WO2023123028A1

WO2023123028A1 - 电化学装置和电子装置

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Publication number: WO2023123028A1
Application number: PCT/CN2021/142398
Authority: WO
Inventors: 王可飞
Original assignee: 宁德新能源科技有限公司
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-07-06
Also published as: CN115053369A

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，所述正极活性物质含有钨元素，并且所述电解液包括氟代碳酸乙烯酯。本申请的电化学装置具有改善的低温倍率性能和高温高压安全性。

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

随着技术的发展和对移动装置需求的增加，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)在不同使用条件下的需求显著增加，由此对锂离子电池的性能提出了更高的要求，这体现在：较高的容量、合适的循环寿命、良好的高温性能、良好的低温性能、良好的高倍率放电性能、抗过充性能和安全性等。

由于锂离子电池使用的正极和负极活性材料的电势差普遍在2V以上，因此只能选用电化学窗口更宽的有机溶剂电解液体系。然而，这些锂离子电池不适合在极端工况(例如，低温)条件下使用，其具有潜在的安全隐患。

有鉴于此，确有必要提供一种具有改进的低温性能和安全性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具有改善的低温性能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，所述正极活性物质含有钨元素，并且所述电解液包括氟代碳酸乙烯酯。

根据本申请的实施例，基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为a％；x和a满足：1≤a/x≤70。

根据本申请的实施例，基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％，且0.05≤x≤1。

根据本申请的实施例，基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为a％，且0.1≤a≤7。

根据本申请的实施例，所述电解液还包括具有硫氧双键的化合物，基于所述电解液的质量，所述具有硫氧双键化合物的含量为b％，且0.01≤b≤5。

根据本申请的实施例，基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％，b和x满足：1≤b/x≤50。

根据本申请的实施例，所述正极还包括绝缘层，并且所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且在部分区域中与所述正极活性物质层交叠，或者所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且与所述正极活性物质层不交叠。

根据本申请的实施例，所述绝缘层包括含铝元素的化合物，基于所述绝缘层的质量，所述铝元素的含量为y ₁％；基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；且y ₁和x满足：50≤y ₁/x≤650。

根据本申请的实施例，y ₁的取值范围为30至65。

根据本申请的实施例，所述正极还包括底涂层，所述底涂层形成在所述正极集流体和所述正极活性物质层之间。

根据本申请的实施例，所述底涂层包括铝元素，基于所述底涂层的质量，所述铝元素的含量为y ₂％；基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；且y ₂和x满足：20≤y ₂/x≤550。

根据本申请的实施例，y ₂的取值范围为20至50。

根据本申请的实施例，所述电解液还包括丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、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含镍钴锰酸锂。

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。

本申请使用的含钨的正极活性物质具有较高的晶格稳定性，其可显著改善电化学装置在高温高压下的安全性，同时搭配使用包括氟代碳酸乙烯酯的电解液，可显著改善电化学装置的低温倍率性能。

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。

传统的电化学装置(例如，锂离子电池)中使用的有机溶剂电解液体系在极端工况(例如，过充放、过热或过冷)条件下易燃烧，具有严重的安全隐患。此外，锂离子电池的负极活性材料通常为石墨类材料、硅碳复合材料或氧化亚硅材料，这些材料在低温工况下或高倍率工况下动力学性能较差，导致锂离子电池的性能严重衰退。此外，传统锂离子电池的低温放电性能较差，其在-10℃以下性能衰退严重，甚至无法放电。传统锂离子电池的高倍率性能也较差，其在5C倍率持续放电时会因散热不及时而造成较高的温升，存在热失控风险。同时，用户终端的滥用也可能造成锂离子电池过充电，从而引起燃烧、爆炸等安全事故。

在电解液中添加例如氟苯、联苯等芳香性化合物等添加剂是解决锂离子电池的安全性问题的手段之一，但是，这些添加剂不仅增加电池阻抗，还造成低温性能下降。通过在极片表面设置无机涂层也可提高安全性，但依然会导致能量密度的损失或低温性能的下降。业界有在正极材料中添加钨元素，其目的是改变材料微观结构的表面能，使得材料循环稳定性大幅提升。然而，尚未发现在正极材料中添加钨元素改善安全性的报道。此外，通常认为，在电解液使用氟代碳酸乙烯酯是为了负极成膜，减少负极和电解液之间的副反应。基于已有的认知，无法预料到同时使用含有钨元素的正极活性物质和包括氟代碳酸乙烯酯的电解液会对电化学装置的低温倍率和安全性能有何影响。

