电池单体、电池及用电装置的制作方法

本技术属于电池，尤其涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池因具有高容量、高能量密度、对环境污染小和无记忆效应的优点被广泛应用于3c电子产品、电动汽车、混合动力汽车和储能系统。基于市场运营电池使用模型，延长电池服役寿命，可实现电池生产商及使用者双赢。

2、正极活性材料作为锂离子电池的活性锂离子供体，对锂电池容量及循环保持率至关重要。负极材料作为活性锂离子脱嵌的载体，对二次电池的循环性能和寿命有较大影响。为了进一步提高锂离子电池的循环寿命，对电池的正极活性材料、负极材料提出了更高的要求。

3、上述的陈述仅用于提供与本技术有关的背景技术信息，而不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电池单体、电池及用电装置，旨在提高电池单体的循环性能和服役寿命。

2、为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供一种电池单体，该电池单体包括正极极片和负极极片；

4、正极极片含有正极活性材料，正极活性材料包括正极活性物质以及包覆在正极活性物质外表面的包覆层，正极活性材料中一次颗粒的数量占比≥50%；

5、负极极片含有负极活性材料，负极活性材料包括石墨，该石墨的oi值为2~8。

6、本技术实施例提供的电池单体包括正极极片和负极极片，通过控制正极活性材料中一次颗粒的数量占比，使得正极活性材料表现出较高的分散性和结构稳定性，这样，正极活性材料在循环过程中因结构内应力引起的结构退化及相变减缓，使得锂离子在晶格内部迁移阻力减小，从而以较快的扩散速率传输至负极极片中，另外，正极活性材料呈核壳结构，该包覆层的存在，能够有效起到对正极活性物质的保护作用，不仅可以避免正极活性物质与电解液直接接触，降低正极活性材料表面副反应的发生，还可以防止正极活性物质中过渡金属溶出，例如mn溶出会扩散至负极，造成阳极sei膜损耗，体系极化增加，循环保持率下降；而包覆层的存在可以有效保证正极活性材料的结构稳定性，进而使得该电池单体具有较高的容量循环保持率，赋予该电池单体较长的服役寿命。采用oi值位于上述范围的石墨作为负极活性材料，有利于增强各项同性，从而有效降低体系极化提升动力学，促进活性离子顺利进入离子扩散通道，进一步提高活性离子的嵌脱速率，使得该负极活性材料在电池单体循环过程中膨胀力超阈值风险较低，还可以降低循环过程中锂离子的损耗。

7、综上所述，本技术实施例提供的电池单体在提高正极活性材料的结构稳定性，促进锂离子传输的同时，进一步降低循环过程中的锂损失，降低体系极化提升动力学，从而实现活性离子快速完成电荷交换和嵌入脱出，赋予锂离子电池较长的服役寿命，为获得长寿命锂离子电池体系提供了思路。

8、在一些实施例中，正极活性材料中一次颗粒的数量占比为70%~80%。

9、通过控制正极活性材料中一次颗粒的数量占比，更有利于提高正极活性材料的分散性，使得正极活性材料在循环过程中保持颗粒结构稳定性，不容易发生破裂。

10、在一些实施例中，石墨的oi值为2~5，oi＝c004/c110，c004为石墨x衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，c110为石墨x衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积，两者比值即为oi值。

11、oi值可以反应石墨晶面取向，而且石墨取向对与离子传输路径有较大影响，本技术实施例通过控制石墨的oi值位于上述范围，有利于改善石墨的体积膨胀和反应动力学，增强各项同性，有效改善了负极极片在循环过程中体积效应，进一步提高电池单体的循环性能。

12、在一些实施例中，石墨化度≥95%。

13、在一些实施例中，石墨的石墨化度为97%~99%。

14、在该石墨化度的条件下，使得该负极活性材料的晶体结构越接近理想石墨的完整层状结构，晶体中层错和位错等缺陷较少，使得该石墨具有较高的克容量。

15、在一些实施例中，包覆层包括第一子包覆层，第一子包覆层包含氧化物、氟化物、磷酸盐、碳材料、锂离子导体中的至少一种；可选地，所述第一子包覆层包含锂离子导体。该些第一子包覆层材料如氧化物、氟化物、磷酸盐、碳材料等可以有效改善电解液与正极活性材料之间的界面稳定性，如锂离子导体，在改善电解液与正极活性材料之间的界面稳定性同时，还有利于锂离子的传输，改善锂离子的嵌入/脱锂动力学性能，从而提高正极活性材料的容量循环保持率。

16、在一些实施例中，氧化物包括氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化锌、氧化镧、氧化锆、二氧化钛、氧化硅、三氧化二铋、氧化铟和四氧化三钴中的至少一种。这些氧化物可以防止正极活性物质与电解液直接接触，有效降低副反应的发生，提高正极活性物质的结构稳定性，使得正极活性材料在循环过程中不易发生相变，从而赋予电池单体较高的循环稳定性。

17、在一些实施例中，氟化物包括三氟化铝和氟化钙中的至少一种。这些氟化物可以有效降低正极活性物质副反应的发生，改善正极活性材料与电解液之间的界面稳定性，使得正极活性材料在循环过程中不易发生相变，从而提高电池单体的能量密度和循环寿命。

