CN109980225B - 电化学装置及包含其的电子装置 - Google Patents

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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，其中所述负极包括碳材料和羟烷基甲基纤维素，且所述电解液包括丙酸酯。本申请的电化学装置具有优异的循环、存储和低温性能。

Description

电化学装置及包含其的电子装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种电化学装置及包含其的电子装置，特别是关于锂离子电池。
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电化学装置是研究方向之一。
电化学装置(例如，锂离子电池)的理论容量可随着负极活性材料的种类而变化。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。
鉴于此，确有必要提供一种改进的具有优异的循环、存储和低温性能的电化学装置及包含其的电子装置。
发明内容
本申请的实施例通过提供一种电化学装置及包含其的电子装置以试图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。
在一个实施例中，本申请提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中所述负极包括碳材料和羟烷基甲基纤维素，且所述电解液包括丙酸酯。
根据本申请的实施例，所述碳材料的比表面积小于等于约3m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积小于等于约2.5m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积小于等于约2m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积为在约1.5m2/g至约2m2/g的范围内。
根据本申请的实施例，所述碳材料选自天然石墨和人造石墨中的一种或多种。
根据本申请的实施例，所述负极进一步包括硅材料、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。
根据本申请的实施例，所述羟烷基甲基纤维素选自羟烷基甲基纤维素钠和羟烷基甲基纤维素锂中的一种或多种，且所述烷基具有1-8个碳原子。
根据本申请的实施例，所述丙酸酯选自式1化合物：
Figure GDA0002497622550000021
其中：
R1为乙基或卤代乙基，且
R2为具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基。
根据本申请的实施例，所述丙酸酯选自以下的一种或多种：丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸戊酯、卤代丙酸甲酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯。
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约10％-约65％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约15％-约60％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约30％-约50％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约30％-约40％。
根据本申请的实施例，所述电解液进一步包括添加剂。
根据本申请的实施例，所述添加剂选自以下的一种或多种：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、具有2-4个氰基的化合物、环状羧酸酯、环状磷酸酐、羧酸酐、磺酸酐和羧酸磺酸酐。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述添加剂的含量为约0.01％-约15％。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约0.1％-约10％。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约1％-约5％。
根据本申请的实施例，所述氟代碳酸酯具有式C＝O(OR1)(OR2)，其中R1和R2各自选自具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基，其中R1和R2中的至少一者选自具有1-6个碳原子的氟代烷基，且R1和R2任选地连同其所连接的原子形成5元至7元环。
根据本申请的实施例，所述氟代碳酸酯选自以下的一种或多种：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。
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约1.5-约30倍。在一些实施例中，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约1.5-约20倍。在一些实施例中，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约2-约20倍。在一些实施例中，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约5-约20倍。
根据本申请的实施例，所述电解液进一步包括以下的一种或多种：LiPF6、LiBF4、LiPO2F2、LiSbF6、LiAsF6、LiC4F9SO3、LiClO4、LiB(C2O4)2和LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)，其中x和y为1-5的整数。
