电池单体和含有其的用电装置的制作方法

本技术涉及一种电池单体和含有其的用电装置。

背景技术：

1、近年来，电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着电池的应用范围越来越广泛，人们对电池的使用需求也日益增多，例如既要求电池具有高热稳定性，不容易出现起火爆炸等安全事故，又要求电池具有高能量密度，还要求电池在低温下仍能保持良好的功率性能。但是，为了提升电池的热稳定性，减少电池内部短路，通常需要隔离膜具有较大的厚度，而隔离膜的厚度增加往往会降低电池的能量密度，还会影响电池的低温功率性能。因此，如何使电池具有良好的综合性能，仍是当前电池开发的难点。

技术实现思路

1、本技术提供一种电池单体和含有其的用电装置，其能使电池具有高能量密度以及良好的低温功率性能和循环性能。

2、本技术第一方面提供一种电池单体，其包括电极组件，所述电极组件包括正极极片和隔离膜，所述正极极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状含锂过渡金属氧化物，且所述正极活性材料的体积分布粒径dv50小于等于6.5μm；所述隔离膜包括多孔基材以及设置于所述多孔基材至少一个表面上的多孔涂层，且所述多孔涂层包括纤维材料和颗粒状的填料。

3、本技术通过调节正极活性材料的种类和体积分布粒径dv50以及隔离膜的多孔涂层的组成，可以使电池具有高能量密度以及良好的低温功率性能和循环性能。

4、在一些实施例中，所述正极活性材料的体积分布粒径dv50小于等于6μm，可选为2μm-5.3μm。

5、通过进一步调节正极活性材料的体积分布粒径dv50，可以进一步缩短锂离子在正极活性材料中的扩散路径，使正极活性材料快速消耗电解液内的锂离子，由此可以进一步增加隔离膜负极侧和正极侧的锂离子浓度差，增加锂离子由负极传输至正极的驱动力，进而可以进一步改善电池的低温功率性能；还可以减少电池副反应，降低电池容量衰减速率，从而有利于改善电池的循环寿命；还可以使正极极片具有较高的压实密度，从而还有利于改善电池的能量密度。

6、在一些实施例中，所述正极活性材料的体积分布粒径dv90小于等于14.3μm，可选为4.4μm-13.5μm。

7、通过进一步调节正极活性材料的体积分布粒径dv90，可以进一步缩短锂离子在正极活性材料中的扩散路径，由此可以进一步增加隔离膜负极侧和正极侧的锂离子浓度差，增加锂离子由负极传输至正极的驱动力，进而可以进一步改善电池的低温功率性能；还可以减少电池副反应，降低电池容量衰减速率，从而有利于改善电池的循环寿命；还可以使正极极片具有较高的压实密度，从而还有利于改善电池的能量密度。

8、在一些实施例中，所述正极活性材料的体积分布粒径dv10小于等于3μm，可选为1μm-2μm。

9、通过进一步调节正极活性材料的体积分布粒径dv10，可以减少电池副反应，降低电池容量衰减速率，从而有利于改善电池的循环寿命，还可以使正极极片具有较高的压实密度，从而还有利于改善电池的能量密度。

10、在一些实施例中，所述正极活性材料的粒度分布(dv90-dv10)/dv50为0.8-2.5，可选为1.3-2.3。

11、通过进一步调节正极活性材料的粒度分布(dv90-dv10)/dv50在上述范围内，可以提升正极极片的压实密度，提升正极活性材料的空间利用率，进而有助于提升电池的能量密度；还可以降低正极活性材料颗粒间的接触电阻，降低电池的阻抗，进而还有助于提升电池的低温功率性能。

12、在一些实施例中，所述正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物。

13、在一些实施例中，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv50小于等于5μm，可选为2μm-4μm。

14、在一些实施例中，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv90小于等于10μm，可选为4.4μm-8μm。

15、在一些实施例中，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv10小于等于3μm，可选为1μm-2μm。

16、在一些实施例中，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的粒度分布(dv90-dv10)/dv50为0.8-2.5，可选为1.3-1.5。

17、通过调节单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径和粒度分布在上述范围内，有利于电池兼具良好的低温功率性能和良好的循环性能。

18、在一些实施例中，所述正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物。

19、在一些实施例中，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv50为7μm-12μm，可选为8μm-10μm。

20、在一些实施例中，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv90为12μm-20μm，可选为13μm-18μm。

21、在一些实施例中，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径dv10为2μm-6μm，可选为3μm-5μm。

22、在一些实施例中，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的粒度分布(dv90-dv10)/dv50为1.1-1.5，可选为1.2-1.4。

23、在一些实施例中，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物在所述正极活性材料中的重量占比为20wt%-80wt%。通过调节多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的重量占比在上述范围内，可以使电池兼具高能量密度、良好的低温功率性能和良好的循环性能。

24、在一些实施例中，所述纤维材料的长径比为5-60，可选为10-30。通过调节纤维材料的长径比在上述范围内，有助于纤维材料形成三维骨架结构，还有利于形成的三维骨架结构与颗粒状的填料搭接形成一体化效果，由此能够提高隔离膜的耐热性以及隔离膜对电解液的浸润和保持特性，从而有助于提升电池的热稳定性和循环性能。

25、在一些实施例中，所述纤维材料的平均长度为100nm-600nm，可选为200nm-450nm。通过调节纤维材料的平均长度在上述范围内，有助于纤维材料形成三维骨架结构，还有利于形成的三维骨架结构与颗粒状的填料搭接形成一体化效果，由此能够进一步提高隔离膜的耐热性和离子传输特性，从而有助于提升电池的热稳定性。

