2任选地连同其所连接的原子形成5元至7元环。
在一些实施例中，所述氟代碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下的一种或多种：氟代碳酸乙烯酯、顺式4,4-二氟碳酸乙烯酯、反式4,4-二氟碳酸乙烯酯、4,5-二氟碳酸乙烯酯、4-氟-4-甲基碳酸乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸乙烯酯、碳酸三氟甲基甲酯、碳酸三氟乙基甲酯和碳酸乙基三氟乙酯等。
在一些实施例中，所述添加剂包含一种或多种含碳碳双键的碳酸乙烯酯。所述含碳碳双键的碳酸乙烯酯的实例可包括，但不限于，以下的一种或多种：碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸-1,2-二甲基亚乙烯酯、碳酸-1,2-二乙基亚乙烯酯、碳酸氟亚乙烯酯、碳酸三氟甲基亚乙烯酯；碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸-1-甲基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸-1-乙基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸-1- 正丙基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸1-甲基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸-1,1-二乙烯基亚乙酯、碳酸-1,2-二乙烯基亚乙酯、碳酸-1,1-二甲基-2-亚甲基亚乙酯和碳酸-1,1-二乙基-2-亚甲基亚乙酯等。在一些实施例中，所述含碳碳双键的碳酸乙烯酯包括碳酸亚乙烯酯，其易于获得并可实现更为优异的效果。
在一些实施例中，所述添加剂包含一种或多种含硫氧双键的化合物。所述含硫氧双键的化合物的实例可包括，但不限于，以下的一种或多种：环状硫酸酯、链状硫酸酯、链状磺酸酯、环状磺酸酯、链状亚硫酸酯和环状亚硫酸酯等。
所述环状硫酸酯的实例可包括，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。
所述链状硫酸酯的实例可包括，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。
所述链状磺酸酯的实例可包括，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。
所述环状磺酸酯的实例可包括，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。
所述链状亚硫酸酯的实例可包括，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。
所述环状亚硫酸酯的实例可包括，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，所述添加剂包含一种或多种酸酐。所述酸酐的实例可包括，但不限于，环状磷酸酐、羧酸酐、二磺酸酐和羧酸磺酸酐中的一种或多种。所述环状磷酸酐的实例可包括，但不限于，三甲基磷酸环酐、三乙基磷酸环酐和三丙基磷酸环酐中的一种或多种。所述羧酸酐的实例可包括，但不限于，琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐中的一种或多种。所述二磺酸酐的实例可包括，但不限于，乙烷二磺酸酐和丙烷二磺酸酐中的一种或多种。所述羧酸磺酸酐的实例可包括，但不限于，磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐和磺基丁酸酐中的一种或多种。
在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与含碳碳双键的碳酸乙烯酯的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与含硫氧双键的化合物的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与具有2-4个氰基的化合物的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与环状羧酸酯的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与环状磷酸酐的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与羧酸酐的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与璜酸酐的组合。在一些实施例中，所述添加剂为氟代碳酸酯与羧酸璜酸酐的组合。
