本技術(shù)涉及一種電池單體、電池裝置和用電裝置。
背景技術(shù):
1、電池單體具有容量高、壽命長(zhǎng)等特性,因此廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備,例如手機(jī)、筆記本電腦、電瓶車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)輪船、電動(dòng)玩具汽車、電動(dòng)玩具輪船、電動(dòng)玩具飛機(jī)和電動(dòng)工具等等。隨著電池單體應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展,對(duì)電池單體的性能,對(duì)電池單體的使用可靠性提出了更高的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)提供一種電池單體、電池裝置和用電裝置,能夠降低電池單體的析鋰的風(fēng)險(xiǎn),提升電池單體的使用可靠性。
2、第一方面,本技術(shù)提出了一種電池單體,電池單體包括電極組件,電極組件包括正極極片,正極極片包括正極膜層、正極集流部和至少一個(gè)正極極耳,正極膜層設(shè)置于正極集流部沿正極極片的厚度方向的至少一側(cè),正極極耳設(shè)置于正極集流部沿第一方向的至少一側(cè),其中,正極膜層包括正極活性材料,正極活性材料包括橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰材料,正極膜層的單面涂布重量為200mg/1540.25mm2至400mg/1540.25mm2,沿第二方向,正極集流部的第一點(diǎn)與最靠近第一點(diǎn)的正極極耳的間距小于等于300mm,第一點(diǎn)為正極集流部的任一點(diǎn),第一方向、第二方向和正極極片的厚度方向兩兩垂直。
3、由此,本技術(shù)實(shí)施方式中正極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),電池單體的能量密度較高;在上述高能量密度的情況下,通過(guò)調(diào)控正極集流部中任一點(diǎn)與最靠近該點(diǎn)的正極極耳沿第二方向的間距小于等于300mm,使得電子的傳輸路徑較短,每個(gè)極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
4、在一些實(shí)施方式中,正極極耳設(shè)置為一個(gè)或多個(gè),所有正極極耳設(shè)置于正極集流部沿第一方向的同一側(cè),正極集流部沿第一方向的尺寸為100mm至300mm。每個(gè)正極極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
5、在一些實(shí)施方式中,正極極耳設(shè)置為多個(gè),多個(gè)正極極耳設(shè)置于正極集流部沿第一方向的兩側(cè),正極集流部沿第一方向的尺寸為100mm至600mm。每個(gè)正極極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
6、在一些實(shí)施方式中,正極膜層的單面涂布重量為200mg/1540.25mm2至370mg/1540.25mm2。正極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
7、在一些實(shí)施方式中,正極集流部的厚度為10μm至15μm。正極集流部的厚度在上述范圍時(shí),正極集流部的過(guò)流能力較為優(yōu)異,而且能夠使得電池單體具有較高的能量密度。
8、在一些實(shí)施方式中,電極組件還包括負(fù)極極片,負(fù)極極片包括負(fù)極膜層、負(fù)極集流部和至少一個(gè)負(fù)極極耳,負(fù)極膜層設(shè)置于負(fù)極集流部沿厚度方向的至少一側(cè),負(fù)極極耳設(shè)置于負(fù)極集流部沿第一方向的至少一側(cè),其中,負(fù)極膜層包括負(fù)極活性材料,負(fù)極活性材料包括碳基材料,沿第二方向,負(fù)極集流部的第二點(diǎn)與最靠近第二點(diǎn)的負(fù)極極耳的間距小于等于300mm,第二點(diǎn)為負(fù)極集流部的任一點(diǎn)。
9、由此,每個(gè)負(fù)極極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
