權(quán)利要求

1.負(fù)極極片，其包括負(fù)極集流體、設(shè)置在所述負(fù)極集流體的至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層， 所述負(fù)極材料層包括硅基復(fù)合材料，所述硅基復(fù)合材料的拉曼圖譜中，I A表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為480 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I B表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1338 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I C表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1595 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)； 所述硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.4。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述硅基復(fù)合材料的Dv50為0.2 μm至30 μm。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.01 S/cm 至30 S/cm。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述負(fù)極極片滿足以下特征中的至少一者： 1）所述硅基復(fù)合材料的Dv50為 5 μm至 10 μm； 2）所述硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為 0.02 S/cm 至 6 S/cm。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，基于所述負(fù)極材料層的質(zhì)量，所述硅基復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為3%至10%。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述負(fù)極材料層還包括石墨，所述石墨包括天然石墨、人造石墨或中間相碳微球中的至少一種。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其中，所述負(fù)極材料層還包括粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纖維素鈉或羧甲基纖維素鉀的至少一種。 9.電極組件，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片。 10.電化學(xué)裝置，包括權(quán)利要求9所述的電極組件。 11.電子裝置，包括權(quán)利要求10所述的電化學(xué)裝置。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)極極片、包含該負(fù)極極片的電化學(xué)裝置及電子裝置。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量大、工作電壓高、自放電率低、體積小、重量輕等特點(diǎn)，在消費(fèi)電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車和可移動(dòng)電子設(shè)備的高速發(fā)展，人們對(duì)鋰離子電池的能量密度、安全性、循環(huán)性能等相關(guān)要求越來越高。

硅材料具有高達(dá)4200 mAh/g的理論克容量，在鋰離子電池中的應(yīng)用有著廣闊的前景。但是硅基材料在充放電循環(huán)過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，會(huì)發(fā)生巨大的體積變化，導(dǎo)致硅基材料粉化并與集流體脫離，從而導(dǎo)致負(fù)極導(dǎo)電性變差，降低鋰離子電池的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種負(fù)極極片、包含該負(fù)極極片的電化學(xué)裝置及電子裝置，以提高鋰離子電池的循環(huán)性能和膨脹性能。具體技術(shù)方案如下：

本申請(qǐng)第一方面提供了一種負(fù)極極片，其包括負(fù)極集流體、設(shè)置在所述負(fù)極集流體的至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層，

所述負(fù)極材料層包括硅基復(fù)合材料，所述硅基復(fù)合材料的拉曼圖譜中，I A表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為480 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I B表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1338 cm -1±15cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I C表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1595 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)；所述硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.5。

本申請(qǐng)的有益效果：本申請(qǐng)通過調(diào)控I A/(I B+I C)在上述范圍內(nèi)，電化學(xué)裝置有高能量密度，同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能和膨脹性能，提高了電化學(xué)裝置的壽命和穩(wěn)定性。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.4。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述硅基復(fù)合材料的Dv50為0.2 μm至30 μm。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.01 S/cm 至 30 S/cm。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述負(fù)極極片滿足以下特征中的至少一者：

1）所述硅基復(fù)合材料的Dv50為 5 μm至 10 μm；

2）所述硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為 0.02 S/cm 至 6 S/cm。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，基于所述負(fù)極材料層的質(zhì)量，所述硅基復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為3%至10%。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述負(fù)極材料層還包括石墨，所述石墨包括天然石墨、人造石墨或中間相碳微球中的至少一種。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，所述負(fù)極材料層還包括粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纖維素鈉或羧甲基纖維素鉀的至少一種。

