本技术涉及电池,具体涉及一种电池单体、电池装置、用电装置。
背景技术:
1、近年来,随着电池的应用范围越来越广泛,电池广泛应用于水力、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。
2、随着电池的应用和推广,对电池的快速充电性能和能量密度的要求越来越高。
技术实现思路
1、本技术是鉴于上述课题而进行的,其目的在于,提供一种电池单体、电池装置、用电装置,旨在兼顾电池良好的快充性能、良好的功率性能和高的能量密度。
2、第一方面,本技术提供一种电池单体,包括电极组件和电解液;其中,电极组件包括正极极片和负极极片,正极极片包括正极集流体以及位于正极集流体至少一侧的正极膜层,正极膜层包括正极活性材料,正极活性材料包括含锂磷酸盐,正极极片的孔隙率为20~30%;正极集流体的厚度为正极极片厚度的5%~8%;负极极片包括负极集流体以及位于负极集流体至少一侧的负极膜层,负极膜层包括负极活性材料,负极活性材料包括石墨,负极极片的孔隙率为24~33%;负极集流体的厚度为负极极片厚度的2.5%~5%。
3、本技术提供的电池单体中,通过上述孔隙率的正极极片、上述孔隙率的负极极片与上述厚度的正极集流体、上述厚度的负极集流体的配合,即能缩短离子在电极材料中的传输距离,提升电池单体的快充性能、功率性能,又能降低非活性材料的空间占用,提升电池单体的能量密度。
4、在任意实施方式中,正极极片的孔隙率为25~30%。由此,有利于电池单体在具有良好的快充性能、功率性能的同时,兼顾高的能量密度。
5、在任意实施方式中,所述负极极片的孔隙率为25~30%。由此,有利于电池单体在具有良好的快充性能、功率性能的同时,兼顾高的能量密度。
6、在任意实施方式中,所述正极集流体的厚度为所述正极极片厚度的5%~7.5%。由此,有利于进一步降低非活性材料的空间占用,提升电池单体的能量密度。
7、在任意实施方式中,所述负极集流体的厚度为所述负极极片厚度的3.5%~5%。由此,有利于进一步降低非活性材料的空间占用,提升电池单体的能量密度。
8、在任意实施方式中,在电池单体的荷电状态soc为0%的条件下,负极极片的单面负极膜层的压实密度为1.3~1.52g/cc。由此,合适的压实密度有利于进一步将负极极片的孔隙率调整在合适的范围。
9、在任意实施方式中,负极极片的单面负极膜层的面密度为0.12~0.18g/1540.25mm2。由此,合适的面密度有利于进一步将负极极片的孔隙率调整在合适的范围。
10、在任意实施方式中,在电池单体的荷电状态soc为0%的条件下,所述正极极片的单面正极膜层的压实密度为2.3~2.6g/cc。由此,合适的压实密度有利于进一步将正极极片的孔隙率调整在合适的范围。
11、在任意实施方式中,正极极片的单面正极膜层的面密度为0.25~0.33g/1540.25mm2。由此,合适的面密度有利于进一步将正极极片的孔隙率调整在合适的范围。
12、在任意实施方式中,负极膜层包括第一膜层和第二膜层,第一膜层设置在负极集流体的至少一个表面上,第二膜层设置于第一膜层背向集流体的表面上;
13、其中,第一膜层包含第一负极活性材料;第二膜层包含第二负极活性材料;第二负极活性材料中石墨的最长径平均粒径小于第一负极活性材料中石墨的最长径平均粒径。由此,第二膜层中采用的石墨最长径平均粒径相对而言更小,离子在第二膜层中的离子传输距离相对而言更短,有利于进一步提升电池单体的快充性能。而第一膜层中采用的石墨最长径平均粒径相对而言更大,第一膜层的压实密度相对而言更高,有利于兼顾良好的能量密度。
14、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨的最长径平均粒径为7~18μm。由此,有利于发挥第一膜层的压实密度相对而言更高的作用。
15、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨包括人造石墨、天然石墨中的至少一种。
16、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨包括二次颗粒形貌的石墨。
17、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨的体积分布粒径dv50为7~15μm。
18、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨包括碳包覆层,所述碳包覆层的厚度为100~500nm。碳包覆层有利于提升负极活性材料的导电性。
19、在任意实施方式中,第一负极活性材料中石墨的石墨化度为90~94%。
20、在任意实施方式中,第一负极活性材料还包括硅材料,所述硅材料中硅元素在所述第一负极活性材料中的质量占比为0.5~10%。硅材料的加入有利于进一步提升电池单体的能量密度。
21、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨的最长径平均粒径为6~10μm。由此,有利于发挥离子在第二膜层中的离子传输距离相对而言更短的作用。
22、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨包括人造石墨、天然石墨中的至少一种。
23、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨包括二次颗粒形貌的负极活性材料。
24、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨的体积分布粒径dv50为7~15μm。
25、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨包括碳包覆层,所述碳包覆层的厚度为100~500nm。碳包覆层有利于提升石墨的导电性。