在另一个实施例中，本申请提供了一种电子装置，所述电子装置包括如上所述的电化学装置。
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。
术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
术语“中的一种”或类似术语连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的一种”意味着仅A或仅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中的一者”意味着仅A；仅B；或仅C。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“中的一种或多种”或类似术语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中的一种或多种”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中的一种或多种”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”是指具有1至20个碳原子的直链或支链饱和烃结构。在一些实施例中，所述烷基具有1至8个碳原子。在一些实施例中，所述烷基具有1至6个碳原子。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“羟烷基”是指如上定义的烷基基团，其中至少一个氢原子被羟基取代。示例性的羟烷基包括，但不限于，羟甲基、羟乙基(其中所述羟基位于1-或2-位)、羟丙基(其中所述羟基位于1-、2-或3-位)、羟基丁基(其中所述羟基位于1-、2-、3-或4-位)、羟基戊基(其中所述羟基位于1-、2-、3-、4-或5-位)、羟基己基(其中所述羟基位于1-、2-、3-、4-、5-或6-位)、1，2-二羟乙基等等。
如本文中所使用，各组分的含量均为基于电解液的总重量得到的。
电化学装置(例如，锂离子电池)的理论容量可随着负极活性材料的种类而变化。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。这是因为锂离子电池在充电和放电过程中电极会发生体积变化，其会使电极活性材料之间或电极活性材料与电极集流体之间发生分离，导致电极活性材料不能发挥其功能。此外，在锂离子电池的充电/放电期间，电极体积的变化会导致电极变形(例如，固体电解质的界面膜被损坏)，从而加剧了电解质溶液中的锂的消耗，使得电极活性材料和锂离子电池劣化。使用具有低粘附力的粘结剂(例如，羧甲基纤维素)是导致锂离子电池性能劣化的主要原因之一。
本申请通过使用特定的电极材料解决了这一问题。在本申请的电化学装置的充电/放电过程中，即使电极体积发生变化，电极材料中因包含特定的粘结剂，其具有较强的粘附力，其可改善电极的结构稳定性，防止活性材料的分离而引起的劣化，从而改善电化学装置的性能。
另一方面，本申请透过将特定的电极材料和特定的电解液组合使用，以显着抑制高温充电后电解液的分解反应，从而改善电化学装置的性能。
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。在一些实施例中，所述电化学装置进一步包括设置在所述正极与所述负极之间的隔离膜。
1、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。
负极集流体包括负极导电材料。在一些实施例中，所述负极集流体包括，但不限于，铜、镍和不锈钢。在一些实施例中，所述负极集流体的表面的被粗糙化，粗糙化的表面能够提高负极活性材料的粘附性。在一些实施例中，粗糙化的负极集流体包括，但不限于，电解铜箔。
负极活性物质层包含负极活性物质和负极粘合剂。所述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。
本申请的电化学装置的一个主要特征在于负极中包括一种或多种碳材料作为负极活性物质。
在一些实施例中，所述碳材料的比表面积小于等于约3m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积小于等于约2.5m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积小于等于约2m2/g。在一些实施例中，所述碳材料的比表面积为在约1.5m2/g至约2m2/g的范围内。将上述具有特定比表面积的碳材料与特定种类的负极粘结剂(例如，羟烷基甲基纤维素)和电解液溶剂(例如，丙酸酯)组合使用可显著抑制高温充电后电解液的分解反应，从而改善电化学装置的性能。
在一些实施例中，所述碳材料选自天然石墨和人造石墨中的一种或多种。在一些实施例中，所述碳材料包括人造石墨。
在一些实施例中，所述碳材料的形状包括，但不限于，纤维状、球状、粒状和鳞片状。
在一些实施例中，所述负极进一步包括硅材料、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，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。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。特别地，可使用Si、Sn或其组合，因为Si和Sn具有优异的脱嵌锂离子的能力，可为电化学装置提供高能量密度。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。
本申请的电化学装置的另一个主要特征在于负极中包括羟烷基甲基纤维素作为负极粘合剂。羟烷基甲基纤维素对碳材料具有优异的粘结性和分散性。
