WO2023123026A1 - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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WO2023123026A1
WO2023123026A1 PCT/CN2021/142396 CN2021142396W WO2023123026A1 WO 2023123026 A1 WO2023123026 A1 WO 2023123026A1 CN 2021142396 W CN2021142396 W CN 2021142396W WO 2023123026 A1 WO2023123026 A1 WO 2023123026A1
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electrolyte
electrode active
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王可飞
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宁德新能源科技有限公司
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the embodiments of the present application solve the problems existing in the prior art to some extent by providing an electrochemical device and an electronic device with improved voltage drop and safety under high temperature and high pressure.
  • the sum of the contents of the propionate and the compound having a cyano group is b%, and a and b satisfy: 0.1 ⁇ a ⁇ b ⁇ 20.
  • the sum of the contents of the propionate and the compound having a cyano group is b%, and the value of b ranges from 5 to 65.
  • the weight fraction of the positive active material in the positive active material layer is M%, and the range of M is 95 to 99; based on the weight of the electrolyte, the propionate The content is x%; and M and x satisfy: 1.5 ⁇ M/x ⁇ 18.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material is D ⁇ m, and the value of D ranges from 5 to 30; based on the weight of the electrolyte, the content of the compound having a cyano group is y%; And D and y satisfy: 1 ⁇ D/y ⁇ 20.
  • a list of items linked by the term "at least one of” may mean any combination of the listed items.
  • the phrase "at least one of A and B” means only A; only B; or A and B.
  • the phrase "at least one of A, B, and C” means only A; or only B; only C; A and B (excluding C); A and C (excluding B); B and C (excluding A); or all of A, B, and C.
  • Item A may contain a single element or multiple elements.
  • Item B may contain a single element or multiple elements.
  • Item C may contain a single element or multiple elements.
  • the term "at least one of" has the same meaning as the term "at least one of”.
  • alkyl is intended to be a straight chain saturated hydrocarbon structure having 1 to 20 carbon atoms. "Alkyl” is also contemplated as branched or cyclic hydrocarbon structures having from 3 to 20 carbon atoms. When an alkyl group having a specific number of carbons is specified, all geometric isomers having that number of carbons are intended to be encompassed; thus, for example, “butyl” is meant to include n-butyl, sec-butyl, iso-butyl, tert-butyl and cyclobutyl; “propyl” includes n-propyl, isopropyl and cyclopropyl.
  • the structural stability of the positive electrode active material is related to the safety and life of the electrochemical device.
  • the structural stability of high-voltage lithium cobaltate becomes poor, and metal ions are easily dissolved from the positive electrode and reductively deposited on the surface of the negative electrode, thereby destroying the structure of the solid electrolyte interface (SEI) film of the negative electrode, resulting in negative electrode Impedance and thickness of Li-ion batteries are constantly increasing.
  • SEI solid electrolyte interface
  • the electrolyte is easy to oxidize and decompose on the surface of the positive electrode to generate a large amount of gas, which leads to swelling of the lithium-ion battery and damage to the electrode interface.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector.
  • the positive active material layer may be one or more layers.
  • the positive active material layer includes positive active materials, and each layer of the multilayer positive active materials may contain the same or different positive active materials.
  • the positive electrode active material has a first element, and the first element includes at least one of lanthanum, yttrium, cerium or tungsten, based on the weight of the positive electrode active material, the first The element content is a%, a ⁇ 1.
  • the use of a positive active material with a high tap density can prevent Streaks and other problems.
  • the filling property at the time of positive electrode preparation can be further improved.
  • a substance having a different composition may adhere to the surface of the positive electrode active material.
  • surface attachment substances may include, but are not limited to: oxides such as alumina, silica, titania, zirconia, magnesia, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide; lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate , magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate and other sulfates; lithium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate and other carbonates; carbon, etc.
  • the shape of the positive electrode active material particles includes, but is not limited to, block shape, polyhedron shape, spherical shape, ellipsoidal shape, plate shape, needle shape and columnar shape.
  • the positive active material particles include primary particles, secondary particles, or a combination thereof. In some embodiments, primary particles may agglomerate to form secondary particles.
  • the surface of the positive electrode collector may include a conductive aid.
  • conductive aids may include, but are not limited to, carbon and noble metals such as gold, platinum, and silver.
  • the positive electrode can be produced by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector.
  • the manufacture of the positive electrode using the positive electrode active material can be carried out by a conventional method, that is, the positive electrode active material and the binder, as well as the conductive material and thickener as required, etc. are dry mixed, made into a sheet, and the obtained The sheet is pressed onto the positive current collector; or these materials are dissolved or dispersed in a liquid medium to make a slurry, and the slurry is coated on the positive current collector and dried to form a positive electrode current collector.
  • a positive electrode active material layer whereby a positive electrode can be obtained.
  • the inventors have found that when the first element in the positive active material is used together with the propionate ester in the electrolyte and the compound with cyano group, unexpected effects can be produced on the structure of the positive active material and the stability of the electrode interface under high voltage. Lifting effect. A good voltage drop can also be obtained by adjusting the content of the first element in the positive electrode active material and the content of the propionate and the compound with cyano group in the electrolyte. The adjustment of the content of the first element in the positive electrode active material or the adjustment of the content of the propionate and the compound with cyano group in the electrolyte will cause changes in the structure of the positive electrode material, changes in other components and contents of the electrolyte, and changes in the surface of the positive electrode material particles. Elemental changes and the stability of the interface between the positive electrode and the electrolyte, etc., further affect the performance of the entire electrochemical device.
  • the content of the propionate is x%
  • the content of the compound with cyano group is y%
  • x and y satisfy: 1 ⁇ x/y ⁇ 20.
  • x/y is 1, 3, 5, 8, 10, 13, 15, 18, 20 or within a range consisting of any two values above.
  • x ranges from 5 to 70. In some embodiments, x ranges from 10 to 60. In some embodiments, x ranges from 20 to 50. In some embodiments, x is 5, 7, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70 or a combination of any two of the above values within range.
  • y ranges from 0.1 to 15. In some embodiments, y ranges from 0.5 to 10. In some embodiments, the range of y is 1-8. In some embodiments, y ranges from 3 to 5. In some embodiments, y is 0.1, 0.5, 1, 3, 5, 8, 10, 13, 15 or within a range consisting of any two of the above values.
  • M and x satisfy: 2 ⁇ M/x ⁇ 15. In some embodiments, M and x satisfy: 3 ⁇ M/x ⁇ 10. In some embodiments, M and x satisfy: 5 ⁇ M/x ⁇ 8. In some embodiments, M/x is 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 8, 10, 15, 18 or within a range consisting of any two values above.