本申請(qǐng)第二方面提供了一種電極組件，包含本申請(qǐng)第一方面所述的負(fù)極極片。

本申請(qǐng)第三方面提供了一種電化學(xué)裝置，包含本申請(qǐng)第二方面所述的電極組件。

本申請(qǐng)的第四方面提供了一種電子裝置，包含本申請(qǐng)第三方面所述的電化學(xué)裝置。

本申請(qǐng)有益效果：

本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N負(fù)極極片、包含該負(fù)極極片的電化學(xué)裝置及電子裝置，通過調(diào)控負(fù)極極片中的硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.5，使得包含該硅基復(fù)合材料的電化學(xué)裝置的循環(huán)性能和膨脹性能得到提高，從而提高電化學(xué)裝置的壽命和穩(wěn)定性，并且電化學(xué)裝置具有高能量密度。當(dāng)然，實(shí)施本申請(qǐng)的任一產(chǎn)品或方法并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實(shí)施例。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例1制得的硅基復(fù)合材料經(jīng)拉曼測(cè)試后得到的拉曼圖譜。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員基于本申請(qǐng)所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式中，以鋰離子電池作為電化學(xué)裝置的例子來解釋本申請(qǐng)，但是本申請(qǐng)的電化學(xué)裝置并不僅限于鋰離子電池。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N負(fù)極極片，其包括負(fù)極集流體、設(shè)置在負(fù)極集流體的至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包括硅基復(fù)合材料，硅基復(fù)合材料的拉曼圖譜中，I A表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為480 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I B表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1338 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)，I C表示拉曼圖譜對(duì)應(yīng)峰位為1595 cm -1±15 cm -1時(shí)的峰強(qiáng)；

硅基復(fù)合材料滿足：0.01<I A/(I B+I C)<0.5，例如，I A/(I B+I C)可以為0.06、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.45或?yàn)槠陂g的任意范圍。優(yōu)選地，0.01<I A/(I B+I C)<0.2，I A/(I B+I C)可以為0.08、0.13、0.16、0.18、0.2或?yàn)槠陂g的任意范圍。

本申請(qǐng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)I A/(I B+I C)過小時(shí)（例如小于或等于0.01），負(fù)極極片中硅元素的含量較低，鋰離子電池的能量密度有待提升；當(dāng)I A/(I B+I C)過大時(shí)（例如大于或等于0.5），負(fù)極極片中硅元素的含量過高，而負(fù)極極片中碳元素的作用弱化，鋰離子電池的循環(huán)性能和膨脹性能有待提升。本申請(qǐng)通過調(diào)控I A/(I B+I C)在上述范圍內(nèi)，鋰離子電池具有較高的能量密度，同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能和膨脹性能。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，硅基復(fù)合材料的Dv50為0.2 μm至30 μm。例如，Dv50可以為0.2μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm或?yàn)槠陂g的任意范圍。優(yōu)選地，硅基復(fù)合材料的Dv50為5 μm至10 μm，例如，Dv50可以為5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或?yàn)槠陂g的任意范圍。通過調(diào)控硅基復(fù)合材料的Dv50在上述范圍內(nèi)，硅基復(fù)合材料顆粒結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，在循環(huán)過程中體積變化小更不容易破碎，減少因硅基復(fù)合材料因破碎暴露的新鮮界面與電解液反應(yīng)后產(chǎn)生的副產(chǎn)物，有利于減少負(fù)極極片膨脹，從而提高鋰離子電池的膨脹性能。

本申請(qǐng)中， Dv50表示顆粒在體積基準(zhǔn)的粒度分布中，從小粒徑側(cè)起，達(dá)到體積累積50%的粒徑。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.01 S/cm 至 30 S/cm。例如，可以為0.01 S/cm、0.05 S/cm、0.1 S/cm、0.5 S/cm、1 S/cm、5 S/cm、10 S/cm、20 S/cm、30 S/cm或?yàn)槠陂g的任意范圍。優(yōu)選地，硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.02 S/cm 至6 S/cm，例如，可以為0.02 S/cm、0.08 S/cm、0.15 S/cm、2 S/cm、3 S/cm、4 S/cm、5 S/cm、6 S/cm或?yàn)槠陂g的任意范圍。通過調(diào)控硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率在上述范圍內(nèi)，有利于提高負(fù)極材料的導(dǎo)電性能，從而提高鋰離子電池的性能。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，基于負(fù)極材料層的質(zhì)量，硅基復(fù)合材料的質(zhì)量百分含量為3%至10%。通過調(diào)控硅基復(fù)合材料在負(fù)極材料層中的含量在上述范圍內(nèi)，有利于平衡鋰離子電池的能量密度和膨脹性能，從而使鋰離子電池整體上具有高能量密度和高循環(huán)性能。