在一些实施例中，所述羟烷基甲基纤维素选自羟烷基甲基纤维素钠和羟烷基甲基纤维素锂中的一种或多种，且所述烷基具有1-8个碳原子。在一些实施例中，所述羟烷基甲基纤维素包括，但不限于，羟烷基甲基纤维素钠和羟烷基甲基纤维素锂中的一种或多种，其中所述烷基包括甲基、乙基、丙基或丁基。将羟烷基甲基纤维素与特定种类的电解液溶剂(例如，丙酸酯)组合使用可以显著抑制高温充电后电化学装置的厚度增加。
在一些实施例中，所述负极粘合剂进一步包含丁苯橡胶、氟类橡胶和乙烯丙烯二烯共聚物中的一种或多种。
在一些实施例中，所述负极活性物质层进一步包含其它材料，例如，负极导电剂。在一些实施例中，所述负极导电剂包括具有导电性的金属材料和导电聚合物中的一种或多种。在一些实施例中，负极导电剂包括碳材料等的一种或多种。在一些实施例中，所述碳材料包括，但不限于，石墨、炭黑、乙炔黑和科琴黑。
2、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。
(1)溶剂
本申请的电化学装置的一个主要特征在于电解液包括丙酸酯作为溶剂。在负极活性物质为碳材料且负极粘结剂为羟丙基甲基纤维素的情况下，使用丙酸酯作为电解液的溶剂可提高电解液的化学稳定性，抑制电化学装置在高温充电后的产气现象，从而减小电化学装置的厚度膨胀。
在一些实施例中，所述丙酸酯选自式1化合物：
Figure GDA0002497622550000071
其中：
R1为乙基或卤代乙基，且
R2为具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基。
在一些实施例中，所述丙酸酯包括，但不限于，丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸戊酯、卤代丙酸甲酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯。在一些实施例中，所述卤代丙酸甲酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯中的卤素基团选自氟基团(-F)、氯基团(-C1)、溴基团(-Br)和碘基团(-I)中的一种或多种。在一些实施例中，所述卤素基团为氟基团(-F)，其可实现更为优异的效果。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约10％-约65％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约15％-约60％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约30％-约50％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述丙酸酯的含量为约30％-约40％。使用具有上述含量的丙酸酯可实现更为优异的效果。
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，所述环状碳酸酯包括，但不限于，以下中的一种或多种：碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，EC)、碳酸亚丙酯(propylene carbonate，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(diethyl carbonate，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，作为被氟取代的链状碳酸酯，例如双(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。
在一些实施例中，所述环状羧酸酯包括，但不限于，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。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。
在一些实施例中，所述环状醚包括，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。
在一些实施例中，所述含磷有机溶剂包括，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。
在一些实施例中，所述含硫有机溶剂包括，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/或环状羧酸酯能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，所述电解液中含有约1重量％-约60重量％的链状羧酸酯、环状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，所述电解液中含有约1重量％-约60重量％、约10重量％-约60重量％、约10重量％-约50重量％、约20重量％-约50重量％的丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯及其组合。在一些实施例中，所述电解液中含有约1重量％-约60重量％、约10重量％-约60重量％、约20重量％-约50重量％、约20重量％-约40重量％或约30重量％的丙酸丙酯。
(2)添加剂
在一些实施例中，所述添加剂包括，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、具有2-4个氰基的化合物和酸酐。
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约0.01％-约15％。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约0.1％-约10％。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约1％-约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约1.5-约30倍。在一些实施例中，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约1.5-约20倍。在一些实施例中，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约2-约20倍。在一些实施例中，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约5-约20倍。