10、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極極耳設(shè)置為一個(gè)或多個(gè),所有負(fù)極極耳設(shè)置于負(fù)極集流部沿第一方向的同一側(cè),負(fù)極集流部沿第一方向的尺寸為100mm至300mm。每個(gè)負(fù)極極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
11、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極極耳設(shè)置為多個(gè),多個(gè)負(fù)極極耳設(shè)置于負(fù)極集流部沿第一方向的兩側(cè),負(fù)極集流部沿第一方向的尺寸為100mm至600mm。每個(gè)負(fù)極極耳承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
12、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極膜層的單面涂布重量為90mg/1540.25mm2至170mg/1540.25mm2。負(fù)極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
13、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極集流部的厚度為4μm至6μm。負(fù)極集流部的厚度在上述范圍時(shí),負(fù)極集流部的過(guò)流能力較為優(yōu)異,而且能夠使得電池單體具有較高的能量密度。
14、在一些實(shí)施方式中,電極組件為卷繞式結(jié)構(gòu),正極極耳設(shè)置為多個(gè),多個(gè)正極極耳沿電極組件的厚度方向相對(duì)設(shè)置。多個(gè)正極極耳沿電極組件的厚度方向相對(duì)設(shè)置,有利于將正極極耳和正極轉(zhuǎn)接件進(jìn)行連接。
15、在一些實(shí)施方式中,沿第二方向,正極集流部的第一點(diǎn)與最靠近第一點(diǎn)的正極極耳的間距小于等于200mm。極耳之間的間距較小,通過(guò)調(diào)控正極極耳的設(shè)置位置,使得電子的傳輸路徑較短,極耳間承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻,鋰離子脫出或嵌入更為均勻,能夠降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);由此使得電池單體的能量密度和使用可靠性能夠兼顧改善。
16、在一些實(shí)施方式中,電池單體于100%荷電狀態(tài)下,單側(cè)正極膜層的厚度與正極集流部的厚度比值為4.8至8.6。單側(cè)正極膜層的厚度與正極集流部的厚度的比值在上述范圍時(shí),能夠提升電池單體的能量密度。
17、在一些實(shí)施方式中,正極膜層的單面涂布重量為280mg/1540.25mm2至370mg/1540.25mm2。正極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
18、在一些實(shí)施方式中,電池單體于100%荷電狀態(tài)下,單側(cè)負(fù)極膜層的厚度與負(fù)極集流部的厚度比值為12.5至19.5。單側(cè)負(fù)極膜層的厚度與負(fù)極集流部的厚度的比值在上述范圍時(shí),能夠提升電池單體的能量密度。
19、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極膜層的單面涂布重量為125mg/1540.25mm2至170mg/1540.25mm2。負(fù)極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
20、在一些實(shí)施方式中,電極組件為疊片式結(jié)構(gòu),正極極耳設(shè)置于正極集流部的至少一側(cè)。
21、在一些實(shí)施方式中,正極極耳設(shè)置為多個(gè),多個(gè)正極極耳設(shè)置于正極集流部沿第一方向的兩側(cè),正極集流部沿第一方向的尺寸為400mm至600mm。正極極耳能夠相互分擔(dān)電流,極耳間承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻。
22、在一些實(shí)施方式中,正極極耳設(shè)置為兩個(gè),兩個(gè)正極極耳分別設(shè)置于正極集流部沿第一方向的兩側(cè)。兩個(gè)正極極耳能夠相互分擔(dān)電流,極耳間承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻。
