一种电化学装置和电子装置的制作方法

本发明涉及材料，尤其涉及一种电化学装置和电子装置。

背景技术：

1、石墨是目前商用成熟的锂离子电池负极材料。但是，石墨的理论克容量只有372mah/g，较低的能量密度不能够满足消费者日益增长的续航要求。硅的理论克容量是石墨的十倍之多，而且硅元素在地壳中储量丰富，是目前比较理想的负极材料。但是，硅基负极在锂离子脱嵌过程中的结构破碎效应极大地阻碍了硅基负极材料商用的步伐。当前比较成熟的商用锂离子电池负极材料是采用硅负极配合石墨进行使用，利用石墨单相低膨胀的特点来降低负极材料的体积膨胀，从而提升材料的常温循环性能。比较成熟的配套电解液采用碳酸乙烯酯(ec)或氟代碳酸乙烯酯(fec)作为溶剂。低温下此类溶剂容易发生共嵌入，导致石墨负极发生粉化，影响材料的循环性能。

2、总结下来，负极材料低温性能表现差的原因主要有三点：1、低温条件下电解液的粘度增加，电导率降低；2、电解液/电极界面电极阻抗增加；3、锂离子在活性物质中的迁移速率降低。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种电化学装置和电子装置，采用基于碳酸丙烯酯(pc)的低温溶剂，有效地提升了负极材料的低温循环性能，同时采用合金包覆和软碳包覆，提升了负极材料的常温循环性能，让负极材料有更宽松的使用环境

2、第一方面，本发明实施例提供了一种电化学装置，包括负极极片和低温电解液；

3、所述负极极片包括负极材料层；

4、所述负极材料层包括负极材料复合体，所述负极材料复合体为负极活性材料和硬碳的复合材料，所述负极活性材料由微米硅、韧性合金层和软碳组成；其中，所述韧性材料合金层通过铜源材料中的活性铜与微米硅的si晶粒表层在熔融扩散过程中发生原位合金化反应生成，且包覆所述微米硅的si晶粒表面；所述软碳包覆在所述韧性材料合金层之外；

5、所述低温电解液包括低温溶剂，所述低温溶剂包括碳酸丙烯酯(pc)和其他低温溶剂；所述其他低温溶剂包括醚类和/或碳酸酯溶剂；所述醚类包括：二乙二醇丁醚，乙二醇二甲醚，二甲醚，二甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚，二甲氧基甲烷，1,2-二甲氧基乙烷中的一种或多种，所述碳酸酯溶剂包括：碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯中的一种或多种。

6、优选的，所述碳酸丙烯酯和所述其他低温溶剂的质量比为2:8。

7、优选的，所述韧性材料合金层包括：cu3si、cu4si、cu5si、cu15si4中的一种或几种；所述铜源材料包括：氧化亚铜、氯化亚铜、硫酸亚铜、硝酸亚铜、溴化亚铜、氟化亚铜、碘化亚铜、硫化亚铜、硒化亚铜、醋酸亚铜、单质铜、硫酸铜、碱式碳酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜、溴化铜、硫化铜、柠檬酸铜或甘氨酸铜中的一种或几种；

8、所述微米硅的dv50为1μm≤dv50≤5μm。

9、优选的，所述负极材料层还包括分散剂和粘结剂。

10、优选的，所述韧性材料合金层占所述韧性材料合金层和si晶粒总质量的2％-50％；所述软碳占所述负极活性材料总质量的3％-12％。

11、优选的，所述负极材料复合体通过以下方法制备得到：

12、将微米硅和铜源材料按所需比例进行混合均匀，得到粗产品；

13、将所述粗产品在300℃-900℃的惰性气体气氛下处理1-15小时，使得铜源材料的活性铜和微米硅表面的si晶粒熔融扩散，并在熔融扩散过程中发生原位合金化反应生成包覆在微米硅外层的韧性材料合金层；

14、在700℃-1000℃，在混合气源气氛下处理1-6小时，进行软碳气相包覆，自然冷却降温得到半成品；

15、将所述半成品进行筛分分级、除磁处理后得到所述负极活性材料；

16、将负极活性材料和硬碳按照设定的克容量进行复合，得到负极材料复合体。

17、优选的，所述混合气源包括：惰性气体和有机气源；惰性气体和有机气源的体积比为1：10-10：1；

18、所述有机气源包括：甲烷、乙烯、乙炔、丙烯或丙烷中的一种或多种；

19、所述惰性气体包括：氮气、氦气或氩气。

20、第二方面，本发明实施例提供了一种电子装置，包括上述第一方面所述的电化学装置。

21、在本发明提出的电化学装置中，以微米硅作原料，韧性合金原位包覆，增加了硅基材料的电子电导，利用合金层的韧性束缚住锂离子脱嵌产生的体积膨胀，提升循环性能；外层的软碳包覆提高充放电容量和效率，提高循环性能；同时利用低温电解液改善低温下的循环性能。

技术特征：

1.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括负极极片和低温电解液；

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述碳酸丙烯酯和所述其他低温溶剂的质量比为2:8。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述韧性材料合金层包括：cu3si、cu4si、cu5si、cu15si4中的一种或几种；所述铜源材料包括：氧化亚铜、氯化亚铜、硫酸亚铜、硝酸亚铜、溴化亚铜、氟化亚铜、碘化亚铜、硫化亚铜、硒化亚铜、醋酸亚铜、单质铜、硫酸铜、碱式碳酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜、溴化铜、硫化铜、柠檬酸铜或甘氨酸铜中的一种或几种；

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述负极材料层还包括分散剂和粘结剂。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述韧性材料合金层占所述韧性材料合金层和si晶粒总质量的2％-50％；所述软碳占所述负极活性材料总质量的3％-12％。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述负极材料复合体通过以下方法制备得到：

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述混合气源包括：惰性气体和有机气源；惰性气体和有机气源的体积比为1：10-10：1；

8.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求1至7任一项所述的电化学装置。

技术总结
本发明涉及一种电化学装置和电子装置，所述电化学装置包括负极极片和低温电解液；所述负极极片包括负极材料层；所述负极材料层包括负极材料复合体，所述负极材料复合体为负极活性材料和硬碳的复合材料，所述负极活性材料由微米硅、韧性合金层和软碳组成；其中，所述韧性材料合金层通过铜源材料中的活性铜与微米硅的S i晶粒表层在熔融扩散过程中发生原位合金化反应生成，且包覆所述微米硅的S i晶粒表面；所述软碳包覆在所述韧性材料合金层之外；低温电解液包括低温溶剂，低温溶剂包括碳酸丙烯酯(PC)和其他低温溶剂。

技术研发人员：潘明军,罗飞
受保护的技术使用者：溧阳天目先导电池材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15