本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，負(fù)極材料層還包括石墨，石墨的加入有利于減少負(fù)極極片膨脹，從而提高鋰離子電池的膨脹性能。本申請(qǐng)對(duì)石墨的種類沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。例如，石墨包括天然石墨、人造石墨或中間相碳微球中的至少一種。

在本申請(qǐng)中，負(fù)極材料層中還可以包括負(fù)極粘結(jié)劑。本申請(qǐng)對(duì)負(fù)極粘結(jié)劑沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括但不限于丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纖維素鈉或羧甲基纖維素鉀的至少一種。

任選地，負(fù)極極片還可以包括導(dǎo)電層，導(dǎo)電層位于負(fù)極集流體和負(fù)極材料層之間。本申請(qǐng)對(duì)導(dǎo)電層的組成沒有特別限制，可以是本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電層，導(dǎo)電層可以包括但不限于上述負(fù)極導(dǎo)電劑和上述負(fù)極粘結(jié)劑。

本申請(qǐng)對(duì)硅基復(fù)合材料的制備方法沒有限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。例如，可以采用如下制備方法：

將有機(jī)物進(jìn)行碳化得到碳前驅(qū)體，再將碳前驅(qū)體置于回轉(zhuǎn)爐中，持續(xù)通入硅烷和氬氣的混合氣體，在450℃至600℃溫度下沉積6h至16h后，將回轉(zhuǎn)爐冷卻到室溫，然后進(jìn)行粒徑分級(jí)，得到硅基復(fù)合材料。

可以理解，混合氣體中硅烷的體積分?jǐn)?shù)、回轉(zhuǎn)爐的溫度、沉積時(shí)間通常會(huì)對(duì)硅的沉積產(chǎn)生影響。例如，硅基復(fù)合材料中硅元素的含量通常隨混合氣體中硅烷的體積分?jǐn)?shù)的增加而提高、隨回轉(zhuǎn)爐的溫度的升高而提高、隨沉積時(shí)間的增加而提高。技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整上述參數(shù)以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的。

本申請(qǐng)對(duì)碳前驅(qū)體的原料沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括由樹脂、無煙煤、橡膠、椰殼等材料制備得到的硬碳材料。示例性地，可以將椰殼經(jīng)碳化后得到硬碳材料。本申請(qǐng)對(duì)混合氣體的流速?zèng)]有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以為以300sccm至350sccm。本申請(qǐng)對(duì)粒徑分級(jí)方法沒有特別限制，只要能得到符合本申請(qǐng)粒徑要求的材料即可，例如，可以通過研磨并進(jìn)行粒徑篩分從而獲取具有不同Dv50的硅基復(fù)合材料。

本申請(qǐng)對(duì)調(diào)控硅基復(fù)合材料電導(dǎo)率的方法沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如，可以通過表面基團(tuán)調(diào)控、雜質(zhì)元素?fù)诫s、缺陷度調(diào)控等方法來調(diào)控硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率。本申請(qǐng)中，缺陷度是指硅基復(fù)合材料中無序碳（Disorder carbon）和石墨碳（Graphite carbon）的比值。硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率通常隨缺陷度的降低而提高，本申請(qǐng)對(duì)調(diào)控缺陷度的方法沒有特別限制，缺陷度可以通過碳化溫度調(diào)整，例如可以通過提高碳化溫度來降低硅基復(fù)合材料的缺陷度，從而提高硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率。

本申請(qǐng)中，負(fù)極極片包括負(fù)極集流體，負(fù)極材料層可以設(shè)置在沿負(fù)極集流體厚度方向的一個(gè)表面或兩個(gè)表面上。需要說明，這里的“表面”可以是負(fù)極集流體的全部區(qū)域，也可以是負(fù)極集流體的部分區(qū)域，本申請(qǐng)沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。本申請(qǐng)對(duì)負(fù)極集流體沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如，可以包括但不限于銅箔、銅合金箔、鎳箔、不銹鋼箔、鈦箔、泡沫鎳、泡沫銅或復(fù)合集流體等。在本申請(qǐng)中，對(duì)負(fù)極的集流體的厚度沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如厚度為4μm至12μm。本申請(qǐng)的負(fù)極材料層的厚度可以為70μm至120μm。

