电化学装置及电子装置的制作方法

本技术涉及储能，尤其涉及一种电化学装置及电子装置。

背景技术：

1、随着人们对手机、笔记本电脑、相机等电子产品的需求逐年增加，电化学装置作为电子产品的电源在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色，因而推动了对于电化学装置在多样化场景下使用性能的提升需求。现有技术手段在改善电化学装置的高温性能的同时往往会导致电化学装置的低温放电性能的劣化。因此，提供具备良好高温性能且兼顾低温放电性能的电化学装置成为当务之急。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种电化学装置及电子装置，其在实现较优高温存储性能的同时，兼顾改善低温放电性能和循环性能。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种电化学装置，包括正极和非水电解液，正极包括设置在正极集流体至少一个表面上的正极材料层，正极材料层包括含锂过渡金属复合氧化物，含锂过渡金属复合氧化物包括lixnazco1-ymyo2，其中0.6＜x＜0.95，0≤y＜0.15，0＜z≤0.03，m选自由al、mg、ti、mn、fe、ni、zn、cu、nb、cr和zr组成的群组中的至少一者；非水电解液包括式i化合物：

3、化合物；

4、其中，r选自未取代或被ra取代的c2至c6的烷基、未取代或被ra取代的c2至c6的烯基、未取代或被ra取代的c2至c6的炔基、未取代或被ra取代的c5至c12的含氮杂芳基、未取代或被ra取代的c6至c12的芳基，各个基团的取代基ra各自独立地选自氟或c1至c6的氟烷基。其中，基于非水电解液的总质量，式i化合物的质量百分含量为a％，1≤a/z≤200。

5、基于本技术实施例的电化学装置，发明人发现，当正极材料层包括含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2，且其中m元素选自al、mg、ti、mn、fe、ni、zn、cu、nb、cr和zr中的至少一种，同时在电化学装置中的非水电解液中加入式i化合物，并控制非水电解液中式i化合物的质量百分含量的a值与含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2中na原子比例的z值满足上述范围，能够使式i化合物的砜基官能团中的孤对电子特异性地结合含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2上的钴原子和m原子，在电池化成过程中形成含氟化物和磺酸/硫酸盐的高稳定性富无机保护薄层，从而在不影响高温存储性能的情况下使界面阻抗降低，促进低温下锂离子的界面传输，改善电化学装置的低温放电性能，还有利于提升正极材料层在高温情况下的稳定性，使得电化学装置具有优良的高温存储性能。

6、在其中一些实施例中，对于电化学装置中的式i化合物的质量百分含量a％和含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2中na的含量z，满足以下条件中的至少一者：(1)5≤a/z≤100；(2)0.1≤a≤5；(3)0.005≤z≤0.02。基于上述实施例，通过调整式i化合物的质量百分含量a％的值、含锂过渡金属复合氧化物中na的含量z满足任一上述条件，使得含锂过渡金属复合氧化物能够与电解液中式i化合物更好地配合，使式i化合物中的砜基官能团能够更完全地与锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2上的钴原子和m原子结合，因而可以进一步提升电化学装置的高温存储性能和低温放电性能。

7、在其中一些实施例中，上述式i化合物包括以下化合物中的至少一种：

8、

9、基于上述实施例，通过选择上述种类的式i化合物，其结构上的r基团能够更好地促进砜基官能团与锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2上的钴原子和m原子结合，兼顾改善电化学装置的高温存储性能和低温放电性能。

10、在其中一些实施例中，上述非水电解液还包括如式ii化合物所示的二腈类物质和式iii化合物所示的三腈类物质：

11、化合物，

12、其中，r0选自c2至c10的链状亚烷基、c2至c10的亚烯基或-ra-(o-rb)n-rc-，ra、rb和rc各自独立地选自c1至c3的亚烷基或c2至c3的亚烯基，n为1至3的整数；