氟代碳酸酯
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(OR1)(OR2)，其中R1和R2各自选自具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基，其中R1和R2中的至少一者选自具有1-6个碳原子的氟代烷基，且R1和R2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。
含碳碳双键的碳酸乙烯酯
在一些实施例中，所述含碳碳双键的碳酸乙烯酯包括，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。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。
含硫氧双键的化合物
在一些实施例中，所述含硫氧双键的化合物包括，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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
具有2-4个氰基的化合物
在一些实施例中，所述具有2-4个氰基的化合物包括，但不限于，二腈化合物、三腈化合物和四腈化合物的一种或多种。
在一些实施例中，所述具有2-4个氰基的化合物包括，但不限于，以下的一种或多种：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、1，4-二氰基戊烷、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)己烷和1，2，5-三(氰基乙氧基)戊烷。
酸酐
在一些实施例中，所述酸酐包括，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。在一些实施例中，所述环状磷酸酐包括，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。在一些实施例中，所述羧酸酐包括，但不限于，琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐中的一种或多种。在一些实施例中，所述二磺酸酐包括，但不限于，乙烷二磺酸酐和丙烷二磺酸酐中的一种或多种。在一些实施例中，所述羧酸磺酸酐包括，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。在一些实施例中添加剂为氟代碳酸酯与羧酸酐的组合。在一些实施例中添加剂为氟代碳酸酯与磺酸酐的组合。在一些实施例中添加剂为氟代碳酸酯与羧酸磺酸酐的组合。
(3)电解质
本申请的电解液中使用的电解质没有限制，其可为现有技术中己知的任何电解质。在一些实施例中，电解质包括，但不限于，以下的一种或多种：无机锂盐，例如LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiSO3F、LiN(FSO2)2等；含氟有机锂盐，例如LiCF3SO3、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1，3-六氟丙烷二磺酰亚胺锂、环状1，2-四氟乙烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等；以及含二羧酸配合物锂盐，例如双(草酸根合)硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、三(草酸根合)磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂等。在一些实施例中，电解质包括LiPF6和LiBF4。在一些实施例中，电解质包括LiPF6或LiBF4等无机锂盐以及LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2或LiN(C2F5SO2)2等含氟有机锂盐的组合。
在一些实施例中，电解质的浓度在约0.8mol/L-约3mol/L的范围内，例如约0.8mol/L-约2.5mol/L的范围内、约0.8mol/L-约2mol/L的范围内、约1mol/L-约2mol/L的范围内、又例如为约1mol/L、约1.15mol/L、约1.2mol/L、约1.5mol/L、约2mol/L或约2.5mol/L。
3、正极
本申请的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。
正极集流体包括正极导电材料。在一些实施例中，所述正极集流体包括，但不限于，铝、镍和不锈钢。
正极活性物质层包含正极活性物质和正极粘合剂。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脱嵌锂离子等金属离子的物质。
在一些实施例中，所述正极活性物质为含锂的化合物，其可为电化学装置提供高能量密度。在一些实施例中，所述含锂的化合物包括锂过渡金属复合氧化物和锂过渡金属磷酸盐化合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述锂过渡金属复合氧化物包含锂和具有一种或多种过渡金属元素的氧化物。在一些实施例中，所述锂过渡金属磷酸盐化合物是包含锂和具有一种或多种过渡金属元素的磷酸盐化合物。在一些实施例中，所述过渡金属元素包含Co、Ni、Mn和Fe中的一种或多种，这些元素可使电化学装置获得更高的电压。在一些实施例中，所述含锂的化合物具有化学式LixM1O2或LiyM2PO4，其中M1和M2表示一种或多种过渡金属元素，x和y的值随充电/放电状态而变化，且通常在以下范围内：0.05≤x≤1.10和0.05≤y≤1.10。