26、在任意实施方式中,第二负极活性材料中石墨的石墨化度为90~94%。
27、在任意实施方式中,第二负极活性材料还包括硅材料,所述硅材料中硅元素在所述第二负极活性材料中的质量占比为0.5~10%。硅材料的加入有利于进一步提升电池单体的能量密度。
28、在任意实施方式中,第一膜层的厚度为负极膜层的总厚度的30%~70%。由此,有利于发挥第一膜层兼顾电池单体的能量密度的作用。
29、在任意实施方式中,第二膜层的厚度为所述负极膜层的总厚度的30%~70%。由此,有利于进一步改善电池单体的快充性能。
30、在任意实施方式中,含锂磷酸盐包括磷酸铁锂,磷酸铁锂中包括金属元素,所述金属元素包括铝、钛、钒中的至少一种。向磷酸铁锂中加入上述金属元素,有利于提升正极活性材料的压实密度。
31、在任意实施方式中,金属元素包括铝,铝在含锂磷酸盐中的质量占比为0.02%~0.25%。由此,有利于发挥铝掺杂提升正极活性材料的压实密度、进一步改善电池单体的循环性能的作用。
32、在任意实施方式中,金属元素包括钛,所述钛在所述含锂磷酸盐中的质量占比为0.15%~0.35%。由此,有利于发挥钛掺杂提升正极活性材料的压实密度、进一步提升电池容量的作用。
33、在任意实施方式中,金属元素包括钒,所述钒在所述含锂磷酸盐中的质量占比为0.03%~0.2%。由此,有利于发挥钒掺杂提升正极活性材料的压实密度、进一步提升电池单体的充放电性能的作用。
34、在任意实施方式中,含锂磷酸盐包括一次颗粒形貌的含锂磷酸盐和二次颗粒形貌的含锂磷酸盐。一次颗粒和二次颗粒混合使用有利于进一步调整正极活性材料的压实密度。
35、在任意实施方式中,一次颗粒形貌的含锂磷酸盐的最长径平均粒径为300~800nm。由此,有利于缩短离子传输距离,进而提升快充性能。
36、在任意实施方式中,二次颗粒形貌的含锂磷酸盐的最长径平均粒径为8μm~15μm。二次颗粒通常由粒径更小的一次颗粒的含锂磷酸盐组合而成,有利于缩短离子传输距离。
37、在任意实施方式中,二次颗粒形貌的含锂磷酸盐为球状或类球状。
38、在任意实施方式中,含锂磷酸盐的体积分布粒径dv50为5~15μm。
39、在任意实施方式中,电解液包括电解质盐和溶剂,溶剂包括链状羧酸酯和链状碳酸酯,链状羧酸酯在所述电解液中的质量占比为8.5%~40%,链状碳酸酯在所述电解液中的质量占比为8.5%~50%。在链状羧酸酯类溶剂中加入一定量的链状碳酸酯能够减少链状羧酸酯类溶剂在电解液中的用量,降低链状羧酸酯类溶剂的副反应程度,在保证快充性能的情况下提升电池循环性能。
40、在任意实施方式中,链状羧酸酯在电解液中的质量占比为10%~25.5%。由此,有利于电池单体的快充性能和循环性能的进一步优化。
41、在任意实施方式中,链状碳酸酯在所述电解液中的质量占比为10%~42.5%。由此,有利于电池单体的快充性能和循环性能的进一步优化。
42、在任意实施方式中,链状羧酸酯包括式i所述的链状羧酸酯,
43、
44、式i
45、其中,r1包括碳原子数为1~3的烷基、碳原子数为2~4的烯基中的任意一种;r1包括碳原子数为1~3的烷基。上述结构的链状羧酸酯具有合适的粘度,有利于降低离子在电解液中的传输阻力。
46、在任意实施方式中,链状羧酸酯包括丙烯酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的至少一种。由此,有利于进一步降低电解液中离子传输阻力。
47、在任意实施方式中,链状碳酸酯包括式ii所述的链状碳酸酯,
48、
49、式ii
50、其中,r3、r4独立地包括碳原子数为1~3的烷基。链状碳酸酯的加入,有利于减少电池单体在循环过程中产生气体,从而提升循环性能。
51、在任意实施方式中,链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。上述链状碳酸酯具有合适的粘度,有利于降低电解液中离子传输阻力的同时,有利于减少电池单体在循环过程中产生气体,从而提升循环性能。
52、在任意实施方式中,所述溶剂还包括环状碳酸酯。环状碳酸酯的加入,有利于降低电解液的溶剂化效应,降低溶剂与离子的结合能力,使离子更容易从溶剂中解离出来,从而进一步提高快充性能。
53、在任意实施方式中,环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。上述合适的环状碳酸酯有利于发挥其降低电解液的溶剂化效应的作用。
54、在任意实施方式中,环状碳酸酯在电解液中的质量占比为10%~51.5%。由此,有利于电池单体的快充性能的进一步优化。
55、在任意实施方式中,电解液中还包括第一添加剂,第一添加剂包括二氟磷酸锂、氟磺酸锂中的至少一种。第一添加剂的加入,有利于改善sei膜,提升电解液的离子电导率,进一步改善电池单体的快充性能和循环性能。
56、在任意实施方式中,第一添加剂在电解液中的质量占比为0.02%~2%。由此,有利于发挥第一添加剂改善sei膜,提升电解液的离子电导率的作用。
57、在任意实施方式中,电解液中还包括第二添加剂,第二添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯中的至少一种。第二添加剂的加入,有利于改善sei膜,进一步改善电池单体的循环性能。
58、在任意实施方式中,第二添加剂在电解液中的质量占比为3%~7%。由此,有利于发挥第二添加剂改善sei膜的作用。
59、在任意实施方式中,电解液在25℃下的离子电导率为11~13ms/cm。由此,合适的离子电导率有利于离子在电极之间快速地迁移。
60、第二方面,本技术提供一种电池装置,包括本技术第一方面的电池单体。
61、第三方面,本技术提供一种用电装置,包括本技术第二方面的电池装置。