23、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極極耳設(shè)置為多個(gè),多個(gè)負(fù)極極耳設(shè)置于負(fù)極集流部沿第一方向的兩側(cè),負(fù)極集流部沿第一方向的尺寸為400mm至600mm。負(fù)極極耳能夠相互分擔(dān)電流,極耳間承擔(dān)電流較小,電流分布更為均勻。
24、在一些實(shí)施方式中,電池單體于100%荷電狀態(tài)下,單側(cè)正極膜層的厚度與正極集流部的厚度比值為3.5至7.0。單側(cè)正極膜層的厚度與正極集流部的厚度的比值在上述范圍時(shí),能夠提升電池單體的能量密度。
25、在一些實(shí)施方式中,正極膜層的單面涂布重量為200mg/1540.25mm2至360mg/1540.25mm2。正極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
26、在一些實(shí)施方式中,電池單體于100%荷電狀態(tài)下,單側(cè)負(fù)極膜層的厚度與負(fù)極集流部的厚度比值為10.5至17.5。負(fù)極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
27、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極膜層的單面涂布重量為90mg/1540.25mm2至164mg/1540.25mm2。負(fù)極膜層的單面涂布重量在上述范圍時(shí),能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
28、在一些實(shí)施方式中,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽包括磷酸鹽顆粒和包覆層,包覆層包覆磷酸鹽顆粒,包覆層中含有c、fe、ti、zr、hf、ge以及sn中的一種或多種元素。磷酸鹽顆粒通過(guò)表面包覆包覆層,能夠提升橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽的導(dǎo)電性,降低材料的粉末電阻率,且有利于鋰離子的遷移速率,降低電池單體的產(chǎn)熱量。
29、在一些實(shí)施方式中,磷酸鹽顆粒包括通式為lix1ay1meambp1-cxcyz的化合物,其中,0.5≤x1≤1.3,0≤y1≤1.3,且0.9≤x1+y1≤1.3,0.9≤a≤1.5,0≤b≤0.5,且0.9≤a+b≤1.5,0≤c≤0.5,3≤z≤5,a包括na、k、mg中的一種或多種,me包括mn、fe、co、ni中的一種或多種,m包括b、mg、al、si、p、s、ca、sc、ti、v、cr、cu、zn、sr、y、zr、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce中的一種或多種,x包括s、si、cl、b、c、n中的一種或多種,y包括o、f中的一種或多種。磷酸鹽顆粒的循環(huán)穩(wěn)定性較為優(yōu)異,有利于提升電池單體的循環(huán)性能。
30、在一些實(shí)施方式中,包覆層包括通式為li3-dfe2-dm2d(pox2)y2的快離子導(dǎo)體,m2包括ti、?zr、?hf、?ge?以及?sn?中的一種或多種元素,0≤d≤1,0<x2<5,0<y2<4。在磷酸鹽顆粒表面包覆快離子導(dǎo)體,能夠顯著提高鋰離子在正極端多次脫/嵌鋰的傳輸速率,提高正極活性材料的離子導(dǎo)電性,進(jìn)而提高克容量,進(jìn)一步地,提高相應(yīng)電池單體的能量密度。
31、在一些實(shí)施方式中,正極活性材料的石墨化度為0.15至0.32,可選為0.19至0.26。正極活性材料的石墨化度在上述范圍時(shí),有利于提升正極活性材料的導(dǎo)電性,降低正極極片的產(chǎn)熱,從而降低電池單體的產(chǎn)熱量。
32、在一些實(shí)施方式中,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽中碳元素的質(zhì)量含量為1%至2%,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽的比表面積為5m2/g至18m2/g,可選為7.5m2/g至14m2/g。
33、由此,本技術(shù)實(shí)施方式中上述質(zhì)量含量的碳元素配合上述比表面積的材料,更有利于電解液和橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽有效接觸,有利于相界面處鋰離子的傳輸。