  • the average particle size of the positive electrode active material and the weight of the compound with cyano groups in the electrolyte satisfy the above relationship, it will help to improve the structural stability of the positive electrode surface during charge and discharge cycles, and further improve the performance of the electrochemical device under high temperature and high pressure. voltage drop and safety.
  • the propionate comprises at least one of ethyl propionate or propyl propionate.
  • the solvent used in the electrolyte of the present application comprises: ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, ethyl propionate, propyl propionate, ⁇ -butyrolactone and combinations thereof .
  • the electrolyte is not particularly limited, and any known substance as an electrolyte can be used arbitrarily.
  • lithium salts are generally used.
  • electrolytes may include, but are not limited to, inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlF 4 , LiSbF 6 , LiWF 7 ; lithium tungstates such as LiWOF 5 ; HCO 2 Li, CH 3 CO 2 Li, CH 2 FCO 2 Li, CHF 2 CO 2 Li, CF 3 CO 2 Li, CF 3 CH 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 CO 2 Li, CF 3 CF 2 CF 2 Lithium carboxylate salts such as CF 2 CO 2 Li; FSO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, CH 2 FSO 3 Li, CHF 2 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, CF 3 CF 2 SO 3 Li, CF 3
  • Lithium difluorooxalate borate, lithium bis(oxalate)borate or lithium difluorobis(oxalato)phosphate which help to improve the output power characteristics, high-rate charge and discharge characteristics, and high-temperature storage characteristics of electrochemical devices and cycle characteristics, etc.
  • the content of the electrolyte is not particularly limited as long as the effect of the present application is not impaired.
  • the total molar concentration of lithium in the electrolyte is greater than 0.3 mol/L, greater than 0.4 mol/L or greater than 0.5 mol/L.
  • the total molar concentration of lithium in the electrolyte is less than 3 mol/L, less than 2.5 mol/L or less than 2.0 mol/L.
  • the total molar concentration of lithium in the electrolyte is within the range formed by any two values above. When the electrolyte concentration is within the above range, the lithium as charged particles will not be too small, and the viscosity can be kept in an appropriate range, so it is easy to ensure good electrical conductivity.
  • the electrolyte includes at least one salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate, and fluorosulfonate.
  • the electrolyte includes a salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, oxalate, and fluorosulfonate.
  • the electrolyte includes a lithium salt.
  • the salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate, and fluorosulfonate is present at greater than 0.01% or greater than 0.1% by weight of the electrolyte.
  • the salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate, and fluorosulfonate comprises less than 20% or less than 10% by weight of the electrolyte. In some embodiments, the content of the salt selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate and fluorosulfonate is within the range formed by any two of the above values.
  • the electrolyte includes one or more substances selected from the group consisting of monofluorophosphate, borate, oxalate, and fluorosulfonate and one or more salts other than these.
  • Other salts include the lithium salts exemplified above, and in some examples, LiPF 6 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN( C 2 F 5 SO 2 ) 2 , cyclic lithium 1,2-perfluoroethanebissulfonimide, cyclic lithium 1,3-perfluoropropanebissulfonimide, 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 .
  • the additional salt is LiPF 6
  • the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly store and release lithium ions.
  • Examples of negative electrode active materials may include, but are not limited to, carbon materials such as natural graphite and artificial graphite; metals such as silicon (Si) and tin (Sn); or oxides of metal elements such as Si and Sn.
  • the negative electrode active materials can be used alone or in combination.
  • a separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrolytic solution of the present application is usually used by permeating the separator.
  • Examples of materials of inorganic substances may include, but are not limited to, oxides such as aluminum oxide and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, sulfates (eg, barium sulfate, calcium sulfate, etc.).
  • Inorganic forms may include, but are not limited to, granular or fibrous.
  • the porosity of the separator is arbitrary.
  • the isolation membrane has a porosity greater than 10%, greater than 15%, or greater than 20%.
  • the separator has a porosity of less than 60%, less than 50%, or less than 45%.
  • the porosity of the isolation membrane is within the range formed by any two values above. When the porosity of the separator is within the above range, insulation and mechanical strength can be ensured, and membrane resistance can be suppressed, so that the electrochemical device has good safety characteristics.
  • the electrode group may have either a laminated structure in which the positive electrode and the negative electrode are laminated with the separator interposed therebetween, or a structure in which the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape with the separator interposed therebetween.
  • the ratio of the weight of the electrode group to the internal volume of the battery is greater than 40% or greater than 50%.
  • the electrode set occupancy is less than 90% or less than 80%.
  • the occupancy of the electrode group is within the range formed by any two values above. When the electrode group occupancy ratio is within the above range, the capacity of the electrochemical device can be ensured, and at the same time, the decrease in characteristics such as repeated charge-discharge performance and high-temperature storage due to an increase in internal pressure can be suppressed.
  • the present application further provides an electronic device, which includes the electrochemical device according to the present application.
  • Tables 2 and 3 show the impact of the type and content of doping elements in the positive electrode active material on the voltage drop and safety of lithium-ion batteries at high temperatures and high pressures, wherein Table 2 lists the examples and comparative examples used with or without Lithium cobaltate containing doping elements is used as the positive electrode active material, and nickel cobalt manganese oxide lithium containing or not containing doping elements is used as the positive electrode active material in each embodiment and comparative example listed in Table 3, and Table 2 and 3 list The electrolyte solution used in each example and comparative example is the same as Example 1-1.
  • the electrolytic solution contains propionate (PP) and a compound (ADN) having a cyano group
  • the positive electrode active material does not contain the first element (at least one of lanthanum, yttrium, cerium or tungsten), and the lithium-ion battery has high voltage drop, high short-circuit deformation rate and high thickness expansion rate, and its safety is poor and cannot meet Usage requirements.
  • Table 6 shows the impact of the weight fraction M% of the positive active material in the positive active material layer and the content x% of the propionate in the electrolyte on the voltage drop and safety of the lithium ion battery at high temperature and high pressure, wherein each implementation In Examples and Comparative Examples, nickel-cobalt lithium manganese oxide containing 0.1% tungsten was used as the positive electrode active material, and the electrolyte contained different contents of PP and 3% ADN.

