一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置制造方法及图纸

一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，其中，电化学装置包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括锰元素，电解液包括含硫氧双键化合物。电化学装置满足1≤ln(x/y)≤4，当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，基于正极活性材料层的质量，锰元素的质量百分含量为x％；基于电解液的质量，含硫双键化合物的质量百分含量为y％。双键化合物的质量百分含量为y％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置


[0001]本申请涉及电化学领域，具体涉及一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置。

技术介绍

[0002]二次电池(例如锂离子电池)作为一种新型的可移动储能装置，由于具有高能量密度、高工作电压、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保等特点，在手机、笔记本电脑、摄像机等便携式小型电子设备领域得到了广泛应用，并逐渐向大型电动运输工具和可再生能源存储领域扩展。随着锂离子电池在上述领域中的广泛应用，人们对锂离子电池的能量密度及安全性能的要求也越来越高。
[0003]为了进一步提高锂离子电池的安全性能，通常采用含有锰(Mn)元素的正极活性材料。然而，含锰元素的正极活性材料存在以下两个问题：(1)正极活性材料中Mn
3+
容易发生歧化生成Mn
4+
和Mn
2+
；(2)Mn
2+
会溶解到电解液中，导致不可逆的容量损失，尤其在高温下，会加速锰的溶出。电解液作为锂离子电池的关键组成部分，对上述问题的改善有着重要影响。但将现有的电解液应用于包括含锰正极活性材料的锂离子电池中，在高温下，锂离子电池的性能会进一步恶化，易产生高温存储产气、循环产气等问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，以改善电化学装置的高温存储性能。
[0005]需要说明的是，本申请的
技术实现思路
中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
[0006]本申请第一方面提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括锰元素，电解液包括含硫氧双键化合物。电化学装置满足1≤ln(x/y)≤4，优选为1.5≤ln(x/y)≤4。当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，基于正极活性材料层的质量，锰元素的质量百分含量为x％；基于电解液的质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为y％。
[0007]专利技术人经大量研究发现，当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，在高温环境中，其正极活性材料中的过渡金属(例如锰元素)的溶出尤为明显，导致电化学装置不可逆的容量损失，并对其他性能造成影响。本申请的电解液包括含硫氧双键化合物，当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，正极活性材料层中的锰元素含量x％与电解液中含硫氧双键化合物含量y％满足1≤ln(x/y)≤4时，电解液中的含硫氧双键化合物能够在负极表面形成固态电解质界面(SEI)膜，从而在抑制正极活性材料中的锰元素在特定条件下异常溶出的同时，有效保护负极界面，提升该环境下负极活性材料的稳定性，进而改善电化学装置的高温存储性能。电化学装置优选满足1.5≤ln(x/y)≤4时，电化学装置的高温存储性能更优。
[0008]本申请对正极活性材料的种类没有特别限制，只要包括锰元素，能够实现本申请目的即可。例如，正极活性材料可以包括LiMn2O4、LiNi
0.85
Co
0.05
Mn
0.1
O2、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2、LiNi
0.5
Co
0.3
Mn
0.2
O2或LiNi
0.9
Mn
0.1
O2等中的至少一种。示例性地，正极活性材料可以包括LiMn2O4、LiNi
0.85
Co
0.05
Mn
0.1
O2:LiFePO4:LiMn2O4＝1:1:8(质量比)、LiNi
0.85
Co
0.05
Mn
0.1
O2:LiMn2O4＝2:8(质量比)、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2:LiMn2O4＝3:7(质量比)、LiNi
0.85
Co
0.05
Mn
0.1
O2、LiNi
0.5
Co
0.3
Mn
0.2
O2或LiNi
0.9
Mn
0.1
O2。基于正极活性材料层的质量，当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，锰元素的质量百分含量x％选自2％至61％。例如，当电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，锰元素的质量百分含量x％可以为2％、2.77％、5％、5.7％、5.8％、11.7％、20％、36.3％、36.7％、36.8％、45％、50.8％、51.1％、51.3％、51.4％、51.6％、57.9％、60.3％、60.6％、61％或上述任两个数值范围间的任一数值。