34、在一些實(shí)施方式中,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽為顆粒狀,其體積分布粒徑滿足:1μm≤dv50≤2μm,0.4μm≤dv10≤0.7μm。橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽的粒徑相對(duì)較小,鋰離子在正極活性材料中的脫嵌鋰路徑較短,產(chǎn)熱量較少,而且上述正極活性材料的粒徑不會(huì)過(guò)小,在加工制備過(guò)程中基本不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚,使得正極活性材料的性能穩(wěn)定。
35、在一些實(shí)施方式中,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽為顆粒狀,橄欖石結(jié)構(gòu)的含鋰磷酸鹽包括二次顆粒,二次顆粒包括多個(gè)一次顆粒,一次顆粒的平均粒徑為200nm至500nm。一次顆粒的平均粒徑相對(duì)較小,鋰離子在正極活性材料中的脫嵌鋰路徑較短,產(chǎn)熱量較少。
36、在一些實(shí)施方式中,正極極片還包括正極導(dǎo)電層,正極導(dǎo)電層位于正極膜層和正極集流部之間。正極導(dǎo)電層能夠進(jìn)一步提升正極極片的導(dǎo)電性能,降低正極極片的產(chǎn)熱,從而降低電池單體的產(chǎn)熱量。
37、在一些實(shí)施方式中,正極導(dǎo)電層的厚度為0.5μm至2μm。正極導(dǎo)電層的厚度在上述范圍時(shí),能夠進(jìn)一步提升正極極片的導(dǎo)電性能,降低正極極片的產(chǎn)熱,從而降低電池單體的產(chǎn)熱,而且能夠兼顧提升電池單體的能量密度。
38、在一些實(shí)施方式中,正極導(dǎo)電層包括正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑中的一種或多種。正極導(dǎo)電層中的正極導(dǎo)電劑能夠提升正極導(dǎo)電層的導(dǎo)電性,從而提升正極極片的導(dǎo)電性,降低電池單體的產(chǎn)熱量,正極導(dǎo)電層中的正極粘結(jié)劑能夠提升正極集流部和正極膜層之間的粘結(jié)性能,提升正極極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
39、在一些實(shí)施方式中,正極導(dǎo)電劑包括超導(dǎo)碳、導(dǎo)電石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳點(diǎn)、碳納米管、石墨烯和碳納米纖維中的一種或多種。
40、在一些實(shí)施方式中,正極粘結(jié)劑包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸和含氟丙烯酸酯類樹(shù)脂中的一種或多種。
41、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極活性材料包括碳基材料,碳基材料包括石墨顆粒,石墨顆粒的石墨化度為92.0%至94.5%。石墨顆粒的石墨化度在上述范圍時(shí),石墨顆粒的導(dǎo)電性能較為優(yōu)異,能夠降低負(fù)極極片的產(chǎn)熱,降低電池單體的產(chǎn)熱,并且能夠提升電池單體的快速充電性能。
42、在一些實(shí)施方式中,石墨顆粒包括人造石墨和碳包覆層,人造石墨包括二次顆粒,碳包覆層包覆于人造石墨的表面。碳包覆層具有較多的端面和缺陷,使得能夠脫嵌鋰離子的位點(diǎn)數(shù)量越多,使得碳包覆層的導(dǎo)電性較為優(yōu)異,能夠降低負(fù)極極片的內(nèi)阻,降低電池單體的產(chǎn)熱量。
43、在一些實(shí)施方式中,基于石墨顆粒的質(zhì)量,碳包覆層的質(zhì)量含量為2%至5%。碳包覆層的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),能夠進(jìn)一步降低負(fù)極極片的內(nèi)阻,降低電池單體的產(chǎn)熱量。
44、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極膜層包括第一負(fù)極膜層和第二負(fù)極膜層,第一負(fù)極膜層設(shè)置于負(fù)極集流部的表面,第一負(fù)極膜層包括碳基材料,第二負(fù)極膜層連接于第一負(fù)極膜層的背離負(fù)極集流部的一側(cè),第二負(fù)極膜層包括碳基材料,第一負(fù)極膜層中碳基材料和第二負(fù)極膜層中碳基材料各自獨(dú)立地包括石墨顆粒,且第一負(fù)極膜層中石墨顆粒的體積平均粒徑dv50大于等于第二負(fù)極膜層中石墨顆粒的體積平均粒徑dv50。