在本申請(qǐng)中，負(fù)極材料層除了包括上述硅基復(fù)合材料和石墨以外，還可以包括本領(lǐng)域已知的其它負(fù)極材料，例如，可以包括但不限于硬碳、軟碳、硅、硅-碳復(fù)合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO 2、尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰化TiO 2-Li 4Ti 5O 12或Li-Al合金中的至少一種。

在本申請(qǐng)中，負(fù)極材料層中還可以包括負(fù)極導(dǎo)電劑，本申請(qǐng)對(duì)負(fù)極導(dǎo)電劑沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。例如，可以包括但不限于基于碳的材料、基于金屬的材料或?qū)щ娋酆衔镏械闹辽僖环N。上述基于碳的材料選自天然石墨、人造石墨、導(dǎo)電碳黑、乙炔黑、科琴黑或碳纖維中的至少一種。上述基于金屬的材料可以包括但不限于金屬粉和/或金屬纖維，具體地，金屬可以包括但不限于銅、鎳、鋁或銀中的至少一種。導(dǎo)電聚合物可以包括但不限于聚亞苯基衍生物、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一種。

在本申請(qǐng)中，負(fù)極材料層中還可以包括負(fù)極粘結(jié)劑，本申請(qǐng)對(duì)負(fù)極粘結(jié)劑沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括但不限于聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、二乙酰基纖維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亞乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、丁苯橡膠、丙烯酸(酯)化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂或尼龍中的至少一種。

任選地，負(fù)極極片還可以包括導(dǎo)電層，導(dǎo)電層位于負(fù)極集流體和負(fù)極材料層之間。本申請(qǐng)對(duì)導(dǎo)電層的組成沒有特別限制，可以是本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電層，導(dǎo)電層可以包括但不限于上述負(fù)極導(dǎo)電劑和上述負(fù)極粘結(jié)劑。

本申請(qǐng)還提供了一種電極組件，包括本申請(qǐng)上述實(shí)施方案中所述的負(fù)極極片。

本申請(qǐng)還提供了一種電化學(xué)裝置，包括本申請(qǐng)實(shí)施方案中所述的電極組件。

本申請(qǐng)的電解液還可以包括鋰鹽和其它非水溶劑，本申請(qǐng)對(duì)鋰鹽沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如可以包括但不限于LiPF 6、LiBF 4、LiAsF 6、LiClO 4、LiB(C 6H 5) 4、LiCH 3SO 3、LiCF 3SO 3、LiN(SO 2CF 3) 2、LiC(SO 2CF 3) 3、LiSiF 6、LiBOB或者二氟硼酸鋰中的至少一種。優(yōu)選地，鋰鹽包括LiPF 6。

本申請(qǐng)對(duì)其它非水溶劑沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如可以包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有機(jī)溶劑中的至少一種。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于鏈狀碳酸酯化合物、環(huán)狀碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一種。上述鏈狀碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲丙酯（MPC）、碳酸乙丙酯（EPC）或碳酸甲乙酯（MEC）中的至少一種。上述環(huán)狀碳酸酯可以包括但不限于碳酸亞丁酯（BC）或碳酸乙烯基亞乙酯（VEC）中的至少一種。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸1,2-二氟亞乙酯、碳酸1,1-二氟亞乙酯、碳酸1,1,2-三氟亞乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亞乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亞乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亞乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亞乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亞乙酯或碳酸三氟甲基亞乙酯中的至少一種。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁內(nèi)酯、癸內(nèi)酯、戊內(nèi)酯或己內(nèi)酯中的至少一種。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-1-甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃或四氫呋喃中的至少一種。上述其它有機(jī)溶劑可以包括但不限于二甲亞砜、1,2-二氧戊環(huán)、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一種。所述其他非水溶劑的含量沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如，上述其它非水溶劑的質(zhì)量百分含量為67%至87%，例如可以67%、67.5%、70%、75%、80%、83%、85%、86.5%、87%或?yàn)槠溟g的任意范圍。