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，LiPF 6、LiBF 4、LiClO 4、LiAlF 4、LiSbF 6、LiTaF 6、LiWF 7等无机锂盐；LiWOF 5等钨酸锂类；HCO 2Li、CH 3CO 2Li、CH 2FCO 2Li、CHF 2CO 2Li、CF 3CO 2Li、CF 3CH 2CO 2Li、CF 3CF 2CO 2Li、CF 3CF 2CF 2CO 2Li、CF 3CF 2CF 2CF 2CO 2Li等羧酸锂盐类；FSO 3Li、CH 3SO 3Li、CH 2FSO 3Li、CHF 2SO 3Li、CF 3SO 3Li、CF 3CF 2SO 3Li、CF 3CF 2CF 2SO 3Li、CF 3CF 2CF 2CF 2SO 3Li等磺酸锂盐类；LiN(FCO) 2、LiN(FCO)(FSO 2)、LiN(FSO 2) 2、LiN(FSO 2)(CF 3SO 2)、LiN(CF 3SO 2) 2、LiN(C 2F 5SO 2) 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(CF 3SO 2)(C 4F 9SO 2)等酰亚胺锂盐类；LiC(FSO 2) 3、LiC(CF 3SO 2) 3、LiC(C 2F 5SO 2) 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LiPF 4(CF 3) 2、LiPF 4(C 2F 5) 2、LiPF 4(CF 3SO 2) 2、LiPF 4(C 2F 5SO 2) 2、LiBF 3CF 3、LiBF 3C 2F 5、LiBF 3C 3F 7、LiBF 2(CF 3) 2、LiBF 2(C 2F 5) 2、LiBF 2(CF 3SO 2) 2、LiBF 2(C 2F 5SO 2) 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LiPF 6、LiSbF 6、LiTaF 6、FSO 3Li、CF 3SO 3Li、LiN(FSO 2) 2、LiN(FSO 2)(CF 3SO 2)、LiN(CF 3SO 2) 2、LiN(C 2F 5SO 2) 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(FSO 2) 3、LiC(CF 3SO 2) 3、LiC(C 2F 5SO 2) 3、LiBF 3CF 3、LiBF 3C 2F 5、LiPF 3(CF 3) 3、LiPF 3(C 2F 5) 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3.0mol/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，基于电解质的总重量，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0.01wt％或大于0.1wt％。在一些实施例中，基于电解质的总重量，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20wt％或小于10wt％。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LiPF 6、LiN(FSO 2)(CF 3SO 2)、LiN(CF 3SO 2) 2、LiN(C 2F 5SO 2) 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(FSO 2) 3、LiC(CF 3SO 2) 3、LiC(C 2F 5SO 2) 3、LiBF 3CF 3、LiBF 3C 2F 5、LiPF 3(CF 3) 3、LiPF 3(C 2F 5) 3。在一些实施例中，除此以外的盐为LiPF 6。
在一些实施例中，基于电解质的总重量，除此以外的盐的含量为大于0.01wt％或大于0.1wt％。在一些实施例中，基于电解质的总重量，除此以外的盐的含量为小于20wt％、小于15wt％或小于10wt％。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。
在电解液中，除了含有上述溶剂、添加剂和电解质盐以外，可以根据需要含有负极被膜形成剂、正极保护剂、防过充电剂等额外添加剂。作为添加剂，可使用一般在非水电解质二次电池中使用的添加剂，其实例可包括，但不限于，碳酸亚乙烯酯、琥珀酸酐、联苯、环己基苯、2，4-二氟苯甲醚、丙烷磺内酯、丙烯磺内酯等。这些添加剂可以单独使用或任意组合使用。另外，电解液中的这些添加剂的含量没有特别限制，可以根据该添加剂的种类等适当地设定即可。在一些实施例中，基于电解液的总重量，添加剂的含量为小于5wt％、在0.01wt％至5wt％的范围内或在0.2wt％至5wt％的范围内。
III、正极
正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体的一个或两个表面上的正极活性物质层。
1、正极活性物质层
正极活性物质层包含正极活性物质，所述正极活性物质层可以是一层或多层。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。正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。
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，锂过渡金属复合氧化物中的过渡金属包括V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等。在一些实施例中，锂过渡金属复合氧化物包括LiCoO 2等锂钴复合氧化物、LiNiO 2等锂镍复合氧化物、LiMnO 2、LiMn 2O 4、Li 2MnO 4等锂锰复合氧化物、LiNi 1/3Mn 1/3Co 1/3O 2、LiNi 0.5Mn 0.3Co 0.2O 2等锂镍锰钴复合氧化物，其中作为这些锂过渡金属复合氧化物的主体的过渡金属原子的一部分被Na、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、 Si、Nb、Mo、Sn、W等其它元素所取代。锂过渡金属复合氧化物的实例可包括，但不限于，LiNi 0.5Mn 0.5O 2、LiNi 0.85Co 0.10Al 0.05O 2、LiNi 0.33Co 0.33Mn 0.33O 2、LiNi 0.45Co 0.10Al 0.45O 2、LiMn 1.8Al 0.2O 4和LiMn 1.5Ni 0.5O 4等。锂过渡金属复合氧化物的组合的实例包括，但不限于，LiCoO 2与LiMn 2O 4的组合，其中LiMn 2O 4中的一部分Mn可被过渡金属所取代(例如，LiNi 0.33Co 0.33Mn 0.33O 2)，LiCoO 2中的一部分Co可被过渡金属所取代。