45、由此,本技術(shù)實(shí)施方式中第一負(fù)極膜層和第二負(fù)極膜層中的顆粒粒徑存在差異,能夠提升電池單體的快速充電性能,具體地,在快速充電過(guò)程中,第二負(fù)極膜層的過(guò)電勢(shì)通常較高,快速充電的瓶頸主要在于第二負(fù)極膜層,而本技術(shù)實(shí)施方式中第二負(fù)極膜層中的顆粒粒徑相對(duì)較小,能夠縮短鋰離子的固相傳輸路徑,能夠提升快速充電性能,并能夠改善負(fù)極極片表層析鋰問(wèn)題。
46、在一些實(shí)施方式中,第一負(fù)極膜層中碳基材料還包括天然石墨。
47、在一些實(shí)施方式中,第一負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度小于等于第二負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度。當(dāng)?shù)诙?fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度大于第一負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度的情況下,第二負(fù)極膜層填充更加密實(shí),使得電池單體的能量密度得到提高,第一負(fù)極膜層的填充相對(duì)較為稀疏,孔隙更加豐富,能夠提升電池單體的快速充電性能。
48、在一些實(shí)施方式中,第一負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度為0.82g/cm3至1.21g/cm3。第一負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度在合適的范圍內(nèi)時(shí),能夠提升電池單體的快速充電性能。
49、在一些實(shí)施方式中,第二負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度為0.90g/cm3至1.25g/cm3。第二負(fù)極膜層中碳基材料的振實(shí)密度在合適的范圍內(nèi)時(shí),能夠提升電池單體的能量密度。
50、在一些實(shí)施方式中,第一負(fù)極膜層中石墨顆粒的體積平均粒徑dv50為9.5μm至18.5μm。第一負(fù)極膜層中負(fù)極活性材料的體積平均粒徑dv50在上述范圍時(shí),能夠提升快速充電性能。
51、在一些實(shí)施方式中,第二負(fù)極膜層中石墨顆粒的體積平均粒徑dv50為7.8μm至14.3μm。第二負(fù)極膜層中負(fù)極活性材料的體積平均粒徑dv50在上述范圍時(shí),能夠降低鋰離子傳輸曲折度,提升電池單體的快速充電性能。
52、在一些實(shí)施方式中,第一負(fù)極膜層還包括第一含鋰粘結(jié)劑,第二負(fù)極膜層還包括第二含鋰粘結(jié)劑,第一含鋰粘結(jié)劑相對(duì)于第一負(fù)極膜層質(zhì)量的質(zhì)量含量小于等于第二含鋰粘結(jié)劑相對(duì)于第二負(fù)極膜層質(zhì)量的質(zhì)量含量。
53、由此,本技術(shù)實(shí)施方式中第二負(fù)極膜層中第二含鋰粘結(jié)劑的質(zhì)量含量相對(duì)較高,第二含鋰粘結(jié)劑為第二負(fù)極膜層提供的可自由移動(dòng)的鋰離子數(shù)量相對(duì)更多,能夠進(jìn)一步提升電池單體的快速充電性能。
54、在一些實(shí)施方式中,第一含鋰粘結(jié)劑相對(duì)于第一負(fù)極膜層質(zhì)量的質(zhì)量含量為0.1%至1%。第一含鋰粘結(jié)劑的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),能夠提升鋰離子的脫嵌速率,提升電池單體的快速充電性能。
55、在一些實(shí)施方式中,第一含鋰粘結(jié)劑中鋰元素的質(zhì)量含量為3%至10%,可選為3%至8%。鋰元素的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),能夠使得負(fù)極膜層中自由移動(dòng)的鋰離子數(shù)量相對(duì)較多,能夠進(jìn)一步縮短鋰離子擴(kuò)散至負(fù)極膜層表面的距離,提升鋰離子的脫嵌速率,提升電池單體的快速充電性能。
56、在一些實(shí)施方式中,第二含鋰粘結(jié)劑相對(duì)于第二負(fù)極膜層質(zhì)量的質(zhì)量含量為0.1%至1%。第二含鋰粘結(jié)劑中鋰元素的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),提升鋰離子的脫嵌速率,提升電池單體的快速充電性能。