在一些实施例中，所述锂过渡金属复合氧化物包括，但不限于，LiCoO2、LiNiO2和由式LiNi1-zMzO2表示的锂镍基过渡金属复合氧化物，其中M选自Co、Mn、Fe、Al、V、Sn、Mg、Ti、Sr、Ca、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、Ba、B、Cr、Si、Ga、P、Sb和Nb中的一种或多种，且z满足0.005＜z＜0.5。
在一些实施例中，所述锂过渡金属磷酸盐化合物包括，但不限于，LiFePO4和由式LiFe1-uMnuPO4表示的化合物，其中u＜1。采用这些化合物作为正极的活性物质，所得到的电化学装置具有高电池容量和优异的循环特性。
在一些实施例中，正极活性物质进一步包含氧化物、二硫化物、硫属元素化物和导电聚合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述氧化物包括，但不限于，二氧化钛、氧化钒和二氧化锰。在一些实施例中，所述二硫化物包括，但不限于，二硫化钛和硫化钼。在一些实施例中，所述硫属元素化物包括，但不限于，硒化铌。在一些实施例中，所述导电聚合物包括，但不限于，硫磺、聚苯胺和聚噻吩。
在一些实施例中，所述正极粘合剂包括，但不限于，合成橡胶和高分子材料中的一种或多种。在一些实施例中，所述合成橡胶包括，但不限于，丁苯类橡胶、氟类橡胶和乙烯丙烯二烯。在一些实施例中，所述高分子材料包括，但不限于，聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺。
在一些实施例中，所述正极活性物质层进一步包含其它材料，例如，正极导电剂。在一些实施例中，所述正极导电剂包括具有导电性的金属材料和导电聚合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述正极导电剂包括碳材料等的一种或多种。在一些实施例中，所述碳材料包括，但不限于，石墨、炭黑、乙炔黑和科琴黑。
3、隔离膜
在一些实施例中，本申请的电化学装置在正极与负极之间设有隔离膜，以防止两个极片接触导致的电流短路，同时可使锂离子通过。
本申请的电化学装置中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物(例如，合成树脂)或无机物(例如，陶瓷)等。在一些实施例中，隔离膜包括由所述聚合物或所述无机物制成的多孔膜。在一些实施例中，隔离膜包括层压两种以上多孔膜的层压膜。在一些实施例中，所述聚合物包括，但不限于，聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯。
在一些实施例中，所述隔离膜包括上述多孔膜(基底材料层)和设置在所述基底材料层的一个或两个表面上的高分子化合物层，其可提高隔离膜相对于正极和负极的粘附性，抑制卷绕电极极片时产生偏斜，由此抑制电解液的分解反应并抑制浸渍基底材料层的电解液的液体泄漏。通过使用此种隔离膜，即使在重复充电/放电的情况下，电化学装置的电阻不会显著增加，从而抑制了电化学装置的膨胀。
在一些实施例中，所述高分子化合物层包含，但不限于，聚偏二氟乙烯。聚偏二氟乙烯具有优异的物理强度和电化学稳定性。所述高分子化合物层可通过以下方法形成：在制备溶解有高分子材料的溶液之后，用所述溶液对基底材料层进行涂布或将基底材料层浸泡在溶液中，最后进行干燥。
三、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、太阳能电池或电容器。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用途。在一个实施例中，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。
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。
1、锂离子电池的制备
(1)负极的制备
将负极活性物质、丁苯橡胶和粘结剂按照95∶2∶2∶1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12μm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
将钴酸锂(LiCoO2)、导电碳(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LiPF6混合均匀，形成基础电解液，其中LiPF6的浓度为1.15mol/L。在基础电解液中加入不同含量丙酸酯和/或添加剂得到不同实施例/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、负极和隔膜按次序卷绕，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。
2、测试方法
(1)锂离子电池的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多次循环。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％
“1C”是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。
(2)锂离子电池的循环后存储容量保持率的测试方法
按照测试方法(1)进行300个循环后，在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，然后以0.5C恒流充电至4.45V，再在4.45V下恒压充电至0.05C，静置5分钟。在60℃下储存7天后，以1C恒流充电至4.45V，然后恒压充电至电流为0.05C，再以1C恒流放电至3.0V，放电容量记为循环后存储放电容量。通过下式计算锂离子电池的循环后存储容量保持率：