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Abstract

本申请涉及一种电化学装置和电子装置。具体而言，本申请提供一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，其中：所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括镧、钇、铈或钨中的至少一种，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为a％，a≤1；并且所述电解液包括丙酸酯和具有氰基的化合物。本申请的电化学装置在高温高压下具有改善的电压降和安全性。

Description

电化学装置和电子装置 技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种电化学装置和电子装置，特别是锂离子电池。
背景技术
近年来，随着智能手机、平板电脑和智能穿戴等电子产品的快速发展，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)的需求显著增加。考虑到电子产品的使用时长和工作环境的不同，消费者对锂离子电池的能量密度和使用安全性的要求越来越高。
通常可采用高电压钴酸锂(4.4V及以上)作为正极活性物质和具有高容量高压实密度的石墨负极材料来提升锂离子电池的能量密度。然而，随着温度和电压的升高，钴酸锂的稳定性变差，且常用的电解液易发生分解，由此会恶化锂离子电池的性能。
有鉴于此，确有必要提供一种在高温高压下具有改进性能的电化学装置和电子装置。
发明内容
本申请实施例通过提供一种在高温高压下具有改善的电压降和安全性的电化学装置和电子装置以在某种程度上解决存在于现有技术的问题。
在本申请的一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，其中：所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括镧、钇、铈或钨中的至少一种，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为a％，a≤1；并且所述电解液包括丙酸酯和具有氰基的化合物。
根据本申请的实施例，所述正极活性物质还具有第二元素，所述第二元素包括铝、镁、钛或锆中的至少一种。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的重量，所述丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和为b％，且a和b满足：0.1≤a×b≤20。
根据本申请的实施例，0.2≤a×b≤15。
根据本申请的实施例，0.01≤a≤1。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的重量，所述丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和为b％，b的取值范围为5至65。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％，所述具有氰基的化合物的含量为y％，x和y满足：1≤x/y≤20。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％，x的取值范围为5至50。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的重量，所述具有氰基的化合物的含量为y％，y的取值范围为0.1至15。
根据本申请的实施例，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的重量分数为M％，M的取值范围为95至99；基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％；并且M和x满足：1.5≤M/x≤18。
根据本申请的实施例，所述正极活性物质的平均粒径为Dμm，D的取值范围为5至30；基于所述电解液的重量，所述具有氰基的化合物的含量为y％；并且D和y满足：1≤D/y≤20。
根据本申请的实施例，所述丙酸酯包含丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述具有氰基的化合物包含丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、乙二醇双(丙腈)醚、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷、乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述电解液还包括二氟磷酸锂或式I化合物中的至少一种，
Figure PCTCN2021142396-appb-000001
其中M +表示季铵阳离子或咪唑阳离子，R表示C1-5烷基。
根据本申请的实施例，所述电解液还包括氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述正极活性物质包括含有镧、钇或铈中的至少一种的钴酸锂或含有钨的三元正极活性物质中的至少一种。
在本申请的另一方面，本申请提供一种电子装置，其包括根据本申请的电化学装置。
本申请使用的正极活性物质层在热失控下具有改善的界面稳定性，而且能够充分抑制电化学装置在高压高温下的电压降，同时搭配使用包括丙酸酯和具有氰基的化合物的电解液，可显著改善电化学装置的高温安全性。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
除非另外明确指明，本文使用的下述术语具有下文指出的含义。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。术语“中的至少一种”具有与术语“中的至少一者”相同的含义。
如本文中所使用，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。
在高温高压下，正极活性物质的结构稳定性关乎电化学装置的安全性和寿命。然而，在高温高压条件下，高电压钴酸锂的结构稳定性变差，金属离子易从正极中溶出，并在负极表面还原沉积，从而破坏负极固体电解质界面(SEI)膜的结构，导致负极阻抗和锂离子电池的厚度不断增大。同时，电解液易在正极表面发生氧化分解产生大量的气体，从而导致锂离子电池鼓胀和电极界面破坏。并且，在高温高电压下，钴酸锂的氧化活性较高，其与电解液之间的副反应加剧，导致电解液的分解产物在正极表面不断沉积，锂离子电池的内阻增大。这些因素均会对锂离子电池的电压降和安全性产生不利影响。
业界通常在正极活性物质(如钴酸锂)中使用稀土元素掺杂，其目的是为了提高电子电导。然而，尚未发现使用稀土掺杂来改善电化学装置安全性的报道。此外，通常认为，在电解液使用丙酸酯是为了调节粘度，提升低温性能；而添加具有氰基的化合物大多是为了抑制正极过渡金属离子溶出。基于已有的认知，无法预料到同时使用稀土元素掺杂的正极活性物质以及包括丙酸酯和具有氰基的化合物的电解液会对电化学装置的电压降和安全性能有何影响。
本申请通过使用包括镧、钇、铈或钨中的至少一种的正极活性物质和包括丙酸酯和具有氰基的化合物的电解液解决了电化学装置的电压降和安全性能的相关问题。发明人意外发现，通过在正极活性物质中掺杂镧、钇、铈或钨等稀土元素可以抑制正极活性物质(例如，钴酸锂)的晶相转变，但会增加电化学装置的内部电压降。使用包括丙酸酯和具有氰基的化合物的电解液可有效地抑制正极活性物质在高温高压下的相变或分层剥离，钝化正极表面，并且稳定正极活性物质的体相结构。此外，正极活性物质中掺杂元素(镧、钇、铈和/或钨)的含量越高，在高温高压下，正极活性物质的晶体结构的稳定性越高。然而，这些掺杂元素含量过高(例如，超过1％)时会对电化学装置的电压降产生严重影响。因此， 需控制正极活性物质中这些掺杂元素的含量。本申请的正极活性物质与电解液的特定组合不仅能够有效地降低高温高压下电化学装置的电压降，还可以显著提升电化学装置的安全性(例如，短路安全性和热滥用安全性等)。
I、正极
正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层可以是一层或多层。正极活性物质层包括正极活性物质，多层正极活性物质中的每层可以包含相同或不同的正极活性物质。
本申请的电化学装置一个主要特征在于正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括镧、钇、铈或钨中的至少一种，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为a％，a≤1。
在一些实施例中，0.01≤a≤1。在一些实施例中，0.05≤a≤0.5。在一些实施例中，0.1≤a≤0.3。在一些实施例中，a为0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，正极活性物质还具有第二元素，所述第二元素包括铝、镁、钛或锆中的至少一种。当正极活性物质同时包含第一元素(镧、钇、铈或钨中的至少一种)和第二元素(铝、镁、钛、锆中的至少一种)时，晶体结构在高温高压下的稳定性增强，并且可在丙酸酯和具有氰基的化合物的共同作用下提高界面稳定性，抑制电解液的氧化分解，从而进一步改善电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，正极活性物质层中所述正极活性物质的重量分数为M％，M的取值范围为95至99。在一些实施例中，M为95、96、97、98、99或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质层中正极活性物质的重量分数在上述范围内时可显著提高电化学装置的能量密度。