本申請(qǐng)的電化學(xué)裝置還可以包括正極極片，本申請(qǐng)對(duì)正極極片沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如正極極片通常包括正極集流體和正極材料層。正極材料層可以設(shè)置于正極集流體厚度方向上的一個(gè)表面上，也可以設(shè)置于正極集流體厚度方向上的兩個(gè)表面上。需要說明，這里的“表面”可以是正極集流體的全部區(qū)域，也可以是正極集流體的部分區(qū)域，本申請(qǐng)沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。在本申請(qǐng)中，正極集流體沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括但不限于鋁箔、鋁合金箔或復(fù)合集流體等。在本申請(qǐng)中，對(duì)正極集流體的厚度沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如厚度為8μm至12μm。

在本申請(qǐng)中，正極材料層中包括正極材料，本申請(qǐng)對(duì)正極材料沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括鋰或過渡金屬元素的復(fù)合氧化物中的至少一種。本申請(qǐng)對(duì)上述過渡金屬元素沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如可以包括鎳、錳、鈷或鐵中的至少一種。具體的，正極材料可以包括鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰、富鋰錳基材料、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰或鈦酸鋰中的至少一種。

在本申請(qǐng)中，正極材料層中還可以包括正極導(dǎo)電劑，本申請(qǐng)對(duì)正極導(dǎo)電劑沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括但不限于導(dǎo)電炭黑（Super P）、碳納米管（CNTs）、碳纖維、乙炔黑、鱗片石墨、科琴黑、石墨烯、金屬材料或?qū)щ娋酆衔镏械闹辽僖环N，優(yōu)選地，正極導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑和碳納米管。上述碳納米管可以包括但不限于單壁碳納米管和/或多壁碳納米管。上述碳纖維可以包括但不限于氣相生長碳纖維（VGCF）和/或納米碳纖維。上述金屬材料可以包括但不限于金屬粉和/或金屬纖維，具體地，金屬可以包括但不限于銅、鎳、鋁或銀中的至少一種。上述導(dǎo)電聚合物可以包括但不限于聚亞苯基衍生物、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一種。在本申請(qǐng)中，正極材料層還可以包括正極粘結(jié)劑，本申請(qǐng)對(duì)正極粘結(jié)劑沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可，例如可以包括但不限于含氟樹脂、聚丙烯樹脂、纖維型粘結(jié)劑、橡膠型粘結(jié)劑或聚酰亞胺型粘結(jié)劑中的至少一種。

任選地，正極極片還可以包括導(dǎo)電層，導(dǎo)電層位于正極集流體和正極材料層之間。本申請(qǐng)對(duì)導(dǎo)電層的組成沒有特別限制，可以是本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電層，例如可以包括但不限于上述正極導(dǎo)電劑和上述正極粘結(jié)劑。

本申請(qǐng)的電化學(xué)裝置還可以包括隔離膜，本申請(qǐng)對(duì)隔離膜沒有特別限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)目的即可。上述隔離膜可以包括基材層和表面處理層，本申請(qǐng)對(duì)基材層沒有特別限制，例如可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯為主的聚烯烴類隔離膜、聚酯膜（例如聚對(duì)苯二甲酸二乙酯膜）、纖維素膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜、氨綸、芳綸膜、織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜或紡絲膜中的至少一種，優(yōu)選為聚乙烯或聚丙烯，它們對(duì)防止短路具有良好的作用，并可以通過關(guān)斷效應(yīng)改善電化學(xué)裝置的穩(wěn)定性。本申請(qǐng)的隔離膜可以具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑的尺寸沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如，孔徑的尺寸可以為0.01μm至1μm。在本申請(qǐng)中，隔離膜的厚度沒有特別限制，只要能實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的即可，例如厚度可以為5μm至500μm。

在本申請(qǐng)中，上述基材層的至少一個(gè)表面上設(shè)置有表面處理層，本申請(qǐng)對(duì)表面處理層沒有特別限制，可以是聚合物層或無機(jī)物層，也可以是混合聚合物與無機(jī)物所形成的層。無機(jī)物層可以包括但不限于無機(jī)顆粒和無機(jī)物層粘結(jié)劑，本申請(qǐng)對(duì)無機(jī)顆粒沒有特別限制，例如，可以包括但不限于氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、二氧化鉿、氧化錫、二氧化鈰、氧化鎳、氧化鋅、氧化鈣、氧化鋯、氧化釔、碳化硅、勃姆石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣或硫酸鋇中的至少一種。本申請(qǐng)對(duì)無機(jī)物層粘結(jié)劑沒有特別限制，例如，可以包括但不限于聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一種。聚合物層中包含聚合物，本申請(qǐng)對(duì)聚合物沒有特別限制，聚合物的材料可以包括但不限于聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一種。

