电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请的实施例提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括负极极片和电解液。负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层位于负极集流体上。负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硬碳和石墨，负极活性材料中的硬碳的质量含量为w。电解液包括丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种，电解液中的丙酸乙酯和/或丙酸丙酯的质量含量为v，5≤v/w≤21。通过硬碳和电解液溶剂的协同作用，使电化学装置兼具高能量密度和低成本的需求，有利于改善电化学装置的低温性能和倍率性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
电化学装置和电子装置


[0001]本申请涉及电化学储能领域，具体地涉及电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0002]随着全球能源需求的日益增长，新型清洁能源的开发与利用至关重要，电化学装置(例如，锂离子电池)因其高比能、长使用寿命、无记忆效应以及绿色环保的优点，在手机、无人机、储能、电动汽车领域被广泛应用。同时，近年来锂离子电池在航空航天、极地科考等重要领域的应用也受到了广泛关注，这些特殊应用场景要求锂离子电池兼顾低温性能。然而，锂离子电池在低温下使用存在容量衰减严重、倍率性能差等问题，因此，需要进一步提高锂离子电池的低温性能和倍率性能以满足现阶段电池在重要领域的应用需求。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种耐低温/高倍率电化学装置，通过硬碳和电解液溶剂的协同作用，使电化学装置兼具高能量密度和低成本的需求，有利于改善电化学装置的低温性能和倍率性能，大大拓宽了低温窗口，满足一些低温使用场景，进而提高了电化学装置的电化学性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0005]本申请提供一种电化学装置，电化学装置包括负极极片和电解液。负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层位于负极集流体上。负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硬碳和石墨，负极活性材料中的硬碳的质量含量为w。电解液包括丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种，电解液中的丙酸乙酯和/或丙酸丙酯的质量含量为v，5≤v/w≤21。在石墨负极活性材料的基础上引入部分硬碳，由于硬碳的各向同性远高于石墨，硬碳的引入可降低负极极片的电阻率，同时可降低负极极片的OI值，提高离子扩散系数，能有效降低电化学装置的内部阻抗。丙酸乙酯和丙酸丙酯是常见的羧酸酯类电解液溶剂，它们的粘度小，低温流动性好，有利于Li
+
传输。本申请将硬碳在负极活性材料中的质量含量w和电解液中的丙酸乙酯和/或丙酸丙酯中的质量含量v的比值v/w控制在一定范围内，通过硬碳和电解液溶剂的协同作用，实现了高能量密度和低成本的电化学装置，使得电化学装置还具有较高的倍率性能及低温性能。
[0006]在一些实施例中，8≤v/w≤15。此时，在
‑
20℃、1C的条件下的放电容量保持率在77％以上，在25℃、5C的条件下的放电容量保持率在92％以上，在0℃、1C的条件下的循环性能在420圈以上。
[0007]在一些实施例中，1％≤w≤10％。硬碳的压实密度远低于石墨的压实密度，若加入的硬碳的质量含量过高，将影响负极极片的压实密度，在负极极片的制备和加工过程中可能会导致石墨颗粒和负极集流体的破坏，或者达不到负极极片的目标压实密度。因此，本申请将硬碳在负极活性材料中的质量含量w控制在一定范围内，目的是在进一步改善电化学性能的同时，兼顾电化学装置的能量密度。
[0008]在一些实施例中，10％≤v≤70％。本申请将电解液中的丙酸乙酯和/或丙酸丙酯中的质量含量v控制在一定范围内，通过硬碳和电解液溶剂的协同作用，实现了电化学装置的高能量密度和低成本，并且使得电化学装置进一步具有较高的倍率性能及低温性能。
[0009]在一些实施例中，硬碳中的氢的质量含量与碳的质量含量的比值为n，n与石墨的OI值的比值x满足：0.0025≤x≤0.04。本申请将n与石墨的OI值的比值x控制在一定范围，有利于提高电化学装置的循环性能。在一些实施例中，0.02≤n≤0.08。硬碳中的氢的质量含量与碳的质量含量的比值n与硬碳的煅烧温度有关，煅烧温度越高，n越低，则硬碳中的石墨微晶越少，其各向同性更高。在一些实施例中，石墨的OI值为1至7。在一些实施例中，负极极片的OI值为10至30。石墨在负极活性材料占据主体的地位，其OI值很大程度地影响了锂离子扩散的速率，本申请将n与石墨粉末的OI值的比值x控制在一定范围，有利于进一步提高电化学装置的电化学性能。
[0010]在一些实施例中，负极极片的孔隙率为p，0.26≤p/(1
‑
w)≤0.35。通过将p/(1
‑
w)控制在一定范围内，可以改善电化学装置的循环性能，另外可使得负极极片的孔隙率和硬碳的质量含量达到一个平衡，不至于影响锂离子的传输。在一些实施例中，负极极片的孔隙率p为25％至35％。低压实密度的硬碳和石墨复合时，可能会导致负极极片的孔隙率的降低。通过将负极极片的孔隙率p和p/(1
‑
w)控制在一定范围内，可使得负极极片的孔隙率和硬碳的质量含量达到一个平衡，不至于影响锂离子的传输，进一步提高电化学装置的倍率性能及低温性能。
[0011]在一些实施例中，负极极片的压实密度为1.65至1.80g/cm3。在一些实施例中，石墨包括天然石墨或人造石墨中的至少一种。
[0012]在一些实施例中，负极极片满足ρ1/ρ2≤350，其中，ρ1≤2.5Ω
·
cm，为负极极片的电阻率，是在以下情况测试所得：负极活性材料层中负极活性材料的质量含量为97.6％，粘结剂的质量含量为1.2％，电阻率测试压力25.5MPa的电阻率，单位为Ω
·
cm，测试方法为两探针法；ρ2≤0.008Ω
·
cm，为负极活性材料在25.0MPa压力下的粉体体积电阻率，单位为Ω
·
cm，测试方法为四探针法。
[0013]在一些实施例中，石墨的比表面积(BET)为0.1m2/g至6m2/g，Dv50为5μm至20μm。在一些实施例中，硬碳的BET为2m2/g至15m2/g，Dv50为1.8μm至11.6μm。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：
[0015]本申请的实施例提供了一种耐低温/高倍率电化学装置，通过硬碳和电解液溶剂的协同作用，使电化学装置兼具高能量密度和低成本的需求，有利于改善电化学装置的低温性能和倍率性能。根据本申请的一些实施例，电化学装置具有优异的电化学性能：在
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20℃、1C的条件下的放电容量保持率为75％以上，在25℃、5C的条件下的放电容量保持率为88％以上，在0℃、1C的条件下衰减至80％的循环圈数为350圈以上。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为实施例1
‑
1制备的负极极片沿其厚度方向的截面的扫描电子显微镜(SEM)图
像。
具体实施方式
[0018]下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。
[0019]本申请的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括负极极片和电解液。在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层位于负极集流体上。在一些实施例中，可以在负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，其包括：负极极片和电解液，所述负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层位于所述负极集流体上；其中，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硬碳和石墨，所述负极活性材料中的所述硬碳的质量含量为w；所述电解液包括丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种，所述电解液中的丙酸乙酯和/或丙酸丙酯的质量含量为v，5≤v/w≤21。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，8≤v/w≤15。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，1％≤w≤10％。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，10％≤v≤70％。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述硬碳中的氢的质量含量与碳的质量含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭福金，郑子桂，邵文龙，谢远森，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：