本申请通过使用包括含有钨元素的正极活性物质以及包括氟代碳酸乙烯酯的电解液解决了电化学装置的低温倍率和安全性能的相关问题。在正极活性物质中掺杂钨元素可有效地抑制晶格畸变，提高晶格稳定性，从而抑制在高温或低温条件下充放电循环中的颗粒的体积变化，以减少颗粒裂纹、破碎，同时其还可提高界面稳定性。使用包括氟代碳酸乙烯酯的电解液能够明显降低正极活性物质表面的离子电阻和电子电阻。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改善电化学装置的低温倍率性能，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所述正极活性物质含有钨元素。

在一些实施例中，基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％，且0.05≤x≤1。在一些实施例中，0.01≤x≤0.5。在一些实施例中，x为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。当正极活性物质中钨元素的含量在上述范围内时，可进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，所述正极还包括绝缘层，并且所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且在部分区域中与所述正极活性物质层交叠，或者所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且与所述正极活性物质层不交叠。

在一些实施例中，所述绝缘层包括含铝元素的化合物。在一些实施例中，所述含铝元素的化合物包括陶瓷氧化铝。当绝缘层包括含铝元素的化合物时，可进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，基于所述绝缘层的质量，所述铝元素的含量为y ₁％，y ₁和x满足：50≤y ₁/x≤650。在一些实施例中，60≤y ₁/x≤600。在一些实施例中，100≤y ₁/x≤500。在一些实施例中，200≤y ₁/x≤400。在一些实施例中，y ₁/x为50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650或处于由上述任意两个数值所组成的范围内。当绝缘层中铝元素的含量与正极活性物质中钨元素的含量满足上述关系时，可以减少正极活性物质晶体结构表面的缺陷，有效抑制电化学装置充放电循环中正极活性物质表面钝化层的不断破坏，减少修复次数，由此可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的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，y ₁的取值范围为30至65。在一些实施例中，其中y ₁的取值范围为40至60。在一些实施例中，y ₁为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。当绝缘层中铝元素的含量在上述范围内时，可进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，所述正极还包括底涂层，所述底涂层形成在所述正极集流体和所述正极活性物质层之间。

在一些实施例中，所述底涂层包括铝元素。在一些实施例中，所述底涂层包括包括陶瓷氧化铝。当底涂层包括含铝元素的化合物时，可进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，基于所述底涂层的质量，所述铝元素的含量为y ₂％，y ₂和x满足：20≤y ₂/x≤550。在一些实施例中，50≤y ₂/x≤500。在一些实施例中，100≤y ₂/x≤400。在一些实施例中，200≤y ₂/x≤400。在一些实施例中，y ₂/x为20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550或处于由上述任意两个数值所组成的范围内。当底涂层中铝元素的含量与正极活性物质中钨元素的含量满足上述关系时，可以有效抑制电化学装置充放电循环中正极界面稳定性，从而进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，y ₂的取值范围为20至50。在一些实施例中，其中y ₂的取值范围为20至35。在一些实施例中，y ₂为20、25、30、35、40、45、50或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当底涂层中铝元素的含量在上述范围内时，可进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，所述正极活性物质包含钴酸锂。在一些实施例中，所述正极活性物质包含镍钴锰酸锂。相比钴酸锂，在镍钴锰酸锂中掺入钨元素后，晶体结构更为稳定，其对电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性的改善更为显著。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为95％，优选为96％，进一步优选为97％。在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为98％。在一些实施例中，所述正极活性物质层中所述正极活性物质的质量分数为99％。当正极活性物质层中所述正极活性物质的质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。

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。

在一些实施例中，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，其中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，可以抑制电化学装置性能的降低，并且可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)，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。

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氟代碳酸乙烯酯。

在一些实施例中，基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为a％，x和a满足：1≤a/x≤70。在一些实施例中，2≤a/x≤60。在一些实施例中，5≤a/x≤50。在一些实施例中，10≤a/x≤30。在一些实施例中，a/x为1、2、3、5、8、10、20、30、40、50、60、70或处于由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量与正极活性物质中钨元素的含量满足上述关系时，可以减少正极活性物质晶体结构表面的缺陷，有效抑制电化学装置充放电循环中正极活性物质表面钝化层的不断破坏，减少修复次数，由此可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的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，0.1≤a≤7。在一些实施例中，0.1≤a≤5。在一些实施例中，0.5≤a≤3。在一些实施例中，1≤a≤2。在一些实施例中，a为0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量在上述范围内时，进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，所述电解液还包括具有硫氧双键的化合物。

在一些实施例中，基于所述电解液的质量，所述具有硫氧双键化合物的含量为b％，且0.01≤b≤5。在一些实施例中，0.01≤b≤2。在一些实施例中，0.05≤b≤1。在一些实施例中，0.1≤b≤0.5。在一些实施例中，x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、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中具有硫氧双键化合物的含量在上述范围内时，进一步改善电化学装置的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，b和x满足：1≤b/x≤50。在一些实施例中，2≤b/x≤20。在一些实施例中，5≤b/x≤10。在一些实施例中，b/x为1、2、3、5、8、10、20、30、40、50或处于由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中具有硫氧双键化合物的含量与正极活性物质中钨元素的含量满足上述关系时，可以减少正极活性物质晶体结构表面的缺陷，有效抑制电化学装置充放电循环中正极活性物质表面钝化层的不断破坏，减少修复次数，由此可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的低温倍率性能和高温高压安全性。