在一些实施例中，所述正极活性物质的平均粒径为Dμm，D的取值范围为5至30。在一些实施例中，D的取值范围为10至25。在一些实施例中，D的取值范围为12至20。在一些实施例中，D为5、7、9、10、12、15、18、20、25、30或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质的平均粒径在上述范围内时，可得到高振实密度的正极活性物质，其有助于改善电化学装置的性能。此外，在电化学装置的正极的制备过程中(即，将正极活性物质、导电材料和粘合剂等用溶剂浆料化而以薄膜状涂布时)，使用高振实密度的正极活性物质 可以防止条纹产生等问题。通过将具有不同平均粒径的两种以上的正极活性物质进行混合，可以进一步提高正极制备时的填充性。
正极活性物质的平均粒径可利用激光衍射/散射式粒度分布测定装置测定：在使用HORIBA社制造的LA-920作为粒度分布计的情况下，使用0.1％六偏磷酸钠水溶液作为测定时使用的分散介质，在5分钟的超声波分散后将测定折射率设定为1.24而进行测定。正极活性物质的平均粒径也可以由激光衍射式粒度分析测量仪(岛津SALD-2300)及扫面电镜(ZEISS EVO18，取样数不少于100个)测得。
在一些实施例中，正极活性物质包括含有镧、钇或铈中的至少一种的钴酸锂或含有钨的三元正极活性物质中的至少一种。在一些实施例中，正极活性物质包括含有钨的镍钴锰酸锂。
在上述正极活性物质的表面可附着有与其组成不同的物质。表面附着物质的实例可包括，但不限于：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物；硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐；碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐；碳等。通过在正极活性物质表面附着物质，可以抑制正极活性物质表面的电解液的氧化反应，可以提高电化学装置的寿命。当表面附着物质的量过少时，其效果无法充分表现；当表面附着物质的量过多时，会阻碍锂离子的出入，因而电阻有时会增加。本申请中，将在正极活性物质的表面附着有与其组成不同的物质的正极活性物质也称为“正极活性物质”。
在一些实施例中，正极活性物质颗粒的形状包括，但不限于，块状、多面体状、球状、椭圆球状、板状、针状和柱状等。在一些实施例中，正极活性物质颗粒包括一次颗粒、二次颗粒或其组合。在一些实施例中，一次颗粒可以凝集而形成二次颗粒。
正极导电材料的种类没有限制，可以使用任何已知的导电材料。正极导电材料的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等石墨；乙炔黑等炭黑；针状焦等无定形碳等碳材料；碳纳米管；石墨烯等。上述正极导电材料可单独使用或任意组合使用。
正极活性物质层的制造中使用的正极粘合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 极粘合剂的实例可包括，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。上述正极粘合剂可单独使用或任意组合使用。
用于形成正极浆料的溶剂的种类没有限制，只要是能够溶解或分散正极活性物质、导电材料、正极粘合剂和根据需要使用的增稠剂的溶剂即可。用于形成正极浆料的溶剂的实例可包括水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系介质的实例可包括，但不限于，水和醇与水的混合介质等。有机系介质的实例可包括，但不限于，己烷等脂肪族烃类；苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烃类；喹啉、吡啶等杂环化合物；丙酮、甲基乙基酮、环己酮等酮类；乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯类；二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺等胺类；二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃(THF)等醚类；N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类；六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等非质子性极性溶剂等。
增稠剂通常是为了调节浆料的粘度而使用的。在使用水系介质的情况下，可使用增稠剂和丁苯橡胶(SBR)乳液进行浆料化。增稠剂的种类没有特别限制，其实例可包括，但不限于，羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、氧化淀粉、磷酸化淀粉、酪蛋白和它们的盐等。上述增稠剂可单独使用或任意组合使用。
正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质。正极集流体的实例可包括，但不限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。在一些实施例中，正极集流体为金属材料。在一些实施例中，正极集流体为铝。
为了降低正极集流体和正极活性物质层的电子接触电阻，正极集流体的表面 可包括导电助剂。导电助剂的实例可包括，但不限于，碳和金、铂、银等贵金属类。
正极可以通过在集流体上形成含有正极活性物质和粘结剂的正极活性物质层来制作。使用正极活性物质的正极的制造可以通过常规方法来进行，即，将正极活性物质和粘结剂、以及根据需要的导电材料和增稠剂等进行干式混合，制成片状，将所得到的片状物压接至正极集流体上；或者将这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料，将该浆料涂布到正极集流体上并进行干燥，从而在集流体上形成正极活性物质层，由此可以得到正极。
当正极活性物质为一次颗粒时，正极活性物质的平均粒径指的是正极活性物质颗粒一次粒径。当正极活性物质颗粒的一次颗粒凝集而形成二次颗粒时，正极活性物质颗粒的平均粒径指的是正极活性物质颗粒二次粒径。
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。本申请的电化学装置另一个主要特征在于电解液包括丙酸酯和具有氰基的化合物。
发明人发现，当正极活性物质中第一元素与电解液中丙酸酯和所述具有氰基的化合物共同使用时，可对正极活性物质高电压下结构和电极界面的稳定性产生意想不到的提升作用。还可通过调控正极活性物质中第一元素的含量以及电解液中丙酸酯和具有氰基的化合物的含量来进一步获得良好的电压降。正极活性物质中第一元素的含量调整或电解液中丙酸酯和具有氰基的化合物的含量的调整会引起正极材料结构的变化、电解液其他组分及含量的变化、正极材料颗粒表面的元素变化以及正极和电解液之间界面的稳定性等，进而影响整个电化学装置的性能。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和为b％，且a和b满足：0.1≤a×b≤20。在一些实施例中，a和b满足：0.2≤a×b≤15。在一些实施例中，a和b满足：0.5≤a×b≤10。在一些实施例中，a和b满足：1≤a×b≤5。在一些实施例中，a×b为0.1、0.2、0.5、1、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、8、10、15、20或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质中第一元素的含量与电解液中丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和满足上述关系时，可以减少正极活性物质的晶体结构的表面缺陷，有 效抑制电化学装置的充放电循环中正极表面钝化层的不断破坏，减少修复次数，充分改善正极活性物质层的界面稳定性，从而进一步改善电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，b的取值范围为5至65。在一些实施例中，b的取值范围为10至60。在一些实施例中，b的取值范围为20至50。在一些实施例中，b的取值范围为30至40。在一些实施例中，b为5、7、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
电解液中作为溶剂的丙酸酯与作为添加剂的具有氰基的化合物不仅能够各自发挥自己的功能，而且发明人发现丙酸酯有助于提升具有氰基化合物在正极的钝化作用，使得所形成的保护膜具有较小的阻抗，这一改善作用在含有第一元素的正极活性物质中更为明显。