循环后存储容量保持率＝(循环后存储放电容量/首次循环的放电容量)×100％。
(3)锂离子电池的高温存储性能的测试方法
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。然后在60℃下储存21天后，测量电池的厚度。通过下式计算锂离子电池的厚度膨胀率：
厚度膨胀率＝[(存储后厚度-存储前厚度)/存储前厚度]×100％。
(4)锂离子电池的低温放电性能的测试方法
在25℃下，以0.5C恒流充电到4.45V，恒压充电至0.05C截止，然后以0.5C恒流放电到3.0V截止，记录为25℃放电容量。在25℃下，以0.5C恒流充电到4.45V，恒压充电至0.05C截止，之后将电池置于-20℃恒温箱中，静置2小时，再以0.5C恒流放电到3.0V截止，记录为-20℃放电容量。通过下式计算锂离子电池的放电百分比：
放电百分比＝[-20℃放电容量/25℃放电容量]×100％。
3、测试结果
表1-4展示了本申请实施例的锂离子电池和对比例的锂离子电池的组成和性能。结果表明，由包含碳材料(例如，人造石墨)和羟烷基甲基纤维素(例如，羟丙基甲基纤维素钠)的负极和包含PP的电解液制成的锂离子电池具有优异的循环后容量保持率、循环后存储容量保持率、高温存储性能和低温放电性能。
表1展示了负极和电解液的组成对锂离子电池的性能的影响。
在负极包含碳材料(例如，人造石墨)的情况下，锂离子电池的性能与碳材料的比表面积、负极的粘结剂和电解液的组成直接相关。
在负极包含碳材料(例如，人造石墨)和羟烷基甲基纤维素(例如，羟丙基甲基纤维素钠)的情况下，电解液中含有PP(例如S1)比不含PP(例如D1)的锂离子电池具有升高的循环后容量保持率和循环后存储容量保持率、降低的厚度膨胀率以及升高的放电百分比，这表明锂离子电池具有改善循环性能、高温存储性能和低温放电性能。这是因为羟烷基甲基纤维素和PP在负极表面形成了稳定的保护膜，使得锂离子容易脱嵌，提高了电极反应的可逆性。
在负极包含碳材料(例如，人造石墨)和电解液包含PP的情况下，相比于羧烷基纤维素(例如D2)和羟烷基纤维素(例如，D2-D5)，使用羟烷基甲基纤维素(例如，S7、S21和S22)作为负极的粘结剂可显著升高锂离子电池的循环后容量保持率和循环后存储容量保持率、降低厚度膨胀率、并且升高的放电百分比，从而改善锂离子电池的循环性能、高温存储性能和低温放电性能。
在负极包含碳材料(例如，人造石墨)和羟烷基甲基纤维素(例如，羟丙基甲基纤维素钠)且电解液包含PP的情况下，当碳材料的比表面积小于等于3m2/g时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环后存储容量保持率得以进一步提升，这是因为在特定的碳材料比表面积下，羟烷基甲基纤维素和丙酸酯在负极表面形成的保护膜更均匀且稳定，从而在循环过程中不易分解。在电解液中添加FEC后，负极表面可形成复合保护膜，其稳定性和低温性能更为优异，因此可进一步改善锂离子电池的性能。
Figure GDA0002497622550000181
Figure GDA0002497622550000191
表2展示了电解液中溶剂组成对锂离子电池的性能的影响。
由S28-S33可以看出，即使电解液中的PP的含量在一定程度上发生变化，锂离子电池依然能够获得良好的循环后容量保持率、循环后存储容量保持率、高温存储性能和低温放电性能，特别地对于锂离子电池的低温放电性能的改善尤为明显。当电解液中PP的含量在约10wt％-50wt％的范围内时，锂离子电池的性能格外优异。这是因为在该含量范围内，羟烷基甲基纤维素和PP形成的保护膜更稳定，膜阻抗更低，有利于锂离子的通过，从而可改善锂离子电池的动力学性能。
当电解液包含添加剂FEC时，在锂离子电池的充电/放电过程中，FEC和PP在负极的表面共同作用，形成稳定的保护膜，从而抑制了电解液的分解反应，其有助于提升锂离子电池的循环后容量保持率和循环后存储容量保持率。FEC在电解液中的含量没有特别限制，在一些实施例中为0.01wt％-15wt％。当电解液中PP的含量为FEC的3-10倍时，锂离子电池的性能更为优异。
此外，电解液中还可包含额外的溶剂(例如，EP或GBL)，其有助于提升锂离子电池的循环后容量保持率、循环后存储容量保持率和低温放电性能。
Figure GDA0002497622550000211
表3展示了电解液中溶质组成对锂离子电池的性能的影响。
在实施例S38-S55中，除LiPF6以外，电解液还包含其它锂盐作为电解质，例如，LiBF4、LiPO2F2和LiFSI。结果表明，在电解液中添加额外的电解质可改善锂离子电池的循环后容量保持率、循环后存储容量保持率、高温存储性能和低温放电性能。其它锂盐在电解液中的含量没有特别限制。在一些实施例中，基于电解液的总重量，其它锂盐的含量在0.01wt％-0.1wt％的范围内。在该范围内，其它锂盐可与PP和羟烷基甲基纤维素协同作用，形成牢固的复合保护膜，从而稳定界面，抑制电解液与正极/负极活性材料的反应。
Figure GDA0002497622550000231
表4展示了电解液中添加剂的组成对锂离子电池的性能的影响。
如实施例S56-S118所示，电解液中可包含以下添加剂中的一种或多种：FEC、PS、DTD、VC、SN、ADN、EDN、HTCN、TCEP、T3P、SCAH和PSAH。所得到的锂离子电池具有良好的循环后容量保持率、循环后存储容量保持率、高温存储性能和低温放电性能。
当电解液包含两种或两种以上的添加剂时，锂离子电池的循环后容量保持率和循环后存储容量保持率进一步改善。
Figure GDA0002497622550000251
Figure GDA0002497622550000261
Figure GDA0002497622550000271