13、化合物，

14、其中，r11、r12和r13各自独立地选自c1至c3的亚烷基或-ra-(o-rb)n-rc-，ra、rb和rc各自独立地选自单键、c1至c2的亚烷基，n为1至3的整数，r21选自氢原子、c1至c3的亚烷基；基于非水电解液的总质量，式ii化合物的质量百分含量为b％，式iii化合物的质量百分含量为c％，0.05≤a/(b+c)≤50。基于上述实施例，本技术的电化学装置在电解液中进一步添加一定含量的二腈类物质和三腈类物质。其中，在控制满足0.05≤a/(b+c)≤50时，二腈类物质和三腈类物质中的腈类分子能够通过结合正极材料层中含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2的钴原子，形成富含氰基的抗氧化覆盖层，且二腈类物质和三腈类搭配使用还能提高表面覆盖度，充分钝化材料界面，有效阻挡电解液分子到达界面发生持续性的氧化反应，从而发挥进一步改进电化学装置的高温存储性能和低温放电性能的作用。

15、在其中一些实施例中，对于电化学装置中的式i化合物的质量百分含量a％，式ii化合物的质量百分含量b％和式iii化合物的质量百分含量c％，满足以下条件中的至少一者：(1)0.5≤b+c≤8；(2)0.1≤a/(b+c)≤2；(3)0.1≤b≤6；(4)0.1≤c≤6。基于上述实施例，本技术的电化学装置通过调控式i化合物的质量百分含量a％，式ii化合物的质量百分含量b％和式iii化合物的质量百分含量c％的含量参数在上述范围内，使得各化合物的含量尤其是二腈类物质和三腈类物质的含量比例处于合适的范围，此时更利于二腈类物质和三腈类物质发挥协同作用，进一步提高表面覆盖度，更加充分地钝化材料界面，从而发挥进一步改进电化学装置的高温存储性能和低温放电性能的作用。

16、在其中一些实施例中，上述式ii化合物选自丁二腈、戊二腈、甲基戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、反丁烯二腈或1,2-双(氰基乙氧基)乙烷中的至少一种。

17、在其中一些实施例中，上述式iii化合物选自1,3,5-戊烷三腈、1,3,6-己烷三腈或1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷中的至少一种。选用上述式ii和/或式iii化合物，能够提升腈类分子与正极材料层中含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2的钴原子的结合效率，提高富含氰基的抗氧化覆盖层的表面覆盖度，更加充分地钝化材料界面，从而发挥进一步改进电化学装置的高温存储性能和低温放电性能的作用。

18、在其中一些实施例中，上述非水电解液还包括环状碳酸酯，环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中的至少二种；基于非水电解液的总质量，环状碳酸酯的质量百分含量为1％至30％。优选地，环状碳酸酯的质量百分含量为2％至15％。基于上述实施例，电解液中选用上述环状碳酸酯，且调控环状碳酸酯的含量在上述范围内，可以进一步提升高温存储性能，同时进一步兼顾提升电化学装置的低温放电性能。

19、在其中一些实施例中，上述非水电解液还包括线性酯，线性酯包括氟代线性酯和非氟代线性酯。所述线性酯满足以下条件中的至少一者：(1)上述氟代线性酯选自甲基二氟乙基碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、甲基六氟异丙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、乙酸2,2-二氟乙酯、乙酸2,2,2-三氟乙酯、乙酸六氟异丙酯、丙酸2,2-二氟乙酯、丙酸2,2,2-三氟乙酯或丙酸六氟异丙酯中的至少一种。(2)上述非氟代线性酯选自碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯，碳酸乙丙酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。(3)基于非水电解液的总质量，线性酯的质量百分含量为x0％，10≤x0≤70，优选为15≤x0≤50。基于上述实施例，电解液中选用上述包括氟代线性酯和非氟代线性酯在内的线性酯，且调控环状碳酸酯的含量在上述范围内，可以进一步提升高温存储性能，同时进一步兼顾提升电化学装置的低温放电性能。

20、在其中一些实施例中，上述非水电解液中线性酯的质量百分含量x0％、氟代线性酯的质量百分含量x1％和非氟代线性酯的质量百分含量x2％，满足以下条件中的至少一者：(1)10≤x1≤50；(2)5≤x2≤50。基于上述实施例，本技术的电化学装置通过调控非水电解液中，氟代线性酯的质量百分含量x1％和非氟代线性酯的质量百分含量x2％的含量参数在上述范围内，使得各化合物的含量尤其是氟代线性酯的含量处于合适的范围，此时更利于进一步提升高温存储性能，同时进一步兼顾提升电化学装置的低温放电性能。