本申請(qǐng)的電化學(xué)裝置沒有特別限制，其可以包括發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的任何裝置。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)裝置可以包括但不限于鋰離子電池。

電化學(xué)裝置的制備過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，本申請(qǐng)沒有特別的限制，例如，可以包括但不限于以下步驟：將正極極片、隔離膜和負(fù)極極片按順序堆疊，并根據(jù)需要將其卷繞、折疊等操作得到卷繞結(jié)構(gòu)的電極組件，將電極組件放入包裝袋內(nèi)，將電解液注入包裝袋并封口，得到電化學(xué)裝置；或者，將正極極片、隔離膜和負(fù)極極片按順序堆疊，然后用膠帶將整個(gè)疊片結(jié)構(gòu)的四個(gè)角固定好得到疊片結(jié)構(gòu)的電極組件，將電極組件置入包裝袋內(nèi)，將電解液注入包裝袋并封口，得到電化學(xué)裝置。此外，也可以根據(jù)需要將防過電流元件、導(dǎo)板等置于包裝袋中，從而防止電化學(xué)裝置內(nèi)部的壓力上升、過充放電。

本申請(qǐng)還提供了一種電子裝置，其包含本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的電化學(xué)裝置。本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娀瘜W(xué)裝置具有良好的循環(huán)性能和膨脹性能，從而本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娮友b置具有較長的使用壽命。

本申請(qǐng)的電子裝置沒有特別限定，其可以是用于現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何電子裝置。在一些實(shí)施例中，電子裝置可以包括，但不限于，筆記本電腦、筆輸入型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電腦、電子書播放器、便攜式電話、便攜式傳真機(jī)、便攜式復(fù)印機(jī)、便攜式打印機(jī)、頭戴式立體聲耳機(jī)、錄像機(jī)、液晶電視、手提式清潔器、便攜CD機(jī)、迷你光盤、收發(fā)機(jī)、電子記事本、計(jì)算器、存儲(chǔ)卡、便攜式錄音機(jī)、收音機(jī)、備用電源、電機(jī)、汽車、摩托車、助力自行車、自行車、照明器具、玩具、游戲機(jī)、鐘表、電動(dòng)工具、閃光燈、照相機(jī)、家庭用大型蓄電池和鋰離子電容器等。

實(shí)施例

以下，舉出實(shí)施例及對(duì)比例來對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施方式進(jìn)行更具體地說明。各種的試驗(yàn)及評(píng)價(jià)按照下述的方法進(jìn)行。另外，只要無特別說明，“份”、“%”為質(zhì)量基準(zhǔn)。

測(cè)試方法和設(shè)備：

拉曼測(cè)試：

使用光譜儀（Jobin Yvon LabRAM HR）對(duì)各實(shí)施例和對(duì)比例制備得到的硅基復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試，光源為532nm，測(cè)試范圍為50 cm -1至4000 cm -1。

粒徑測(cè)試：

利用激光粒度分析儀（MasterSizer 2000）測(cè)試粒度分布：在50mL潔凈燒杯中加入0.02g硅基復(fù)合材料粉末樣品，加入20mL去離子水，再滴加2至3滴1%的表面活性劑，使粉末完全分散于水中，使用120W超聲清洗機(jī)中超聲5分鐘后測(cè)試硅基復(fù)合材料的粒徑。

電導(dǎo)率測(cè)試：

取5g各實(shí)施例和對(duì)比例制備得到的硅基復(fù)合材料粉末樣品，用電子壓力機(jī)恒壓至5000kg±2kg，維持15秒至25秒，將樣品置于電阻率測(cè)試儀(蘇州晶格電子ST-2255A)電極間，樣品高度h (cm)，兩端電壓U，電流I，電阻R(KΩ)；粉末壓片后的面積S=3.14 cm 2，根據(jù)公式δ=h/(S·R)/1000計(jì)算得到粉末電子電導(dǎo)率，單位為S/cm。