在一些实施例中，含锂过渡金属磷酸化合物中的过渡金属包括V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等。在一些实施例中，含锂过渡金属磷酸化合物包括LiFePO 4、Li 3Fe 2(PO 4) 3、LiFeP 2O 7等磷酸铁类、LiCoPO 4等磷酸钴类，其中作为这些锂过渡金属磷酸化合物的主体的过渡金属原子的一部分被Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等其它元素所取代。
在一些实施例中，正极活性物质中包含磷酸锂，其可提高电化学装置的连续充电特性。磷酸锂的使用没有限制。在一些实施例中，正极活性物质和磷酸锂混合使用。在一些实施例中，相对于上述正极活性物质与磷酸锂的总重量，磷酸锂的含量为大于0.1wt％、大于0.3wt％或大于0.5wt％。在一些实施例中，相对于上述正极活性物质与磷酸锂的总重量，磷酸锂的含量为小于10wt％、小于8wt％或小于5wt％。在一些实施例中，磷酸锂的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
表面被覆
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。
这些表面附着物质可以通过下述方法附着于正极活性物质表面：使表面附着物质溶解或悬浮于溶剂中而渗入添加到该正极活性物质中并进行干燥的方法；使表面附着物质前体溶解或悬浮于溶剂中，在渗入添加到该正极活性物质中后，利用加热等使其反应的方法；以及添加到正极活性物质前体中同时进行烧制的方法等等。在附着碳的情况下，还可以使用将碳材料(例如，活性炭等)进行机械附着的方法。
在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，表面附着物质的含量为大 于0.1ppm、大于1ppm或大于10ppm。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，表面附着物质的含量为小于20％、小于10％或小于10％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，表面附着物质的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
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”。
形状
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。
振实密度
在一些实施例中，正极活性物质的振实密度为大于0.5g/cm 3、大于0.8g/cm 3或大于1.0g/cm 3。当正极活性物质的振实密度在上述范围内时，可以抑制正极活性物质层形成时所需要的分散介质量及导电材料和正极粘合剂的所需量，由此可以确保正极活性物质的填充率和电化学装置的容量。通过使用振实密度高的复合氧化物粉体，可以形成高密度的正极活性物质层。振实密度通常越大越优选，没有特别的上限。在一些实施例中，正极活性物质的振实密度为小于4.0g/cm 3、小于3.7g/cm 3或小于3.5g/cm 3。当正极活性物质的振实密度的具有如上所述的上限时，可以抑制负荷特性的降低。
正极活性物质的振实密度可通过以下方式计算：将5g至10g的正极活性物质粉体放入10mL的玻璃制量筒中，进行200次冲程20mm的振动，得出粉体填充密度(振实密度)。
中值粒径(D50)
当正极活性物质颗粒为一次颗粒时，正极活性物质颗粒的中值粒径(D50)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中值粒径(D50)指的是正极活性物质颗粒二次粒径。
在一些实施例中，正极活性物质颗粒的中值粒径(D50)为大于0.3μm、大于0.5μm、大于0.8μm或大于1.0μm。在一些实施例中，正极活性物质颗粒的中值粒径(D50)为小于30μm、小于27μm、小于25μm或小于22μm。在一些实施例中，正极活性物质颗粒的中值粒径(D50)在上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质颗粒的中值粒径(D50)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。另一方面，在电化学装置的正极的制备过程中(即，将正极活性物质、导电材料和粘结剂等用溶剂浆料化而以薄膜状涂布时)，可以防止条纹产生等问题。此处，通过将具有不同中值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。
正极活性物质颗粒中值粒径(D50)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0.1wt％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。
平均一次粒径