在一些实施例中，所述含硫氧双键的化合物包括以下化合物中的至少一者：环状硫酸酯、链状硫酸酯、链状磺酸酯、环状磺酸酯、链状亚硫酸酯或环状亚硫酸酯。

在一些实施例中，所述环状硫酸酯包括，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。

在一些实施例中，所述链状硫酸酯包括，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。

在一些实施例中，所述链状磺酸酯包括，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。

在一些实施例中，所述环状磺酸酯包括，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。

在一些实施例中，所述链状亚硫酸酯包括，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。

在一些实施例中，所述环状亚硫酸酯包括，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，所述含硫氧双键的化合物包括式I化合物：

其中：

W选自

L各自独立地选自单键或亚甲基；

m为1、2、3或4；

n为0、1或2；且

p为0、1、2、3、4、5或6。

在一些实施例中，所述式I化合物包括以下中的至少一种：

在一些实施例中，所述双环磺内酯包括式II化合物：

其中A ₁、A ₂、A ₃和A ₄各自独立地选自经取代或未经取代的C1-3亚烷基，当经取代时，取代基选自C1-5烷基、卤素或卤代C1-5烷基。

在一些实施例中，所述式II化合物包括以下中的至少一种：

在一些实施例中，所述电解液还包括丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、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。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为0.1％-6％。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为0.5％-5％。在一些实施例中，基于所述电解液的质量，上述化合物的含量为1％-3％。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抗过充性能和安全性。

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。

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％的质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

(1)含有钨元素的镍钴锰酸锂正极活性物质的制备：将无水乙醇与去离子水以7:3的体积比混合，向其中加入0.05mol六水硝酸镍、0.02mol六水硝酸钴和0.03mol四水醋酸锰，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，用无水乙醇洗涤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、氧化钨与所制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，得到含有钨元素的镍钴锰酸锂正极活性物质。

(2)含有钨元素的钴酸锂正极活性物质的制备：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钨酸钠，并以乙醇作为溶剂，球磨10小时后，在800℃下煅烧10小时，得到含有钨元素的钴酸锂正极活性物质。

将氧化铝、碳纳米管和聚丙酸酯按照65:25:10的质量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到绝缘层或底涂层浆料。将该绝缘层或底涂层浆料涂布在12μm的铝箔上。

将正极活性物质、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照97:1:2的质量比例与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合，搅拌均匀，得到正极活性物质层浆料。将该正极活性物质层浆料涂布在底涂层或铝箔上，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、PP和DEC(重量比1:1:1:1)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：

材料名称	缩写	材料名称	缩写
碳酸乙烯酯	EC	碳酸乙烯酯	PC
碳酸二乙酯	DEC	氟代碳酸乙烯酯	FEC
丁二腈	SN	己二腈	ADN
乙二醇二(2-氰基乙基)醚	EDN	1,3,6-己烷三腈	HTCN
1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷	TCEP	1,3-丙磺酸内酯	PS
硫酸乙烯酯	DTD	式I-1化合物	式1-1
式I-3化合物	式I-3	式I-4化合物	式1-4
式II-1化合物	式2-1
二氟磷酸锂	LDP	1-丙基磷酸环酐	T3P
碳酸乙烯亚乙酯	VC	丙酸丙酯	PP

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、锂离子电池的过充变形率的测试方法

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4.45V，再在4.45V下恒压充电至0.05C，静置60分钟，测量厚度1。然后以0.1C倍率恒流充电60分钟，静置30分钟，重复0.1C充电及静置5次，使锂离子电池达到150％荷电状态(SOC)，测量厚度2。通过下式计算锂离子电池的过充变形率：

过充变形率＝[(厚度2-厚度1)/厚度1]×100％。

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、锂离子电池的低温倍率性能的测试方法

在-20℃下，将锂离子电池以0.2C放电到3.0V，静置5分钟，以0.5C充电到4.7V，恒压充电到0.05C后静置5分钟，然后分别以0.2C和5.0C进行放电测试得到放电容量1和放电容量2。通过下式计算锂离子电池的低温倍率：

低温倍率＝[放电容量2/放电容量1]×100％。

三、测试结果

表1展示了正极活性物质和电解液对锂离子电池的低温倍率性能和高温高压安全性的影响。实施例1-1至1-19和对比例1-1至1-3采用含有/不含有钨元素的镍钴锰酸锂作为正极活性物质。实施例1-20和对比例1-4、1-5、1-6采用含有/不含有钨元素的钴酸锂作为正极活性物质。