初始能量密度測(cè)試：

在25℃的環(huán)境中，將鋰離子電池按照下述操作流程充電，再進(jìn)行放電，得出鋰離子電池放電容量：鋰離子電池以0.5C恒流充電至4.45V，再以4.45V恒壓充電至0.025C，靜置5min，以0.5C恒流放電至3.0V，靜置5min，得出放電容量C。上述鋰離子電池充電步驟完成后，用激光測(cè)厚儀測(cè)試鋰離子電池的長L、寬W、高H，得到鋰離子電池的體積V=L×W×H。其初始能量密度（ED）＝C/V，單位為Wh/L。

循環(huán)性能測(cè)試：

測(cè)試溫度為25℃，將鋰離子電池以0.5倍率（C）恒流充電到4.45V，再恒壓充電到0.025C，靜置5分鐘后以0.5C 放電到3.0V。以此步得到的容量為初始放電容量，進(jìn)行0.5C充電/0.5C放電的循環(huán)測(cè)試800次，記錄第800圈循環(huán)的放電容量。循環(huán)容量保持率=(第800次循環(huán)的放電容量/首次循環(huán)的放電容量)×100%。

膨脹性能測(cè)試：

在測(cè)試溫度為25℃下，用螺旋千分尺測(cè)試鋰離子電池在50%荷電狀態(tài)（SOC）下的厚度，記為H 0，然后按照循環(huán)性能測(cè)試中的步驟循環(huán)至800圈時(shí)，測(cè)試鋰離子電池在100%SOC下的厚度，記為H 1。25℃循環(huán)膨脹率=(H 1-H 0)/H 0×100%。

實(shí)施例1-1

<硅基復(fù)合材料的制備>

將碳前驅(qū)體（椰殼得到的硬碳材料）置于回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，持續(xù)通入硅烷和氬氣的混合氣體，其中，基于混合氣體的總體積，硅烷的體積分?jǐn)?shù)為40%，在500℃下以300sccm的氣體流速沉積8小時(shí)后，將回轉(zhuǎn)爐冷卻到室溫，然后進(jìn)行粒徑分級(jí)，得到Dv50為6μm的硅基復(fù)合材料。

<負(fù)極極片的制備>

將上述制備的硅基復(fù)合材料、人造石墨和導(dǎo)電炭黑按照質(zhì)量比4︰93︰3混合，得到混合物；將混合物與粘結(jié)劑聚丙烯酸（PAA）按照質(zhì)量比96︰4加入去離子水中，調(diào)配成為固含量為70wt%的漿料，并攪拌均勻得到混合漿料；將混合漿料均勻涂覆在厚度為8μm的負(fù)極集流體銅箔的一個(gè)表面上，在真空干燥、85℃條件下經(jīng)過12小時(shí)烘干，得到涂層厚度為50μm的負(fù)極極片；之后，在該負(fù)極極片的另一個(gè)表面上重復(fù)以上步驟，即得到雙面涂布負(fù)極材料的負(fù)極極片；然后將上述得到的負(fù)極極片進(jìn)行冷壓、分條、裁切得到規(guī)格為76mm×867mm負(fù)極極片。

<正極極片的制備>

將正極活性材料鈷酸鋰、導(dǎo)電炭黑、聚偏二氟乙烯（PVDF）按質(zhì)量比96︰2︰2混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作為溶劑，調(diào)配成為固含量為70wt%的漿料，并攪拌均勻。將漿料均勻涂覆在厚度為10μm的正極集流體鋁箔的一個(gè)表面上，90℃條件下烘干，得到涂層厚度為60μm的正極極片。之后，在該正極極片的另一個(gè)表面上重復(fù)以上步驟，即得到雙面涂布正極材料的正極極片。然后經(jīng)過冷壓、裁切后得到規(guī)格為74mm×851mm正極極片。

<電解液的制備>

在含水量小于10ppm的氬氣氣氛手套箱中，將碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）按質(zhì)量比1∶1∶1均勻混合，作為基礎(chǔ)溶劑，加入LiPF 6，攪拌均勻，得到電解液。其中LiPF 6的質(zhì)量百分含量為12.5wt%。