在正极活性物质颗粒的一次颗粒凝集而形成二次颗粒的情况下，在一些实施例中，正极活性物质的平均一次粒径为大于0.05μm、大于0.1μm或大于0.5μm。在一些实施例中，正极活性物质的平均一次粒径为小于5μm、小于4μm、小于3μm或小于2μm。在一些实施例中，正极活性物质的平均一次粒径在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一次粒径在上述范围内时，可以确保粉体填充性和比表面积、抑制电池性能的降低、并得到适度的结晶性，由此可以确保电化学装置充放电的可逆性。
正极活性物质的平均一次粒径可通过对扫描电子显微镜(SEM)得到的图像进行观察而得出：在倍率为10000倍的SEM图像中，对于任意50个一次颗粒，求出由相对于水平方向直线的一次颗粒的左右边界线所得到的切片的最长值，求出其平均值，由此得到平均一次粒径。
比表面积(BET)
在一些实施例中，正极活性物质的比表面积(BET)为大于0.1m 2/g、大于 0.2m 2/g或大于0.3m 2/g。在一些实施例中，正极活性物质的比表面积(BET)为小于50m 2/g、小于40m 2/g或小于30m 2/g。在一些实施例中，正极活性物质的比表面积(BET)在上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质的比表面积(BET)在上述范围内时，可以确保电化学装置的性能，同时可以使正极活性物质具有良好的涂布性。
正极活性物质的比表面积(BET)可通过如下方法测量：使用表面积计(例如，大仓理研制造的全自动表面积测定装置)，在氮气流通下于150℃对试样进行30分钟预干燥，然后使用氮气相对于大气压的相对压力值准确调节为0.3的氮氦混合气体，通过采用气体流动法的氮吸附BET单点法进行测定。
正极导电材料
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，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。
在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极导电材料的含量为大于0.01wt％、大于0.1wt％或大于1wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极导电材料的含量为小于50wt％、小于30wt％以下或小于15wt％。当正极导电材料的含量在上述范围内时，可以确保充分的导电性和电化学装置的容量。
正极粘结剂
正极活性物质层的制造中使用的正极粘结剂的种类没有特别限制，在涂布法的情况下，只要是在电极制造时使用的液体介质中可溶解或分散的材料即可。正极粘结剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、纤维素、硝酸纤维素等树脂系高分子；丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁橡胶、乙烯-丙烯橡胶等橡胶状高分子；苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物、乙烯·丙烯·二烯三元共聚物(EPDM)、苯乙烯·乙烯·丁二烯·乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子；间规-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物、丙烯·α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子；聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、 氟化聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯·乙烯共聚物等氟系高分子；具有碱金属离子(特别是锂离子)的离子传导性的高分子组合物等。上述正极粘结剂可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极粘结剂的含量为大于0.1wt％、大于1wt％或大于1.5wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极粘结剂的含量为小于80wt％、小于60wt％、小于40wt％或小于10wt％。当正极粘结剂的含量在上述范围内时，可使正极具有良好的导电性和足够的机械强度，并保证电化学装置的容量。
溶剂
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
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。
在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，增稠剂的含量为大于0.1wt％、大于0.2wt％或大于0.3wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，增稠剂的含量为小于5wt％、小于3wt％或小于2wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，增稠剂的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。当增稠剂的含量在上述范围内时，可使正极浆料具有良好的涂布性，同时可以抑制电化学装置的容量降低及电阻增大。
正极活性物质的含量