基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％，所述具有氰基的化合物的含量为y％，x和y满足：1≤x/y≤20。在一些实施例中，5≤x/y≤15。在一些实施例中，10≤x/y≤12。在一些实施例中，x/y为1、3、5、8、10、13、15、18、20或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中丙酸酯的含量和具有氰基的化合物的含量满足上述关系时，有助于提升正极表面在充放电循环中的结构稳定性，进一步提高了电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，x的取值范围为5至70。在一些实施例中，x的取值范围为10至60。在一些实施例中，x的取值范围为20至50。在一些实施例中，x为5、7、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70或在由上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，y的取值范围为0.1至15。在一些实施例中，y的取值范围为0.5至10。在一些实施例中，y的取值范围为1至8。在一些实施例中，y的取值范围为3至5。在一些实施例中，y为0.1、0.5、1、3、5、8、10、13、15或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当提高正极活性物质中正极活性物质的重量分数时，需要相应调低导电剂或粘结剂的含量，但是会带来界面稳定性变差、电解液浸润性下降等问题。发明人发现通过调整正极活性物质的重量分数M％与电解液中丙酸酯的含量x％使得1.5≤M/x≤18，意外获得了更佳性能。
在一些实施例中，M和x满足：2≤M/x≤15。在一些实施例中，M和x满足：3≤M/x≤10。在一些实施例中，M和x满足：5≤M/x≤8。在一些实施例中，M/x 为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、8、10、15、18或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质层中所述正极活性物质的重量分数与电解液中丙酸酯的含量满足上述关系时，有助于提升正极表面在充放电循环中的结构稳定性，进一步提高了电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
合适的正极活性物质粒径有助于改善高电压下循环过程中颗粒的破裂或结构坍塌，搭配使用具有特定化学骨架结构和/或含量的正极成膜添加剂可进一步控制成膜的厚度和致密度。
在一些实施例中，正极活性物质的平均粒径Dμm与电解液中具有氰基的化合物的重量y％满足：1≤D/y≤20。在一些实施例中，D和y满足：1.5≤D/y≤15。在一些实施例中，D和y满足：2≤D/y≤10。在一些实施例中，D和y满足如下关系：3≤D/y≤5。在一些实施例中，D/y为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、8、10、15、20或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极活性物质的平均粒径与电解液中具有氰基的化合物的重量满足上述关系时，有助于提升正极表面在充放电循环中的结构稳定性，进一步提高了电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，所述丙酸酯包含丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。
在一些实施例中，所述具有氰基的化合物包含丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、乙二醇双(丙腈)醚、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷、乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。上述具有氰基的化合物可单独使用或任意组合使用。若电解液含两种或多种具有氰基的化合物 时，具有氰基的化合物的含量是指两种或多种具有氰基的化合物的总含量。
在一些实施例中，所述电解液还包括二氟磷酸锂或式I化合物中的至少一种，
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其中M +表示季铵阳离子或咪唑阳离子，R表示C1-5烷基。
在一些实施例中，所述式I化合物包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐、1,3-二甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、1,3-二甲基咪唑鎓乙基硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐、N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓甲基硫酸盐或N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓乙基硫酸盐中的至少一种。
当电解液包括二氟磷酸锂和/或式I化合物时，可进一步抑制电化学装置循环过程中正极表面保护膜的分解和再造带来的表面缺陷，从而进一步改善电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，所述电解液还包括氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。这些化合物有助于稳定正极和电解液的界面，从而进一步改善电化学装置在高温高压下的电压降和安全性。
在一些实施例中，所述电解液进一步包含现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的非水溶剂。
在一些实施例中，所述非水溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯、环状醚、链状醚、含磷有机溶剂、含硫有机溶剂和芳香族含氟溶剂。
在一些实施例中，所述环状碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸亚丁酯。在一些实施例中，所述环状碳酸酯具有3-6个碳原子。
在一些实施例中，所述链状碳酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基正丙基酯、碳酸乙基正丙基酯、碳酸二正丙酯等链状碳酸酯等。被氟取代的链状碳酸酯的实 例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：双(氟甲基)碳酸酯、双(二氟甲基)碳酸酯、双(三氟甲基)碳酸酯、双(2-氟乙基)碳酸酯、双(2,2-二氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟乙基甲基碳酸酯、2,2-二氟乙基甲基碳酸酯和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯等。
在一些实施例中，所述环状羧酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：γ-丁内酯和γ-戊内酯中的一种或多种。在一些实施例中，环状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。
在一些实施例中，所述链状羧酸酯的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、特戊酸甲酯和特戊酸乙酯等。在一些实施例中，链状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。在一些实施例中，氟取代的链状羧酸酯的实例可包括，但不限于，三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、三氟乙酸丁酯和三氟乙酸2,2,2-三氟乙酯等。
在一些实施例中，所述环状醚的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2-甲基1,3-二氧戊环、4-甲基1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环和二甲氧基丙烷。
在一些实施例中，所述链状醚的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷和1,2-乙氧基甲氧基乙烷等。
在一些实施例中，所述含磷有机溶剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯和磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯等。
在一些实施例中，所述含硫有机溶剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二甲基砜、二乙基砜、乙基甲基砜、甲基丙基砜、二甲基亚砜、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、乙磺酸甲酯、乙磺酸乙酯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯和硫酸二丁酯。在一些实施例中，含硫有机 溶剂的部分氢原子可被氟取代。