[0009]基于电解液的总质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为y％，y≤5，优选地，0.01≤y＜5。例如，y可以为0.01、0.2、0.3、0.5、1、1.3、1.3、2、2.5、3.5、4.5、5或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，通过将含硫氧双键化合物的质量百分含量控制在上述范围内，能够在负极表面形成合适厚度的SEI膜，有效抑制正极活性材料中的过渡金属(例如锰元素)溶出对负极的破坏，保护负极界面，提升负极活性材料的稳定性，进而改善电化学装置的高温存储性能。
[0010]整体而言，本申请提供的电化学装置的电解液包括含硫氧双键化合物，含硫氧双键化合物能够在负极表面形成SEI膜，对高温环境下正极活性材料在电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时的过渡金属(例如锰元素)溶出起到有效的抑制作用的同时，保护负极界面。由此，使电化学装置的高温存储性能得到有效提升。
[0011]在本申请的一种实施方案中，正极活性材料颗粒Dv10为Dμm，D与y之间满足：1≤D
×
y≤31.5，优选1≤D
×
y≤24。例如，D
×
y的值可以为1、3.5、4.8、6.3、7、9.1、12、14、14.7、15.75、17.5、24、24.5、26.4、31.5或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，正极活性材料颗粒Dv10影响了电化学装置的高温存储性能，通过将D
×
y的值控制在上述范围内，更利于电化学装置的高温存储性能的提升。
[0012]本申请对正极活性材料颗粒Dv10没有特别限制，只要满足上述关系，实现本申请目的即可。例如，在本申请的一些实施例中，正极活性材料颗粒Dv10为2.3μm至7μm。在本申请中，Dv10表示颗粒在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积10％的粒径。
[0013]在本申请的一种实施方案中，含硫氧双键化合物选自式(I)化合物中的至少一种：
[0014][0015]其中，A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括锰元素，所述电解液包括含硫氧双键化合物；所述电化学装置满足1≤ln(x/y)≤4，其中：当所述电化学装置的电压处于3.75V至3.95V时，基于所述正极活性材料层的质量，所述锰元素的质量百分含量为x％；基于所述电解液的质量，所述含硫氧双键化合物的质量百分含量为y％。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足：1.5≤ln(x/y)≤4。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极活性材料颗粒Dv10为Dμm，D与y之间满足：1≤D
×
y≤31.5，优选地1≤D
×
y≤24。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述含硫氧双键化合物选自式(I)化合物中的至少一种：其中，A
11
选自经取代或未经取代的C1至C4的亚烷基、经取代或未经取代的C2至C4的亚烯基、经取代或未经取代的C1至C6的链亚杂烷基，所述链亚杂烷基中杂原子的个数为1至5，所述链亚杂烷基中的杂原子选自O、N、P或S；经取代时，各取代基各自独立地选自卤素原子、C1至C3的烷基或C2至C4的烯基。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述含硫氧双键化合物选自甲烷二磺酸亚甲酯、1,3
‑
丙磺酸内酯、1,4
‑
丁烷磺酸内酯、丙烯基
‑
1,3
‑
磺酸内酯、硫酸亚乙酯、1,3
‑
丙烷二磺酸酐、2
‑
甲基丁烷磺酸内酯或1,3
‑
丙二醇环硫酸酯中至少一种；y≤5。6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电解液还包括锂盐和环状碳酸酯化合物，基于所述电解液的质量，所述锂盐的质量百分含量为m％，所述环状碳酸酯化合物的质量百分含量为n％；所述电解液满足以下条件(a)至(c)中的至少一者：(a)m/x≤2.5、(b)x/n≤6.6，优选地，x/n≤1.9、(c)m/n≤1.5。7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足：m+y＜n。8.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂或三氟甲磺酸锂的至少一种；4.5＜m＜14。9.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的至少一种。10.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述电解液还包括氟代碳酸酯化合物，基于所述电解液的质量，所述氟代碳酸酯化合物的质量百分含量为p％；所述电解液满足以下条件(d)至(f)中的至少一者：(d)y＞0.25
×
p、(e)y+p＜0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：郑烨珍，周邵云，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：