21、在其中一些实施例中，上述非水电解液还包括内盐类物质，具体包括式iv化合物和/或式v化合物：

22、化合物，化合物。

23、其中r1至r5各自独立地选自氢原子、氟原子、乙烯基、乙炔基或酸酐基；基于非水电解液的总质量，上述式iv化合物和式v化合物的质量百分含量之和为0.1％至1％；r1至r5中任意两个相邻基团之间独立存在，或通过共价键连接并与母环连接成环。基于上述实施例，本技术的电化学装置在电解液中进一步添加一定含量的内盐类物质，内盐类物质能络合含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2溶出并游离在电解液中的过渡金属离子，大大减少过渡金属离子其在负极的沉积现象，改善sei稳定性，从而兼顾改善电化学装置的循环性能、高温储存性能和低温放电性能。

24、在其中一些实施例中，上述式iv化合物包括以下化合物中的至少一种：

25、

26、上述式v化合物包括以下化合物中的至少一种：

27、

28、基于上述实施例，选用上述内盐类物质，可以更高效率地络合含锂过渡金属复合氧化物lixnazco1-ymyo2中溶出并游离在电解液中的过渡金属离子，减少过渡金属离子在负极的沉积现象，改善sei稳定性，进一步兼顾改善电化学装置的循环性能、高温储存性能和低温放电性能。

29、第二方面，本技术实施例提供了一种电子装置，其包括上述的电化学装置。

技术特征：

1.一种电化学装置，其特征在于，包括正极和非水电解液，所述正极包括设置在正极集流体至少一个表面上的正极材料层，所述正极材料层包括含锂过渡金属复合氧化物，所述含锂过渡金属复合氧化物包括lixnazco1-ymyo2，其中0.6＜x＜0.95，0≤y＜0.15，0＜z≤0.03，m选自由al、mg、ti、mn、fe、ni、zn、cu、nb、cr和zr组成的群组中的至少一者；非水电解液包括式i化合物：

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置满足以下条件中的至少一者：

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述式i化合物包括以下化合物中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述非水电解液还包括式ii化合物和式iii化合物：

5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述非水电解液满足以下条件中的至少一者：

6.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述式ii化合物选自丁二腈、戊二腈、甲基戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、反丁烯二腈或1,2-双(氰基乙氧基)乙烷中的至少一种；和/或，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述非水电解液还包括环状碳酸酯，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的至少二种；基于所述非水电解液的总质量，所述环状碳酸酯的质量百分含量为1％至30％。

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，基于所述非水电解液的总质量，所述环状碳酸酯的质量百分含量为2％至15％。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述非水电解液还包括线性酯，所述线性酯包括氟代线性酯和非氟代线性酯；所述线性酯满足以下条件中的至少一者：

10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于，基于所述非水电解液的总质量，所述非水电解液满足以下条件中的至少一者：

11.根据权利要求1至6任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述非水电解液还包括式iv化合物和/或式v化合物；

12.根据权利要求11所述的电化学装置，其特征在于，所述式iv化合物包括以下化合物中的至少一种：

13.一种电子装置，包括根据权利要求1至12中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请公开了一种电化学装置及电子装置。电化学装置包括正极和非水电解液，正极包括设置在正极集流体至少一个表面上的正极材料层，正极材料层包括含锂过渡金属复合氧化物，含锂过渡金属复合氧化物包括LixNazCo1‑yMyO2，其中0.6＜x＜0.95，0≤y＜0.15，0＜z≤0.03，M选自由Al、Mg、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu、Nb、Cr和Zr组成的群组中的至少一者；非水电解液包括式I化合物，式I化合物的质量百分含量为A％，1≤A/z≤200。本申请提供的电化学装置呈现出较优的电化学性能，尤其是较优的高温存储性能和低温放电性能。

技术研发人员：简俊华,崔辉,刘建禹,唐超
受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5