在一些实施例中，所述芳香族含氟溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯、六氟苯和三氟甲基苯。
在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物质组成的群组的有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯及其组合。
在一些实施例中，电解质没有特别限制，可以任意地使用作为电解质公知的物质。在锂二次电池的情况下，通常使用锂盐。电解质的实例可包括，但不限于，LiPF 6、LiBF 4、LiClO 4、LiAlF 4、LiSbF 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、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3mol/L、小于2.5mol/L或小于2.0mol/L以下。在一些实施例中，电解液中的锂的总摩尔浓度在上述任意两个数值所组成的范围内。当电解质浓度在上述范围内时，作为带电粒子的锂不会过少，并且可以使粘度处于适当的范围，因而容易确保良好的电导率。
当使用两种以上的电解质的情况下，电解质包括至少一种为选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐。在一些实施例中，电解质包括选自由单氟磷酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐。在一些实施例中，电解质包括锂盐。在一些实施例中，基于电解质的重量，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量为大于0.01％或大于0.1％。在一些实施例中，基于电解质的重量，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量为小于20％或小于10％。在一些实施例中，选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的盐的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。
在一些实施例中，电解质包含选自由单氟磷酸盐、硼酸盐、草酸盐和氟磺酸盐组成的组中的一种以上物质和除此以外的一种以上的盐。作为除此以外的盐，可以举出在上文中例示的锂盐，在一些实施例中为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，基于电解质的重量，除此以外的盐的含量为大于0.01％或大于0.1％。在一些实施例中，基于电解质的重量，除此以外的盐的含量为小于20％、小于15％或小于10％。在一些实施例中，除此以外的盐的含量在上述任意两个数值所组成的范围内。具有上述含量的除此以外的盐有助于平衡电解液的电导率和粘度。
III、负极
负极包括负极集流体和设置在所述负极集流体的一个或两个表面上的正极活性物质层，负极活性物质层包含负极活性物质。负极活性物质层可以是一层或多层，多层负极活性物质中的每层可以包含相同或不同的负极活性物质。负极活性物质为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子等金属离子的物质。在一些实施例中，负极活性物质的可充电容量大于正极活性物质的放电容量，以防止在充电期间锂金属无意地析出在负极上。
作为保持负极活性物质的集流体，可以任意使用公知的集流体。负极集流体的实例包括，但不限于，铝、铜、镍、不锈钢、镀镍钢等金属材料。在一些实施例中，负极集流体为铜。
在负极集流体为金属材料的情况下，负极集流体形式可包括，但不限于，金属箔、金属圆柱、金属带卷、金属板、金属薄膜、金属板网、冲压金属、发泡金属等。在一些实施例中，负极集流体为金属薄膜。在一些实施例中，负极集流体为铜箔。在一些实施例中，负极集流体为基于压延法的压延铜箔或基于电解法的电解铜箔。
在一些实施例中，负极集流体的厚度为大于1μm或大于5μm。在一些实施例中，负极集流体的厚度为小于100μm或小于50μm。在一些实施例中，负极集流体的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。
负极活性物质没有特别限制，只要能够可逆地吸藏、放出锂离子即可。负极活性物质的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等碳材料；硅(Si)、锡(Sn)等金属；或Si、Sn等金属元素的氧化物等。负极活性物质可以单独使用或组合使用。
负极活性物质层还可包括负极粘合剂。负极粘合剂可提高负极活性物质颗粒彼此间的结合和负极活性物质与集流体的结合。负极粘合剂的种类没有特别限制，只要是对于电解液或电极制造时使用的溶剂稳定的材料即可。在一些实施例中，负极粘合剂包括树脂粘合剂。树脂粘合剂的实例包括，但不限于，氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃树脂等。当使用水系溶剂制备负极合剂浆料时，负极粘合剂包括，但不限于，羧甲基纤维素(CMC)或其盐、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇等。
负极可以通过以下方法制备：在负极集流体上涂布包含负极活性物质、树脂粘合剂等的负极合剂浆料，干燥后，进行压延而在负极集流体的两面形成负极活 性物质层，由此可以得到负极。
IV、隔离膜
为了防止短路，在正极与负极之间通常设置有隔离膜。这种情况下，本申请的电解液通常渗入该隔离膜而使用。
对隔离膜的材料及形状没有特别限制，只要不显著损害本申请的效果即可。所述隔离膜可为由对本申请的电解液稳定的材料所形成的树脂、玻璃纤维、无机物等。在一些实施例中，所述隔离膜包括保液性优异的多孔性片或无纺布状形态的物质等。树脂或玻璃纤维隔离膜的材料的实例可包括，但不限于，聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜等。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚丙烯。上述隔离膜的材料可以单独使用或任意组合使用。
所述隔离膜还可为上述材料层积而成的材料，其实例包括，但不限于，按照聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯的顺序层积而成的三层隔离膜等。
无机物的材料的实例可包括，但不限于，氧化铝、二氧化硅等氧化物、氮化铝、氮化硅等氮化物、硫酸盐(例如，硫酸钡、硫酸钙等)。无机物的形式可包括，但不限于，颗粒状或纤维状。
所述隔离膜的形态可为薄膜形态，其实例包括，但不限于，无纺布、织布、微多孔性膜等。在薄膜形态中，所述隔离膜的孔径为0.01μm至1μm，厚度为5μm至50μm。除了上述独立的薄膜状隔离膜以外，还可以使用下述隔离膜：通过使用树脂类的粘合剂在正极和/或负极的表面形成含有上述无机物颗粒的复合多孔层而形成的隔离膜，例如，将氟树脂作为粘合剂使90％粒径小于1μm的氧化铝颗粒在正极的两面形成多孔层而形成的隔离膜。
所述隔离膜的厚度是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为大于1μm、大于5μm或大于8μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为小于50μm、小于40μm或小于30μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度在上述任意两个数值所组成的范围内。当所述隔离膜的厚度在上述范围内时，则可以确保绝缘性和机械强度，并可以确保电化学装置的倍率特性和能量密度。
在使用多孔性片或无纺布等多孔质材料作为隔离膜时，隔离膜的孔隙率是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率为大于10％、大于15％或大于20％。在一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率为小于60％、小于50％或小于45％。在 一些实施例中，所述隔离膜的孔隙率在上述任意两个数值所组成的范围内。当所述隔离膜的孔隙率在上述范围内时，可以确保绝缘性和机械强度，并可以抑制膜电阻，使电化学装置具有良好的安全特性。
所述隔离膜的平均孔径也是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径为小于0.5μm或小于0.2μm。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径为大于0.05μm。在一些实施例中，所述隔离膜的平均孔径在上述任意两个数值所组成的范围内。若所述隔离膜的平均孔径超过上述范围，则容易发生短路。当隔离膜的平均孔径在上述范围内时，使电化学装置具有良好的安全特性。
V、电化学装置组件
电化学装置组件包括电极组、集电结构、外装壳体和保护元件。