57、在一些實(shí)施方式中,第二含鋰粘結(jié)劑中鋰元素的質(zhì)量含量為3%至10%,可選為3%至8%。鋰元素的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),能夠使得負(fù)極膜層中自由移動(dòng)的鋰離子數(shù)量相對(duì)較多,能夠進(jìn)一步縮短鋰離子擴(kuò)散至負(fù)極膜層表面的距離,提升鋰離子的脫嵌速率,提升電池單體的快速充電性能。
58、在一些實(shí)施方式中,第一含鋰粘結(jié)劑包括丙烯酸鋰-丙烯腈-丙烯酰胺-丙烯酸羥乙酯共聚物,丙烯酸鋰-丙烯腈-丙烯酰胺-丙烯酸羥乙酯共聚物衍生自丙烯酸鋰單體、丙烯腈單體、丙烯酰胺單體和丙烯酸羥乙酯單體,丙烯酸鋰單體、丙烯腈單體、丙烯酰胺單體和丙烯酸羥乙酯單體的摩爾比為30%至50%:15%至45%:5%至20%:20%至35%。
59、由此,上述材質(zhì)的含鋰粘結(jié)劑能夠?yàn)樨?fù)極膜層提供一定數(shù)量的鋰離子,提升電池單體的快速充電性能,而且在充放電過(guò)程中不易發(fā)生溶脹,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,使得負(fù)極膜層在快速充放電過(guò)程中循環(huán)性能得到提升。
60、在一些實(shí)施方式中,第二含鋰粘結(jié)劑包括丙烯酸鋰-丙烯腈-丙烯酰胺-丙烯酸羥乙酯共聚物,丙烯酸鋰-丙烯腈-丙烯酰胺-丙烯酸羥乙酯共聚物衍生自丙烯酸鋰單體、丙烯腈單體、丙烯酰胺單體和丙烯酸羥乙酯單體,丙烯酸鋰單體、丙烯腈單體、丙烯酰胺單體和丙烯酸羥乙酯單體的摩爾比為30%至50%:15%至45%:5%至20%:20%至35%。
61、由此,上述材質(zhì)的含鋰粘結(jié)劑能夠?yàn)樨?fù)極膜層提供一定數(shù)量的鋰離子,提升電池單體的快速充電性能,而且在充放電過(guò)程中不易發(fā)生溶脹,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,使得負(fù)極膜層在快速充放電過(guò)程中循環(huán)性能得到提升。
62、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極活性材料還包括硅基材料,硅基材料中硅元素的質(zhì)量含量為0.3%至10.0%,基于負(fù)極活性材料的質(zhì)量計(jì)。硅基材料的引入能夠提升負(fù)極活性材料的容量,提高電池單體的能量密度。
63、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極極片還包括負(fù)極導(dǎo)電層,負(fù)極導(dǎo)電層位于負(fù)極膜層和負(fù)極集流部之間。
64、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極導(dǎo)電層的厚度為0.5μm至2μm。負(fù)極導(dǎo)電層能夠進(jìn)一步提升負(fù)極極片的導(dǎo)電性能,降低負(fù)極極片的產(chǎn)熱,從而降低電池單體的產(chǎn)熱量。
65、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極導(dǎo)電層包括負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極粘結(jié)劑中的一種或多種。負(fù)極導(dǎo)電層中的負(fù)極導(dǎo)電劑能夠提升負(fù)極導(dǎo)電層的導(dǎo)電性,從而提升負(fù)極極片的導(dǎo)電性,降低電池單體的產(chǎn)熱量,負(fù)極導(dǎo)電層中的負(fù)極粘結(jié)劑能夠提升負(fù)極集流部和負(fù)極膜層之間的粘結(jié)性能,提升負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
66、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極導(dǎo)電劑包括超導(dǎo)碳、導(dǎo)電石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳點(diǎn)、碳納米管、石墨烯和碳納米纖維中的一種或多種。
67、在一些實(shí)施方式中,負(fù)極粘結(jié)劑包括丁苯橡膠、水溶性不飽和樹(shù)脂sr-1b、水性丙烯酸類樹(shù)脂、聚乙烯醇、海藻酸鈉和羧甲基殼聚糖中的一種或多種。
68、在一些實(shí)施方式中,隔離膜包括多孔結(jié)構(gòu)的基膜,基膜的孔隙率為20%至70%。本技術(shù)實(shí)施方式中隔離膜的孔隙率在上述范圍時(shí),能夠提升鋰離子在隔離膜的遷移能力,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱。