尽管已经参考实施方式和实施例对本申请进行了说明。然而，本申请不限于实施方式和实施例中所述的实例，且可以进行各种改变。例如，作为二次电池的种类，已经对锂离子二次电池进行了说明。然而，适用的二次电池种类不限于此。本申请的二次电池可类似地应用于其中负极容量包括因脱嵌锂离子而造成的容量以及与锂金属的析出和溶解相关的容量，且电池容量由这些容量的总和表示的二次电池。在这种情况下，将能够脱嵌锂离子的负极材料用作负极活性物质，并将负极材料的可充电容量设定为小于正极的放电容量的值。
此外，本申请适用圆柱型、层压膜型以及电池装置具有螺旋卷绕结构，然而，适用的结构不限于此。本申请的二次电池可类似地应用于具有其他电池结构的电池如方型电池、硬币型电池和纽扣型电池，或者其中电池装置具有其他结构如层压结构的电池。
此外，已经对使用锂作为电极反应物的情况进行说明。然而，电极反应物不必限制于此。作为电极反应物，例如，可以使用其他1族元素如Na和K，2族元素如Mg和Ca，或其他轻金属如Al。可以在与电极反应物种类无关的情况下获得本申请的效果，由此即使改变电极反应物的种类，也可以获得类似的效果。
此外，关于上述各组分的数值，对源自实施例的结果的适当范围进行了说明。然而，所述说明不完全排除含量/数值在上述范围之外的可能性。即，上述适当范围/数值是用于获得本发明的效果的特别优选的范围/数值。因此，只要获得本发明的效果，则含量可以在一定程度上在上述范围/数值之外。
整个说明书中对“一些实施例”、“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。
缩写
缩写 材料名称 缩写 材料名称
EC 碳酸乙烯酯 PS 1，3-丙磺酸内酯
PC 碳酸丙烯酯 DTD 硫酸乙烯酯
GBL γ-丁内酯 SN 丁二腈
EP 丙酸乙酯 ADN 己二腈
PP 丙酸丙酯 HTCN 1，3，6-己烷三腈
VC 碳酸亚乙烯酯 EDN 乙二醇二(2-氰基乙基)醚
FEC 氟代碳酸亚乙酯 TCEP 1，2，3-三(2-氰基乙氧基)丙烷
LiBF<sub>4</sub> 四氟硼酸锂 T3P 1-丙基磷酸环酐
LiPO<sub>2</sub>F<sub>2</sub> 二氟磷酸锂 SCAH 琥珀酸酐
LiPF<sub>6</sub> 六氟磷酸锂 PSAH 磺基丙酸酐
LiFSI 三氟甲磺酰亚胺锂 TFEMC 碳酸三氟乙基甲酯
顺式DFEC 顺式4，4-二氟碳酸乙烯酯 ETFEC 碳酸乙基三氟乙酯
反式DFEC 反式4，4-二氟碳酸乙烯酯

Claims (14)

1.一种电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中所述负极包括碳材料和羟烷基甲基纤维素，且所述电解液包括丙酸酯，其中所述碳材料的比表面积小于等于3m2/g。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述碳材料选自天然石墨和人造石墨中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述负极进一步包括硅材料、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。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述羟烷基甲基纤维素选自羟烷基甲基纤维素钠和羟烷基甲基纤维素锂中的一种或多种，且所述烷基具有1-8个碳原子。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述丙酸酯选自式1化合物：
Figure FDA0002497622540000011
其中：
R1为乙基或卤代乙基，且
R2为具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述丙酸酯选自以下的一种或多种：丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸戊酯、卤代丙酸甲酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯。
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总重量，所述丙酸酯的含量为10％-65％。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液进一步包括添加剂，所述添加剂选自以下的一种或多种：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、具有2-4个氰基的化合物、环状羧酸酯、环状磷酸酐、羧酸酐、磺酸酐和羧酸磺酸酐。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其中所述添加剂选自氟代碳酸酯和具有2-4个氰基的化合物。
10.根据权利要求8所述的电化学装置，其中基于所述电解液的总重量，所述添加剂的含量为0.01％-15％。
11.根据权利要求9所述的电化学装置，其中所述氟代碳酸酯具有式C＝O(OR1)(OR2)，其中R1和R2各自选自具有1-6个碳原子的烷基或卤代烷基，其中R1和R2中的至少一者选自具有1-6个碳原子的氟代烷基，且R1和R2任选地连同其所连接的原子形成5元至7元环。
12.根据权利要求9所述的电化学装置，其中所述氟代碳酸酯选自以下的一种或多种：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。
13.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述电解液进一步包括以下的一种或多种：LiPF6、LiBF4、LiPO2F2、LiSbF6、LiAsF6、LiC4F9SO3、LiClO4、LiB(C2O4)2和LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)，其中x和y为1-5的整数。
14.一种电子装置，其包括根据权利要求1-13中任一项所述的电化学装置。
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