在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性物质的含量为大于80wt％、大于82wt％或大于84wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性物质的含量为小于99wt％或小于98wt％。在一些实施例中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性物质的含量在上述任意两个数组所组成的范围内。当正极活性物质的含量在上述范围内时，可以确保正极活性物质层中的正极活性物质的电容量，同时可以保持正极的强度。
正极活性物质的密度
对于通过涂布、干燥而得到的正极活性物质层，为了提高正极活性物质的填充密度，可通过手动压机或辊压机等进行压紧处理。在一些实施例中，正极活性物质层的密度为大于1.5g/cm 3、大于2g/cm 3或大于2.2g/cm 3。在一些实施例中，正极活性物质层的密度为小于5g/cm 3、小于4.5g/cm 3或小于4g/cm 3。在一些实施例中，正极活性物质层的密度在上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质层的密度在上述范围内时，可使电化学装置具有良好的充放电特性，同时可以抑制电阻的增大。
正极活性物质层的厚度
正极活性物质层的厚度是指正极活性物质层在正极集流体的任意一侧上的厚度。在一些实施例中，正极活性物质层的厚度为大于10μm或大于20μm。在一些实施例中，正极活性物质层的厚度为小于500μm或小于450μm。
正极活性物质的制造法
正极活性物质可使用制造无机化合物的常用方法来制造。为了制作球状或椭圆球状的正极活性物质，可采用以下制造方法：将过渡金属的原料物质溶解或粉碎分散于水等溶剂中，边搅拌边调节pH，制作球状的前体并回收，根据需要对其进行干燥后，加入LiOH、Li 2CO 3、LiNO 3等Li源，在高温下进行烧制，得到正极活性物质。
2、正极集流体
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。
正极集流体的形式没有特别限制。当正极集流体为金属材料时，正极集流体的形式可包括，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。当正极集流体为碳材料时，正极集流体的形式可包括，但不限于，碳板、碳薄膜、碳圆柱等。在一些实施例中，正极集流体为金属薄膜。在一些实施例中，所述金属薄膜为网状。所述金属薄膜的厚度没有特别限制。在一些实施例中，所述金属薄膜的厚度为大于1μm、大于3μm或大于5μm。在一些实施例中，所述金属薄膜的厚度为小于1mm、小于100μm或小于50μm。在一些实施例中，所述金属薄膜的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。
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。
正极集流体与正极活性物质层的厚度比是指注入电解液前的单面的正极活性物质层的厚度与正极集流体的厚度的比率，其数值没有特别限制。在一些实施例中，正极集流体与正极活性物质层的厚度比为小于20、小于15或小于10。在一些实施例中，正极集流体与正极活性物质层的厚度比为大于0.5、大于0.8或大于1。在一些实施例中，正极集流体与正极活性物质层的厚度比在上述任意两个数值所组成的范围内。当正极集流体与正极活性物质层的厚度比在上述范围内时，可以抑制高电流密度充放电时的正极集流体的放热，可以确保电化学装置的容量。
3、正极的构成和制作法
正极可以通过在集流体上形成含有正极活性物质和粘活性物质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活性物质、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。
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、玻璃过滤器等。在一些实施例中，所述隔离膜的材料为玻璃过滤器。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20％、大于35％或大于45％。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率为小于90％、小于85％或小于75％。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倍率特性。
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，在防止短路的同时可抑制了膜电阻，使电化学装置具有良好的倍率特性。
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
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，进而可以防止气体释放阀的工作。
集电结构
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。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
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
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。
VI、应用
本申请的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