<隔離膜的制備>

采用厚度為15μm的聚乙烯（PE）薄膜（Celgard公司提供）。

<鋰離子電池的制備>

將上述制備得到的正極極片、隔離膜、負(fù)極極片按順序疊好，使隔離膜處于正極和負(fù)極中間已起到隔離的作用，卷繞得到電極組件。將電極組件置于鋁塑膜包裝袋中，干燥后注入電解液，經(jīng)過真空封裝、靜置、化成、脫氣、切邊等工序得到鋰離子電池。

實(shí)施例2至實(shí)施例4

在<硅基復(fù)合材料的制備>中，除了如表1所示調(diào)整硅烷體積分?jǐn)?shù)、沉積溫度、沉積時(shí)間等制備參數(shù)以外，其余與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例5至實(shí)施例8

在<硅基復(fù)合材料的制備>中，除了對(duì)硅基復(fù)合材料進(jìn)行粒徑篩分從而如如表1所示調(diào)控硅基復(fù)合材料的Dv50以外，其余與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例9至實(shí)施例12

在<硅基復(fù)合材料的制備>中，除了通過調(diào)控碳前驅(qū)體的缺陷度從而如表1所示調(diào)整硅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率以外，其余與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例13至實(shí)施例15

在<硅基復(fù)合材料的制備>中，除了如表1所示調(diào)整硅基復(fù)合材料在負(fù)極材料層中的含量以外，其余與實(shí)施例1相同。

對(duì)比例1至實(shí)施例2

在<硅基復(fù)合材料的制備>中，除了如表1所示調(diào)整沉積時(shí)間以外，其余與實(shí)施例1相同。

上述各實(shí)施例及對(duì)比例的相關(guān)制備參數(shù)及硅基復(fù)合材料的特性參數(shù)如表1所示。

表1

從實(shí)施例1至實(shí)施例4和對(duì)比例1至對(duì)比例2可以看出，當(dāng)I A、I B、I C之間滿足0.01<I A/(I B+I C)<0.5時(shí)，鋰離子電池具有高的初始能量密度，并且鋰離子電池的循環(huán)性能和膨脹性能得到明顯提高，表明本申請(qǐng)的鋰離子電池具有優(yōu)異的壽命和穩(wěn)定性。而對(duì)比例1可能是由于沉積時(shí)間過短，導(dǎo)致硅基復(fù)合材料沉積的硅含量過低，從而影響了鋰離子電池的初始能量密度；對(duì)比例2可能是由于沉積時(shí)間過長，導(dǎo)致硅基復(fù)合材料沉積的硅含量過高，進(jìn)而導(dǎo)致硅基復(fù)合材料表面的硅未得到有效地包裹，從而影響鋰離子電池的循環(huán)性能和膨脹性能。

硅基復(fù)合材料Dv50、硅基復(fù)合材料電導(dǎo)率、硅基復(fù)合材料在負(fù)極材料層中的含量通常也會(huì)對(duì)鋰離子電池的性能產(chǎn)生影響。從實(shí)施例5至實(shí)施例7、實(shí)施例8至實(shí)施例12、實(shí)施例13至實(shí)施例15可以看出，通過調(diào)控硅基復(fù)合材料Dv50、硅基復(fù)合材料電導(dǎo)率、硅基復(fù)合材料在負(fù)極材料層中的含量在本申請(qǐng)范圍內(nèi)，有利于得到具有優(yōu)異循環(huán)性能和膨脹性能的鋰離子電池。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例1制得的硅基復(fù)合材料經(jīng)拉曼測(cè)試后得到的拉曼圖譜，可以從曲線中看到三個(gè)特征峰：特征峰A位于480 cm -1±15 cm -1處，特征峰B位于1338 cm -1±15cm -1處，特征峰C位于1595 cm -1±15 cm -1處，經(jīng)計(jì)算其I A/(I B+I C)約為0.33。其中，特征峰A歸屬為非晶硅的特征峰，特征峰B歸屬為碳的D峰，特征峰C歸屬為碳的G峰。

以上所述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例，并不用以限制本申請(qǐng)，凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍之內(nèi)。

負(fù)極極片、包含該負(fù)極極片的電化學(xué)裝置及電子裝置.pdf