表1

如对比例1-1所示，当正极活性物质为未经掺杂的镍钴锰酸锂且电解液不含FEC时，锂离子电池的过充变形率和短路变形率较高且低温倍率较低。如对比例1-2所示，当正极活性物质为含有钨元素的镍钴锰酸锂但电解液不含FEC时，锂离子电池的过充变形率和短路变形率较高且低温倍率较低。如对比例1-3所示，当电解液含FEC但正极活性物质为未经掺杂的镍钴锰酸锂时，锂离子电池的过充变形率和短路变形率较高且低温倍率较低。

如实施例1-1至1-19所示，当正极活性物质为含有钨元素的镍钴锰酸锂且电解液含FEC时，可显著降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当电解液中FEC的含量a％与正极活性物质中钨元素的含量x％满足1≤a/x≤70时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当电解液中FEC的含量在0.1％至7％范围内时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当正极活性物质中钨元素的含量为0.05％至1％时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

此外，如对比例1-4至1-6和实施例1-20所示，当正极活性物质为含有钨元素的钴酸锂且电解液含FEC时，可显著降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。相比于含有钨元素的钴酸锂，含有钨元素的镍钴锰酸锂对锂离子电池的性能改善效果更为明显。

表2展示了电解液中具有硫氧双键化合物及其与正极活性物质中钨元素的含量关系对锂离子电池的低温倍率性能和高温高压安全性的影响。除表2中所列参数以外，实施例2-1至2-25与实施例1-1的设置相同。

表2

结果表明，在电解液包含FEC的基础上进一步添加0.01％至5％的具有硫氧双键化合物可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当电解液中具有硫氧双键化合物的含量b％与正极活性物质中钨元素的含量x％满足1≤b/x≤50时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

表3展示了绝缘层中铝元素含量和正极活性物质中钨元素含量对锂离子电池的低温倍率性能和高温高压安全性的影响。除表3中所列参数以外，实施例3-1至3-16与实施例1-1的设置相同。

表3

结果表明，当正极绝缘层中铝元素含量y ₁％与正极活性物质中钨元素的含量x％满足50≤y ₁/x≤650时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当正极绝缘层中铝元素含量为30％至65％时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

表4展示了底涂层中铝元素含量和正极活性物质中钨元素含量对锂离子电池的低温倍率性能和高温高压安全性的影响。除表4中所列参数以外，实施例4-1至4-15与实施例1-1的设置相同。

表4

结果表明，当正极底涂层中铝元素含量y ₂％与正极活性物质中钨元素的含量x％满足20≤y ₂/x≤550时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

当正极底涂层中铝元素含量为20％至50％时，可进一步降低锂离子电池的过充变形率和短路变形率并显著提升其低温倍率。

表5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低温倍率性能和高温高压安全性的影响。除表5中所列参数以外，实施例5-1至5-15与实施例1-1的设置相同。

表5

结果表明，在电解液包含二腈化合物的基础上进一步添加丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、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过充变形率和短路变形率并提升其低温倍率。

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

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，所述正极活性物质含有钨元素，并且所述电解液包括氟代碳酸乙烯酯。
根据权利要求1所述的电化学装置，其中：

基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；

基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为a％；

x和a满足：1≤a/x≤70。
根据权利要求1所述的电化学装置，其中基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％，且0.05≤x≤1。
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质量，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为a％，且0.1≤a≤7。
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具有硫氧双键的化合物，基于所述电解液的质量，所述具有硫氧双键化合物的含量为b％，且0.01≤b≤5。
根据权利要求5所述的电化学装置，其中基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％，b和x满足：1≤b/x≤50。
根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极还包括绝缘层，并且

所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且在部分区域中与所述正极活性物质层交叠，或者

所述绝缘层形成在所述正极集流体上并且与所述正极活性物质层不交叠。
根据权利要求7所述的电化学装置，其中：

所述绝缘层包括含铝元素的化合物，基于所述绝缘层的质量，所述铝元素的含量为y ₁％；

基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；且

y ₁和x满足：50≤y ₁/x≤650。
根据权利要求8所述的电化学装置，其中y ₁的取值范围为30至65。
根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极还包括底涂层，所述底涂层形成在所述正极集流体和所述正极活性物质层之间。
根据权利要求10所述的电化学装置，其中：

所述底涂层包括铝元素，基于所述底涂层的质量，所述铝元素的含量为y ₂％；

基于所述正极活性物质的质量，所述钨元素的含量为x％；且

y ₂和x满足：20≤y ₂/x≤550。
根据权利要求11所述的电化学装置，其中y ₂的取值范围为20至50。
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丁二腈、己二腈、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、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。
根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极活性物质包含镍钴锰酸锂。
一种电子装置，其包括根据权利要求1-14中任一项所述的电化学装置。