电极组可以是由上述正极和负极隔着上述隔离膜层积而成的层积结构、以及上述正极和负极隔着上述隔离膜以漩涡状卷绕而成的结构中的任一种。在一些实施例中，电极组的重量在电池内容积中所占的比例(电极组占有率)为大于40％或大于50％。在一些实施例中，电极组占有率为小于90％或小于80％。在一些实施例中，电极组占有率在上述任意两个数值所组成的范围内。当电极组占有率在上述范围内时，可以确保电化学装置的容量，同时可以抑制与内部压力上升相伴的反复充放电性能及高温保存等特性的降低。
集电结构没有特别限制。在一些实施例中，集电结构为降低配线部分及接合部分的电阻的结构。当电极组为上述层积结构时，适合使用将各电极层的金属芯部分捆成束而焊接至端子上所形成的结构。一片的电极面积增大时，内部电阻增大，因而在电极内设置2个以上的端子而降低电阻也是适合使用的。当电极组为上述卷绕结构时，通过在正极和负极分别设置2个以上的引线结构，并在端子上捆成束，从而可以降低内部电阻。
外装壳体的材质没有特别限制，只要是对于所使用的电解液稳定的物质即可。外装壳体可使用，但不限于，镀镍钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金等金属类、或者树脂与铝箔的层积膜。在一些实施例中，外装壳体为铝或铝合金的金属或层积膜。
金属类的外装壳体包括，但不限于，通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接将金属彼此熔敷而形成的封装密闭结构；或者隔着树脂制垫片使用上述金属类形成的铆接结构。使用上述层积膜的外装壳体包括，但不限于，通过将树脂层彼此 热粘而形成的封装密闭结构等。为了提高密封性，还可以在上述树脂层之间夹入与层积膜中所用的树脂不同的树脂。在通过集电端子将树脂层热粘而形成密闭结构时，由于金属与树脂的接合，可使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团的改性树脂作为夹入的树脂。另外，外装体的形状也是任意的，例如可以为圆筒形、方形、层积型、纽扣型、大型等中的任一种。
保护元件可以使用在异常放热或过大电流流过时电阻增大的正温度系数(PTC)、温度熔断器、热敏电阻、在异常放热时通过使电池内部压力或内部温度急剧上升而切断在电路中流过的电流的阀(电流切断阀)等。上述保护元件可选择在高电流的常规使用中不工作的条件的元件，亦可设计成即使不存在保护元件也不至于发生异常放热或热失控的形式。
本申请的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括锂金属二次电池或锂离子二次电池。
本申请另提供了一种电子装置，其包括根据本申请所述的电化学装置。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本申请的电化学装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
实施例
一、锂离子电池的制备
1、负极的制备
将人造石墨、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照96％:2％:2％的重量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到负极浆料。将该负极浆料涂布在9μm的铜箔上，干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到负极。
2、正极的制备
通过以下方法制备具有第一元素的正极活性物质：
(1)采用钴酸锂作为正极活性物质：称取一定量Co 3O 4以及LiOH粉末在玛瑙研钵中进行充分混合研磨后，然后在900℃下煅烧10小时。将煅烧后的混合物中加入特定计量的具有第一元素的硫酸盐或硝酸盐，并以乙醇作为溶剂，球磨10小时后，在800℃下煅烧10小时，得到具有第一元素的正极活性物质。
(2)采用镍钴锰酸锂作为正极活性物质：将无水乙醇与去离子水以体积比7:3混合，向其中加入0.05mol六水硝酸镍、0.02mol六水硝酸钴、0.03mol四水醋酸锰以及特定计量的具有第一元素的硫酸盐或硝酸盐，超声搅拌使其完全溶解。将上述混合液转移至中500mL高压反应釜中，向其中加入0.6mol碳酸氢铵，加热至120℃，保持8小时，冷却，离心分离，收集沉淀，无水乙醇洗涤3次，60℃下真空干燥8小时，制得镍钴锰氢氧化物前驱体。随后，将碳酸锂、具有第一元素的氧化钨和制得的钴锰氢氧化物前驱体充分混合研磨，在管式炉中900℃煅烧20小时，冷却后再研磨，得到具有第一元素的正极活性物质。
将具有第一元素的正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照97:1:2的重量比例与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12.5％。在基础电解液中加入不同含量添加剂得到不同实施例和对比例的电解液。
电解液中组分的缩写及其名称如下表所示：
Figure PCTCN2021142396-appb-000003
4、隔离膜的制备
以聚乙烯多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
将得到的正极、隔离膜和负极按次序卷绕，置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，封装，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。
二、测试方法
1、锂离子电池的电压降的测试方法
在25℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至4.7V，然后恒压充电至电流为0.05C，再以1C恒流放电至3.2V，静置5分钟，测试存储前电压。然后将锂离子电池在85℃下存储24小时后，测试存储后电压。锂离子电池的电压降按照下式进行计算：
电压降＝存储前电压-存储后电压。
2、锂离子电池的高温短路变形率的测试方法
在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，然后以0.5C倍率恒流充电至4.7V，再在4.7V下恒压充电至0.05C，静置60分钟，测量锂离子电池的厚度T 1。然后以100mΩ使锂离子电池短路10秒钟，然后测量锂离子电池的厚度T 2。通过下式计算锂离子电池的高温短路变形率：
短路变形率＝[(T 2-T 1)/T 1]×100％。
3、锂离子电池的热滥用厚度膨胀率的测试方法
在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，测量锂离子电池的厚度H1，然后以升温速度5℃/min开始升温，当温度升至130℃时，保持30分钟，测量锂离子电池的厚度H2。通过下式计算锂离子电池的热滥用厚度膨胀率：
厚度膨胀率＝[(H2-H1)/H1]×100％。
三、测试结果
表1展示了电解液对锂离子电池在高温高压下的电压降和安全性的影响，其中各实施例和对比例的正极活性物质为含有0.1％镧的钴酸锂。
表1
Figure PCTCN2021142396-appb-000004
Figure PCTCN2021142396-appb-000005
如对比例1-1至1-3所示，虽然锂离子电池使用了含有0.1％镧的钴酸锂作为正极活性物质，但电解液不包含丙酸酯(PP)和具有氰基的化合物(ADN)或者仅包含其中一者，锂离子电池具有高电压降、高短路变形率和高厚度膨胀率，其性能较差，不能满足使用需求。
如实施例1-1至1-21所示，当使用含有0.1％镧的钴酸锂作为正极活性物质同时使用包含丙酸酯(PP)和具有氰基的化合物(ADN、SN、EDN、HTCN和/ 或TCEP)的电解液时，锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率显著降低。
表2和3展示了正极活性物质中掺杂元素的种类和含量对锂离子电池在高温高压下的电压降和安全性的影响，其中表2所列各实施例和对比例中使用含有或不含有掺杂元素的钴酸锂作为正极活性物质，表3所列各实施例和对比例中使用含有或不含有掺杂元素的镍钴锰酸锂作为正极活性物质，且表2和3所列各实施例和对比例中使用的电解液与实施例1-1相同。
表2
Figure PCTCN2021142396-appb-000006
Figure PCTCN2021142396-appb-000007
表3
Figure PCTCN2021142396-appb-000008
Figure PCTCN2021142396-appb-000009
结果表明，采用含有或不含有掺杂元素的镍钴锰酸锂与采用含有或不含有掺杂元素的钴酸锂作为正极活性物质可实现基本相同的效果。
如表2中对比例2-1至2-5以及表3中对比例3-1至3-5所示，虽然电解液包含丙酸酯(PP)和具有氰基的化合物(ADN)，但正极活性物质中不含有第一元素(镧、钇、铈或钨中的至少一种)，锂离子电池具有高电压降、高短路变形率和高厚度膨胀率，其安全性较差，不能满足使用需求。
如表2中实施例1-1和2-1至2-6以及表3中实施例3-1至3-6所示，当使用包含丙酸酯(PP)和具有氰基的化合物(ADN)的电解液同时使用含有第一元素的正极活性物质时，锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率显著降低。