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
以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。
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、助剂混合，搅拌均匀，得到负极浆料。将该负极浆料涂布在12μm的铜箔上。干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到负极。根据以下实施例和对比例的条件设置负极，使其具有相应参数。
2、正极的制备
将钴酸锂(LiCoO 2)、导电材料(Super-P)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照95％:2％:3％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LiPF 6混合均匀，形成基础电解液，其中LiPF 6的浓度为1.15mol/L。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。
4、隔离膜的制备
以聚乙烯(PE)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、负极活性物质层相对非水溶剂的接触角的测试方法
在负极活性物质层表面滴加3微升碳酸二乙酯，在100秒内使用JC2000D3E型接触角测量仪进行测试，选用5点拟合法(即，先取液滴左右平面2点，确定液固交接面，然后在液滴圆弧上取3点)进行拟合，得到负极活性物质层相对非水溶剂的接触角。每个样品至少测量3次，选取至少3个差值小于5°的数据，取平均值，得到负极活性物质层相对非水溶剂的接触角。
2、非水溶剂的液滴直径的测试方法
在负极活性物质层表面滴加3微升碳酸二乙酯，在100秒内使用JC2000D3E型接触角测量仪测试液滴直径。
3、负极活性物质层的孔隙率的测试方法
使用真密度测试仪AccuPyc II 1340进行测试，每个样品至少进行3次测量，选取至少3个数据取平均值。根据下式计算负极活性物质层的孔隙率：
孔隙率＝(V1-V2)/V1×100％
其中，V1为表观体积，V1＝样品表面积×样品厚度×样品数量；V2为真实体积。
4、比表面积(BET)的测试方法
使用表面积计(大仓理研制造的全自动表面积测定装置)，在氮气流通下于350℃对试样进行15分钟预干燥，然后使用氮气相对于大气压的相对压力值准确调节为0.3的氮氦混合气体，通过采用气体流动法的氮吸附BET单点法进行测定。
5、中值粒径(D50)的测试方法
将碳材料分散于聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯的0.2wt％水溶液(10mL)中，利用激光衍射/散射式粒度分布计(堀场制作所社制造LA-700)进行测试。
6、助剂的表面张力的测试方法
使用JC2000D3E型接触角测量仪对固含量为1％的助剂水溶液进行测试，每个样品至少测试3次，选取至少3个数据，取平均值，得到助剂的表面张力。
7、负极活性物质层的反应面积的测试方法
根据上述“比表面积(BET)的测试方法”测试负极活性物质层的比表面积，负极活性物质层的比表面积是指含有负极活性物质和添加剂(粘结剂、导电剂、增稠剂和填料等)的负极活性物质层全体的比表面积。测量负极活性物质层的重量，即含有负极活性物质和添加剂(粘结剂、导电剂、增稠剂和填料等)的负极活性物质层全体的总重量。通过下式计算负极活性物质层的反应面积：
反应面积＝负极活性物质层的比表面积×负极活性物质层的重量。
8、锂离子电池循环后容量保持率的测试方法
在45℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至4.45V，然后以4.45V恒压充电至电流为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200次循环。“1C”是指在1小时内将锂离子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＝(对应循环次数的放电容量/首次循环的放电容量)×100％。
9、锂离子电池循环膨胀率的测试方法
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4.45V，再在4.45V下恒压充电至0.05C，静置5分钟，测量厚度。再进行循环测试，100次循环后测量电池的厚度。通过下式计算锂离子电池的100次循环的厚度膨胀率：
循环厚度膨胀率＝[(循环后厚度-循环前厚度)/循环前厚度]×100％。
三、测试结果
表1展示了各实施例和对比例中负极活性物质层相对非水溶剂的接触角、孔隙率和所使用的助剂以及锂离子电池的循环性能。实施例中使用的助剂1：1000ppm三硅氧烷表面活性剂(CAS No.3390-61-2；28855-11-0)。
表1
  接触角 孔隙率 循环后容量保持率 循环厚度膨胀率
对比例1 70° 5％ 51％ 41％
实施例1 60° 5％ 60％ 32％
实施例2 40° 5％ 65％ 23％
实施例3 35° 65％ 75％ 18％
实施例4 35° 20％ 82％ 15％
实施例5 22° 30％ 80％ 14％
实施例6 20° 20％ 84％ 12％
实施例7 25° 60％ 78％ 16％
实施例8 5° 50％ 81％ 13％