26、在一些实施例中，所述纤维材料的平均直径为11nm-40nm，可选为12nm-34nm。通过调节纤维材料的平均直径在上述范围内，有助于纤维材料形成三维骨架结构，还有利于形成的三维骨架结构与颗粒状的填料搭接形成一体化效果，由此能够进一步提高隔离膜的离子传输特性，从而有助于提升电池的循环性能。

27、在一些实施例中，所述纤维材料在所述多孔涂层中的重量含量小于等于40wt%，可选为10wt%-30wt%。

28、在一些实施例中，所述颗粒状的填料在所述多孔涂层中的重量含量大于等于60wt%，可选为68wt%-88wt%。

29、纤维材料和颗粒状的填料的重量含量在上述范围内，有利于多孔涂层浆料具有合适的粘度，从而有利于涂布；此外，还有利于纤维材料形成的三维骨架结构与颗粒状的填料搭接形成一体化效果，由此能使多孔涂层具有更稳定的空间网络结构，从而能够进一步提升隔离膜的耐热性、离子传输特性、对电解液的浸润和保持特性以及耐电压击穿能力，进而有助于提升电池的热稳定性和循环性能。

30、在一些实施例中，所述纤维材料包括有机材料和无机材料中的一种或多种。可选地，所述有机材料包括纳米纤维素、聚四氟乙烯纳米纤维和聚酰胺纳米纤维中的一种或多种。可选地，所述无机材料包括埃洛石纳米管、纳米棒状氧化铝、纳米棒状勃姆石、纳米棒状氧化硅和玻璃纤维中的一种或多种。

31、在一些实施例中，所述纤维材料包括纳米纤维素，所述纳米纤维素包括改性基团，所述改性基团包括胺基、羧基、醛基、磺酸基、硼酸基和磷酸基中的一种或多种，可选为包括磺酸基、硼酸基和磷酸基中的一种或多种。

32、在一些实施例中，所述颗粒状的填料包括有机颗粒、无机颗粒、有机-无机框架材料中的一种或多种。

33、在一些实施例中，所述颗粒状的填料包括二次颗粒形貌的第一组分和一次颗粒形貌的第二组分。

34、在一些实施例中，所述二次颗粒形貌的第一组分的平均粒径小于所述一次颗粒形貌的第二组分的平均粒径。由此有利于更好地发挥二次颗粒形貌的第一组分和一次颗粒形貌的第二组分的作用。

35、在一些实施例中，所述二次颗粒形貌的第一组分的平均粒径小于200nm。

36、二次颗粒形貌的第一组分的平均粒径在上述范围内，可以使其具有较高的比表面积，还能与纤维材料形成的三维骨架结构更好地匹配并搭接形成一体化效果，由此可以增加隔离膜的耐热性以及隔离膜对电解液的浸润和保持特性，从而有助于提升电池的热稳定性和循环性能。

37、在一些实施例中，所述一次颗粒形貌的第二组分的平均粒径为200nm-800nm。

38、一次颗粒形貌的第二组分的平均粒径在上述范围内，可以更好地发挥一次颗粒形貌的第二组分的支撑作用，使多孔涂层在长期充放电过程中保持稳定的孔道结构，进而有利于降低隔离膜的水分含量和促进离子传输，同时还能提升隔离膜的耐热性。

39、在一些实施例中，构成所述二次颗粒形貌的第一组分中的一次颗粒的粒径为8nm-30nm，可选为10nm-20nm。

40、构成二次颗粒形貌的第一组分中的一次颗粒的粒径在上述范围内，可以使第一组分具有良好的二次颗粒形貌，有利于第一组分与纤维材料形成的三维骨架结构更好的搭接形成一体化效果。

41、在一些实施例中，所述二次颗粒形貌的第一组分在多孔涂层中的重量含量大于所述一次颗粒形貌的第二组分在多孔涂层中的重量含量。由此有利于更好地发挥二次颗粒形貌的第一组分和一次颗粒形貌的第二组分的作用。

42、在一些实施例中，所述二次颗粒形貌的第一组分在所述多孔涂层中的重量含量为20wt%-85wt%。

43、二次颗粒形貌的第一组分的重量含量在上述范围内，有利于多孔涂层浆料具有合适的粘度，更有利于涂布；此外，还有利于与纤维材料形成的三维骨架结构搭接形成一体化效果，由此能使多孔涂层具有更稳定的空间网络结构，从而能够进一步提升隔离膜的拉伸强度、耐穿刺能力和耐外力挤压能力。

44、在一些实施例中，所述一次颗粒形貌的第二组分在所述多孔涂层中的重量含量为5wt%-60wt%。

45、一次颗粒形貌的第二组分的重量含量在上述范围内，可以更好地发挥一次颗粒形貌的第二组分的支撑作用，使多孔涂层在长期充放电过程中保持稳定的孔道结构，进而有利于降低隔离膜的水分含量和促进离子传输，同时还能提升隔离膜的耐热性。

46、在一些实施例中，所述多孔基材的厚度小于等于5.5μm，可选为3μm-5μm。由此有助于提升电池的能量密度。

47、在一些实施例中，所述多孔涂层的厚度小于等于3μm，可选为0.5μm-2μm。由此有助于提升电池的能量密度。

48、在一些实施例中，所述层状含锂过渡金属氧化物包括ni元素，所述ni元素的摩尔量占所述层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属元素的总摩尔量的70%以上；可选地，所述ni元素的摩尔量占所述层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属元素的总摩尔量的90%以上。由此可以使电池具有高能量密度。

49、在一些实施例中，所述电池单体的充电上限截止电压大于等于4.25v，可选为4.30v-4.45v。由此可以使电池具有高能量密度。

50、本技术第二方面提供一种用电装置，其包括本技术第一方面的电池单体。

51、本技术的用电装置包括本技术提供的电池单体，因而至少具有与所述电池单体相同的优势。