如表2中实施例2-7至2-25以及表3中实施例3-7至3-25所示，在电解液包括丙酸酯(PP)和具有氰基的化合物(ADN)的基础上，当正极活性物质同时包含第一元素和第二元素时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
表4展示了正极活性物质中第一元素的含量a％与电解液中丙酸酯和具有氰基的化合物的含量之和b％的关系对锂离子电池在高温高压下的电压降和安全性的影响，其中各实施例和对比例中采用含有掺杂元素的镍钴锰酸锂作为正极活性物质。
表4
Figure PCTCN2021142396-appb-000010
Figure PCTCN2021142396-appb-000011
结果表明，当正极活性物质中第一元素的含量a％与电解液中丙酸酯和具有氰基的化合物的含量之和b％满足0.1≤a×b≤20时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
表5展示了电解液组分的含量关系对锂离子电池在高温高压下的电压降和安全性的影响，其中各实施例和对比例中采用含有0.1％钨的镍钴锰酸锂作为正 极活性物质。
表5
Figure PCTCN2021142396-appb-000012
结果表明，当电解液中丙酸酯的含量x％与具有氰基的化合物的含量y％满足1≤x/y≤20时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
此外，当电解液中丙酸酯的含量在5％至50％范围内和/或具有氰基的化合物的含量在0.1％至15％范围内时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
表6展示了正极活性物质层中正极活性物质的重量分数M％及其与电解液中丙酸酯的含量x％对锂离子电池在高温高压下的电压降和安全性的影响，其中各实施例和对比例中采用含有0.1％钨的镍钴锰酸锂作为正极活性物质，且电解液包含不同含量的PP和3％ADN。当M为97时，正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照97:1:2的重量比例混合；当M为95时，正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照95:2:3的重量比例混合；当M为96时，正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照96:2:2的重量比例混合；当M为98时，正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照98:1:1的重量比例混合；当M为99时，正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照99:0.5:0.5的重量比例混合。
表6
Figure PCTCN2021142396-appb-000013
结果表明，当正极活性物质层中正极活性物质的重量分数M％与电解液中丙酸酯的含量x％满足1.5≤M/x≤18时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
表7展示了正极活性物质层中正极活性物质的粒径Dμm与电解液中具有氰基的化合物的含量y％对锂离子电池的高温高压下安全性能和电压降的影响，其中各实施例和对比例中采用含有0.1％钨的镍钴锰酸锂作为正极活性物质，且电解液包含30％PP和不同含量的具有氰基的化合物。
表7
Figure PCTCN2021142396-appb-000014
Figure PCTCN2021142396-appb-000015
结果表明，正极活性物质层中正极活性物质的粒径Dμm与电解液中具有氰基的化合物的含量y％满足1≤D/y≤20时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
表8展示了在电解液中进一步添加额外化合物对锂离子电池的高温高压下安全性能和电压降的影响，其中各实施例和对比例中采用含有0.1％钨的镍钴锰酸锂作为正极活性物质。除表8所列的电解液组分及其含量，各实施例和对比例中电解液的组成与实施例3-1相同。
表8
Figure PCTCN2021142396-appb-000016
结果表明，在电解液包含丙酸酯和具有氰基的化合物的基础上，向电解液中进一步添加二氟磷酸锂、式I化合物、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种时，可进一步降低锂离子电池的电压降、短路变形率和厚度膨胀率。
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 (17)

  1. 一种电化学装置，其包括：正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，其中：
    所述正极活性物质具有第一元素，所述第一元素包括镧、钇、铈或钨中的至少一种，基于所述正极活性物质的重量，所述第一元素的含量为a％，a≤1；并且
    所述电解液包括丙酸酯和具有氰基的化合物。
  2. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极活性物质还具有第二元素，所述第二元素包括铝、镁、钛或锆中的至少一种。
  3. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述电解液的重量，所述丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和为b％，且a和b满足：0.1≤a×b≤20。
  4. 根据权利要求3所述的电化学装置，其中0.2≤a×b≤15。
  5. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中0.01≤a≤1。
  6. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述电解液的重量，所述丙酸酯和所述具有氰基的化合物的含量之和为b％，b的取值范围为5至65。
  7. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％，所述具有氰基的化合物的含量为y％，x和y满足：1≤x/y≤20。
  8. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％，x的取值范围为5至50。
  9. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述电解液的重量，所述具有氰基的化合物的含量为y％，y的取值范围为0.1至15。
  10. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中：
    所述正极活性物质层中所述正极活性物质的重量分数为M％，M的取值范围为95至99；
    基于所述电解液的重量，所述丙酸酯的含量为x％；并且
    M和x满足：1.5≤M/x≤18。
  11. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中：
    所述正极活性物质的平均粒径为Dμm，D的取值范围为5至30；
    基于所述电解液的重量，所述具有氰基的化合物的含量为y％；并且
    D和y满足：1≤D/y≤20。
  12. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述丙酸酯包含丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。
  13. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述具有氰基的化合物包含丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、乙二醇双(丙腈)醚、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷、乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
  14. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液还包括二氟磷酸锂或式I化合物中的至少一种，
    Figure PCTCN2021142396-appb-100001
    其中M +表示季铵阳离子或咪唑阳离子，R表示C1-5烷基。
  15. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液还包括氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯或1-丙基磷酸环酐中的至少一种。
  16. 根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极活性物质包括含有镧、钇或铈中的至少一种的钴酸锂或含有钨的三元正极活性物质中的至少一种。
  17. 一种电子装置，其包括根据权利要求1-16中任一项所述的电化学装置。
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