18、在一些实施例中，磷酸盐包括磷酸铝、磷酸钴、磷酸镍和磷酸铁中的至少一种。该些磷酸盐可以有效降低正极活性物质副反应的发生，提高正极活性物质的结构稳定性，使得正极活性材料在循环过程中不易发生相变，从而提高电池单体的能量密度和循环寿命。

19、在一些实施例中，碳材料包括石墨烯和碳纳米管中的至少一种。这些碳材料在提高正极活性物质结构稳定性的同时，还可以有效提高正极活性物质的导电子能力，增强正极活性材料传输活性离子的能力，使得电池表现出较低的直流阻抗，从而进一步提升电池的循环性能。

20、在一些实施例中，锂离子导体包括磷酸锂、磷酸铁锂、钽酸锂、偏铝酸锂、四氧化二钛锂、锆酸锂、硅酸锂、正钒酸锂、碳硼酸锂至少一种。该些锂离子导体可以提高正极活性物质的锂离子传输速率，此外，在首次充电过程中，还存在有至少部分锂离子导体可以起到补锂的作用，作为“牺牲剂”用于补充锂源，从而提高电池单体的首次库伦效率。

21、在一些实施例中，第一子包覆层占正极活性材料的质量分数为0.1wt%~0.5wt%。将第一子包覆层的含量控制在上述范围，可以在正极活性物质表面有效包覆第一子包覆层。

22、在一些实施例中，包覆层还包括第二子包覆层，第二子包覆层设置在第一子包覆层远离正极活性物质的一侧，第二子包覆层包含导电聚合物。

23、通过在正极活性物质表面包覆第一子包覆层和第二子包覆层，且第二子包覆层含有导电聚合物。第一子包覆层作为内层，第一子包覆层能够有效起到对正极活性物质的保护作用，不仅可以避免正极活性物质与电解液直接接触，防止正极活性物质所含的过渡金属溶出，降低正极活性材料表面副反应的发生，当然，第一子包覆层还可以提高正极活性物质的锂离子传输速率和/或电子电导率；第二子包覆层作为外层，采用导电聚合物作为材料，一方面，可以有效提高正极活性物质的电子电导率，使得电子在正极活性物质表面的反应阻力小，电荷传输速率快，从而改善电池单体的动力学性能；另一方面，可以对内层的第一包覆层形成保护，更有利于提高正极活性物质的结构稳定性，由此，使得该电池单体具有较高的能量密度和循环性能。

24、在一些实施例中，导电聚合物包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚乙炔中的至少一种。这些导电聚合物具有电子导电性高、电催化性能佳等诸多优势，从而有利于提高正极活性材料的电子转移速率，提升反应动力学，进而实现电池服役寿命的延长。因此，本技术实施例采用导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等均匀包覆在正极活性材料的表面，不仅能够限制高电压下正极活性材料中过渡金属的溶出，抑制副反应的发生，还可以作为电子导电层进一步提高正极活性材料的导电性，使得整个化学体系的动力学得到有效提升，这样，电池展现出优异的倍率性能及循环稳定性。

25、在一些实施例中，第二子包覆层占正极活性材料的质量分数为0.5wt%~1wt%。

26、控制第二子包覆层的质量占比在上述范围内，可以实现对正极活性物质的有效包覆。

27、在一些实施例中，第一子包覆层与第二子包覆层的厚度比为1:1~4:1。

28、通过对第一子包覆层与第二子包覆层厚度比例范围的优选和控制，可以有效提高正极活性物质的结构稳定性。

29、在一些实施例中，包覆层的厚度为5nm~50nm。

30、通过将包覆层的厚度设置为5nm~50nm，在有效提高正极活性材料的结构稳定性的同时，还可以提高正极活性材料的锂离子电导率和电子电导率，使得该电池单体具有较高能量密度和循环性能。

31、在一些实施例中，正极活性材料的平均体积粒径dv50为3.0μm~5.0μm。

32、通过将正极活性材料的平均体积粒径控制在上述范围内，可以保证正极活性材料具有较佳的加工性能和电化学性能。

33、在一些实施例中，正极活性物质的化学式为linixcoymn1-x-yo2，其中0.5≤x≤0.8，0.06≤y≤0.15。

34、在该正极活性物质中，由于锂离子与镍离子半径接近，锂镍易错排，造成锂离子在晶格内的迁移受阻，动力学恶化。本技术实施例中，通过将正极活性物质中的co原子控制在上述范围，可以降低锂镍的排度，稳定层状结构，降低极化损失，因此，本技术实施例提供的正极活性物质结构稳定，不易发生相变，降低了与电解液发生副反应的几率；与此同时，co含量的提升，还可以提高正极活性材料的克容量，所以，该化学式的正极活性物质使得该电池单体具有较高的容量循环保持率。

35、第二方面，本技术实施例提供一种电池，该电池包括本技术实施例第一方面提供的电池单体。

36、本技术实施例提供的电池包括上述电池单体，该电池的循环稳定性和能量密度较高。

37、第三方面，本技术实施例提供一种用电装置，该用电装置包括本技术实施例第二方面提供的电池，该电池用于提供电能。

38、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。