结果表明，当负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率显著提升。在负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°的基础上，使负极活性物质层具有10％至60％的孔隙率可进一步改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。
表2展示了碳材料的比表面积(BET)和中值粒径(D50)对锂离子电池的循环性能的影响。表2中实施例是基于实施例4的改进，区别仅在于表2中所列 的参数。
表2
  BET(m 2/g) D50(μm) 循环后容量保持率 循环厚度膨胀率
实施例4 20 35 82％ 15％
实施例9 3 20 83％ 14％
实施例10 2 20 84％ 13％
实施例11 2 15 85％ 12.5％
实施例12 2 10 86％ 12％
实施例13 2 5 85％ 11％
实施例14 2 30 83％ 13.8％
结果表明，当碳材料的比表面积(BET)小于5m 2/g和/或中值粒径(D50)在5μm至30μm的范围内时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率得到进一步改善。
表3展示了负极活性物质层中微量金属对锂离子电池的循环性能的影响。表3中实施例是基于实施例4的改进，区别仅在于表3中所列的参数。
表3
Figure PCTCN2019128449-appb-000005
结果表明，当负极活性物质层中存在微量金属元素(例如，铁、钼或铜)时可进一步改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。
表4展示了助剂对锂离子电池的循环性能的影响。表4中实施例21-25与实施例4的区别仅在于助剂种类不同。
表4
  助剂 氧化电位 还原电位 表面张力 循环容量保 循环厚度膨
  (1000ppm) (V) (V) (mN/m) 持率 胀率
对比例1 / / / / 51％ 41％
实施例4 助剂1 4.5 0.5 30 82％ 15％
实施例21 聚醚硅氧烷 4.8 0.3 15 86％ 12％
实施例22 平平加 4.6 0.2 20 85％ 13％
实施例23 聚醚 4.7 0.1 30 86％ 10％
实施例24 乙醇 2.8 1.5 40 67％ 16％
实施例25 丙酮 3.2 1.7 38 64％ 17％
如对比例1所示，当不添加助剂时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率较差。如实施例4和21-25所示，添加助剂可显著改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。当助剂的氧化电位不小于4.5V且还原电位不大于0.5V时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率得到进一步改善。相比于乙醇和丙酮(如实施例24和25所示)，非离子表面活性剂(如实施例21-23所示)具有更低的表面张力(不大于30mN/m)，从而可进一步改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。
表5展示了电解液中EC的含量(X mg)与负极活性物质层的反应面积(Y m 2)对锂离子电池的循环性能的影响。表5中实施例是基于实施例4的改进，区别仅在于表5中所列的参数。
表5
  X/Y 循环容量保持率 循环厚度膨胀率
实施例4 5 82％ 15％
实施例26 10 85％ 10.8％
实施例27 30 88％ 10.2％
实施例28 50 89％ 9.5％
实施例29 70 90％ 8.7％
实施例30 100 81％ 16％
结果表明，当电解液中EC的含量(X mg)与负极活性物质层的反应面积(Y m 2)满足10≤(X/Y)≤100时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率得到进一步改善。
表6展示了电解液组分对锂离子电池的循环性能的影响。表6中实施例是基于实施例4的改进，区别仅在于表6中所列的化合物及其含量。
表6
  化合物 含量(wt％) 循环后容量保持率 循环厚度膨胀率
实施例4 / / 82％ 15％
实施例31 式1a 1 92％ 5.3％
实施例32 式1b 1 88％ 6.7％
实施例33 式1c 1 85％ 8.5％
实施例34 式1d 1 84％ 9.5％
实施例35 式1e 1 83％ 10.2％
实施例36 式1f 1 90％ 6.1％
实施例37 式1g 1 85％ 7.5％
实施例38 式1h 1 87％ 8％
实施例39 式1a 0.001 83％ 12.2％
实施例40 式1a 0.1 90％ 5.8％
实施例41 式1a 0.5 93％ 5.2％
实施例42 式1a 10 84％ 18.5％
结果表明，在使用本申请实施例的负极的基础上，向电解液添加式1化合物有助于电极表面的SEI膜的形成，提高了界面稳定性，有助于改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。当式1化合物的含量在0.001wt％至10wt％时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率得到显著改善。
表7展示了电解液中铁族金属对锂离子电池的循环性能的影响。表中实施例是基于实施例4的改进，区别仅在于表7中所列的铁族金属种类及其含量。
表7
Figure PCTCN2019128449-appb-000006