69、在一些實(shí)施方式中,隔離膜包括多孔結(jié)構(gòu)的基膜,基膜的孔隙率為35%至60%。本技術(shù)實(shí)施方式中隔離膜的孔隙率在上述范圍時(shí),能夠提升鋰離子在隔離膜的遷移能力,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱。
70、在一些實(shí)施方式中,基膜的厚度為6μm至12μm?;さ暮穸仍谏鲜龇秶鷷r(shí),鋰離子在基膜中的遷移路徑較短,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱。
71、在一些實(shí)施方式中,基膜的厚度為6μm至9μm?;さ暮穸仍谏鲜龇秶鷷r(shí),鋰離子在基膜中的遷移路徑較短,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱。
72、在一些實(shí)施方式中,隔離膜包括基膜和設(shè)置于基膜至少一側(cè)的功能層,功能層包括第一功能層和第二功能層,第一功能層位于基膜的一側(cè),第一功能層包括第一無(wú)機(jī)顆粒,第二功能層位于基膜的另一側(cè),第二功能層包括復(fù)合顆粒,復(fù)合顆粒包括第二無(wú)機(jī)顆粒和多個(gè)非氟聚合物顆粒,第二無(wú)機(jī)顆粒附著于非氟聚合物顆粒的表面和/或分散在非氟聚合物顆粒的內(nèi)部。第一功能層和第二功能層的耐熱性能較好,能夠提升隔離膜的耐熱性能。
73、在一些實(shí)施方式中,非氟聚合物顆粒包括丙烯酸酯類共聚物。丙烯酸酯類共聚物具有優(yōu)異的粘結(jié)性能,其與基膜的粘結(jié)穩(wěn)定性較高。
74、在一些實(shí)施方式中,第一無(wú)機(jī)顆粒包括氧化硅、氧化鋁、勃姆石、硫酸鋇、氧化鈣、氧化鈦、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋯和氧化錫中的一種或多種。上述第一無(wú)機(jī)顆粒能夠提升第一功能層的耐熱性能。
75、在一些實(shí)施方式中,第二無(wú)機(jī)顆粒包括氧化硅、氧化鋁、勃姆石、硫酸鋇、氧化鈣、氧化鈦、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋯和氧化錫中的一種或多種。上述第二無(wú)機(jī)顆粒能夠提升第一功能層的耐熱性能。
76、在一些實(shí)施方式中,第二無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑為5nm至100nm。第二無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑在上述范圍時(shí),有利于提升復(fù)合顆粒的耐熱性能和壓縮模量。
77、在一些實(shí)施方式中,電解液于室溫下的電導(dǎo)率為13ms/cm至20ms/cm。電解液的電導(dǎo)率在上述范圍時(shí),鋰離子在該電解液中的遷移速率較高,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱,并能夠提升電池單體的快速充電性能。
78、在一些實(shí)施方式中,電解液于室溫下的粘度為2.3mpa·s至3.5mpa·s。電解液的粘度在上述范圍時(shí),鋰離子在電解液中的遷移速率較高,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱,并能夠提升電池單體的快速充電性能。
79、在一些實(shí)施方式中,電解液于室溫下的密度為1.05g/ml至1.35g/ml。電解液的密度在上述范圍時(shí),鋰離子在電解液中的遷移速率較高,能夠進(jìn)一步降低電池單體的內(nèi)阻,從而降低產(chǎn)熱,并能夠提升電池單體的快速充電性能。
80、在一些實(shí)施方式中,羧酸酯類溶劑包括鏈狀羧酸酯類溶劑,鏈狀羧酸酯類溶劑在有機(jī)溶劑的質(zhì)量含量大于等于5%且小于等于75%,可選為大于等于10%且小于等于75%,可選為30%至70%,可選為50%至70%。鏈狀羧酸酯類溶劑的質(zhì)量含量在上述范圍時(shí),使得電解液體系的粘度相對(duì)較小,有利于鋰離子的遷移。
81、在一些實(shí)施方式中,鏈狀羧酸酯類溶劑包括式i所示的化合物,
82、式i,
83、式i中,
84、r1包括氫原子、鹵素原子、c1至c5烷基或c1至c5鹵代烷基,
85、r2包括c1至c5烷基或c1至c5鹵代烷基。
86、由此,本技術(shù)實(shí)施方式中上述鏈狀羧酸酯類溶劑的電導(dǎo)率較高,有利于提升電池單體的快速充電能力。