结果表明，在使用本申请实施例的负极的基础上，当电解液中含有微量铁族金属(例如，钴和镍)有助于改善锂离子电池的循环后容量保持率和循环厚度膨胀率。
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 (16)

  1. 一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中所述负极包括负极活性物质层，其中经接触角测定法测定，所述负极活性物质层相对非水溶剂的接触角不大于60°。
  2. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中经接触角测定法测定，所述非水溶剂在所述负极活性物质层上的液滴直径不大于30mm。
  3. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述接触角测定法是指在所述负极活性物质层表面滴加3微升碳酸二乙酯的液滴后，在100秒内测试所述液滴在所述负极活性物质层的表面的接触角。
  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孔隙率为10％至60％。
  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包括碳材料，所述碳材料具有以下特征中的至少一者：
    (a)小于5m 2/g的比表面积；
    (b)5μm至30μm的中值粒径。
  6. 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包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、无定形碳、含硅材料、含锡材料、合金材料中的至少一种。
  7. 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进一步包括钼、铁和铜中的至少一种金属，并且基于所述负极活性物质层的总重量，所述至少一种金属的含量为不大于0.05wt％。
  8. 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进一步包括助剂，所述助剂具有以下特征中的至少一者：
    (a)氧化电位不小于4.5V，且还原电位不大于0.5V；
    (b)表面张力不大于30mN/m；
    (c)包括非离子表面活性剂；
    (d)基于所述负极活性物质层的总重量，所述助剂的含量为不大于3000ppm。
  9. 根据权利要求8所述的电化学装置，其中所述助剂包括非离子表面活性剂，且所述非离子表面活性剂包括聚氧乙烯醚、多元醇酯、酰胺或嵌段聚醚中的至少一种；优选所述非离子表面活性剂包括以下中的至少一种：聚氧乙烯烷基醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺、烷基醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯、直链的10碳醇聚氧乙烯醚、直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚、直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚、脂肪酸单甘油酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、复合硅酮聚醚复合物、聚山梨脂、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚改性三硅氧烷或聚醚改性有机硅聚醚硅氧烷。
  10. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液含有碳酸乙烯酯，所述碳酸乙烯酯在所述电解液中的含量X mg与所述负极活性物质层的反应面积Y m 2满足如下关系：10≤(X/Y)≤100。
  11. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液还含有式1化合物：
    Figure PCTCN2019128449-appb-100001
    其中，R是具有1至5个碳原子的直链或非直链烷基或者-SiR 2R 3R 4，其中R 2、R 3和R 4各自独立地是具有1至5个碳原子的烷基，并且
    R 1是具有2至3个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
  12. 根据权利要求11所述的电化学装置，其中：
    在式1中，R是-SiR 2R 3R 4，并且R 1是具有2个碳原子且被选自以下的取代基取代的亚烷基：至少一个氟原子或含至少一个氟原子且具有1至3个碳原子的烷基。
  13. 根据权利要求11所述的电化学装置，其中所述式1化合物包括式1a至式1h表示的化合物中的至少一种：
    Figure PCTCN2019128449-appb-100002
  14. 根据权利要求11所述的电化学装置，其中基于所述电解液的总重量，所述式1化合物的含量为0.001wt％至10wt％。
  15. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还含有二氟磷酸盐和铁族元素，所述铁族元素包括钴元素、镍元素或其组合，且基于所述电解液的总重量，所述铁族元素的含量为不大于0.05wt％。
  16. 一种电子装置，其包括根据权利要求1-15所述的电化学装置。
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