87、在一些實(shí)施方式中,r1包括氫原子、鹵素原子、c1至c3烷基或c1至c3鹵代烷基。
88、在一些實(shí)施方式中,在一些實(shí)施方式中,r2包括c1至c3烷基或c1至c3鹵代烷基。
89、在一些實(shí)施方式中,鏈狀羧酸酯類溶劑包括式i-1所示化合物至式i-8所示化合物中的一種或多種,
90、
91、在一些實(shí)施方式中,有機(jī)溶劑還包括碳酸酯類溶劑,碳酸酯類溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一種或多種。上述碳酸酯類溶劑和鏈狀羧酸酯類溶劑配合使用,使得電解液的電導(dǎo)率得到提高,有利于鋰離子的遷移。
92、在一些實(shí)施方式中,碳酸酯類溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一種或多種。
93、在一些實(shí)施方式中,碳酸酯類溶劑在有機(jī)溶劑中的質(zhì)量含量為30%至70%,可選為30%至50%。上述質(zhì)量含量的碳酸酯類溶劑,能夠進(jìn)一步提高電解液的電導(dǎo)率得到提高,有利于鋰離子的遷移。
94、在一些實(shí)施方式中,電解液還包括添加劑,添加劑包括碳酸酯類添加劑、含硫添加劑和鋰鹽類添加劑中一種或多種。上述添加劑能夠改善正極側(cè)和/或負(fù)極側(cè)的界面膜性能,有利于提升電池單體的快速充電性能,并改善循環(huán)性能。
95、在一些實(shí)施方式中,碳酸酯類添加劑包括碳酸亞乙烯酯vc、氟代碳酸乙烯酯fec中一種或多種。
96、在一些實(shí)施方式中,含硫添加劑包括硫酸乙烯酯dtd、雙硫酸乙烯酯2-dtd、亞硫酸丁烯酯bs、1,3-丙磺酸內(nèi)酯ps、亞硫酸乙烯酯es、甲基二磺酸亞甲酯mmds中一種或多種。
97、在一些實(shí)施方式中,鋰鹽類添加劑包括二氟磷酸鋰lipo2f2、二氟草酸硼酸鋰lidfob、四氟硼酸鋰libf4、雙草酸硼酸鋰libob中一種或多種。
98、在一些實(shí)施方式中,添加劑在電解液中的質(zhì)量含量為1%至10%,可選為2%至8%。上述質(zhì)量含量的添加劑能夠有效改善正極側(cè)和/或負(fù)極側(cè)的界面膜性能,有利于提升電池單體的快速充電性能,并改善循環(huán)性能。
99、在一些實(shí)施方式中,電解液還包括鋰鹽,鋰鹽包括含氟磺酰亞胺鹽和六氟磷酸鋰lipf6中的一種或多種。上述鋰鹽易于解離,有利于鋰離子的快速遷移,且電解液體系相對(duì)穩(wěn)定,不易分解,能夠提升電池單體的循環(huán)性能。
100、在一些實(shí)施方式中,含氟磺酰亞胺鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰lifsi、雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰litfsi中一種或多種。
101、在一些實(shí)施方式中,鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰lifsi和六氟磷酸鋰lipf6,雙氟磺酰亞胺鋰lifsi的摩爾濃度為0.2mol/l至0.5mol/l,六氟磷酸鋰lipf6的摩爾濃度為0.5mol/l至1.0mol/l。
102、在一些實(shí)施方式中,雙氟磺酰亞胺鋰的摩爾濃度和六氟磷酸鋰lipf6中的摩爾濃度的比值為0.2至1.0。
103、在一些實(shí)施方式中,殼體的基體材質(zhì)包括鋼,殼體的厚度為0.1mm至0.5mm,可選為0.2mm至0.35mm。殼體的厚度在上述范圍時(shí),使得殼體的機(jī)械強(qiáng)度較高,能夠提升電池單體的使用可靠性和循環(huán)性能,且殼體占用空間較少,殼體內(nèi)部空間較多,有利于提升電池單體的能量密度。
104、在一些實(shí)施方式中,電池單體還包括正極端子,正極極耳與正極端子直接焊接。直接焊接能夠降低連接處的電阻,有利于降低電池單體整體的內(nèi)阻。
105、在一些實(shí)施方式中,電池單體從?10%荷電狀態(tài)至80%荷電狀態(tài)的充電時(shí)間為5min至10.5?min,電池單體的充電速度較快,更有利于改善快速充電能力。
106、第二方面,本技術(shù)提出了一種電池裝置,電池裝置包括本技術(shù)第一方面任一實(shí)施方式的多個(gè)電池單體。
107、在一些實(shí)施方式中,電池從?10%荷電狀態(tài)至80%荷電狀態(tài)的充電時(shí)間為5min至10.5?min。電池的充電速度較快,更有利于改善快速充電能力。
108、第三方面,本技術(shù)提出了一種用電裝置,用電裝置包括本技術(shù)第二方面任一實(shí)施方式的電池裝置。