本技術(shù)涉及電池，特別是涉及一種電池單體、電池裝置和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、磷酸鹽系電池因成本低而被廣泛應用于電動汽車中用作動力電池，其中的磷酸鹽系正極材料相對于三元正極材料具有明顯的成本優(yōu)勢，但是，磷酸鹽系正極材料的能量密度較低，因此需要提高該電池體系的能量密度且保持低成本優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種電池單體、電池裝置和用電裝置，提高了磷酸鹽系電池裝置的能量密度和放電功率。

2、本技術(shù)的第一方面提供了一種電池單體，電池單體包括電極組件，電極組件包括正極極片、負極極片、以及位于正極極片和負極極片之間的隔離膜，負極極片包括負極集流體和設置在負極集流體至少一側(cè)的負極活性層，負極活性層中包括負極材料，負極材料包括碳材料；正極極片包括正極集流體和設置在正極集流體至少一側(cè)的正極活性層，正極活性層中包括正極活性材料，正極活性材料包括含鋰的磷酸鹽系正極材料和含鎳的鋰過渡金屬氧化物，正極活性材料中的含鎳的鋰過渡金屬氧化物的質(zhì)量含量為5％-50％；含鎳的鋰過渡金屬氧化物中ni的質(zhì)量含量大于或等于30％；正極活性層中正極材料在12mpa下的粉末電阻率為30ω·cm-5000ω·cm。

3、為了保持磷酸鹽系正極材料的低成本優(yōu)勢，本技術(shù)將含鋰的磷酸鹽系正極材料和含鎳的鋰過渡金屬氧化物混合，并控制含鎳的鋰過渡金屬氧化物的質(zhì)量含量在5％-50％范圍內(nèi)，使電池單體具有良好的體積能量密度并保持成本優(yōu)勢。但是，當含鎳的鋰過渡金屬氧化物的質(zhì)量含量在5％-50％范圍時，含鎳的鋰過渡金屬氧化物的使用會導致正極活性材料的粉末電阻率增加，導致電池單體的放電功率性能損失，本技術(shù)進一步通過控制正極活性材料的粉末電阻率在30-5000ω·cm從而控制電池單體內(nèi)阻；進一步通過控制含鎳的鋰過渡金屬氧化物中的ni含量，提高電池單體的能量密度，從而得到高能量密度且具有較好放電功率性能的電池單體，同時可以在一定程度上緩解電池單體充電過程中升溫速率。而且本技術(shù)的電池單體還同時兼具含鋰的磷酸鹽系正極材料的熱穩(wěn)定性好、安全性高、壽命長、成本低的優(yōu)點。

4、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料中的含鋰的磷酸鹽系正極材料的質(zhì)量含量為50％-95％，可選為50％-70％。

5、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，基于含鎳的鋰過渡金屬氧化物中過渡金屬元素的總摩爾量，含鎳的鋰過渡金屬氧化物中ni的摩爾含量為75％-95％。

6、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料在12mpa下的粉末電阻率為30ω·cm-2000ω·cm。

7、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料在12mpa下的粉末電阻率為30ω·cm-1500ω·cm。

8、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料在12mpa下的粉末電阻率為80ω·cm-1500ω·cm。

9、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料在12mpa下的粉末電阻率為30ω·cm-400ω·cm。

10、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鎳的鋰過渡金屬氧化物在12mpa下的粉末電阻率為100ω·cm-10000ω·cm，可選為100ω·cm-5000ω·cm，進一步可選為100-4000ω·cm。

11、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述磷酸鹽系正極材料在12mpa下的粉末電阻率4-80ω·cm。

12、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，基于正極材料總質(zhì)量，ni元素的質(zhì)量含量為1.7％-26.5％，可選為10％-23.5％。

13、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸錳鐵鋰材料，基于正極材料總質(zhì)量，fe元素的質(zhì)量含量為4.5％-17％，可選為4.5％-10.3％。

14、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸錳鐵鋰材料，基于正極材料總質(zhì)量，mn元素的質(zhì)量含量為3.4％-22.5％。

15、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極活性層的面密度為200mg/1540.25mm2-370mg/1540.25mm2，可選為240mg/1540.25mm2-340mg/1540.25mm2。

16、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，正極材料在30000n下的粉體壓實密度為2.5g/cm3-2.8g/cm3。

17、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸鐵鋰材料，電池單體被配置為在100％?soc狀態(tài)下時所對應的正極活性層的壓實密度為2.55g/cm3-3.00g/cm3。

18、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸錳鐵鋰材料，電池單體被配置為在100％?soc狀態(tài)下時所對應的正極活性層的壓實密度為2.4g/cm3-2.90g/cm3。

19、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，正極材料的bet比表面積為7m2/g-18m2/g。

20、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鎳的鋰過渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物材料、含鋰的鎳鈷鋁氧化物材料中的一種或多種。

21、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鎳的鋰過渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物材料，含鋰的鎳鈷錳氧化物材料中含有zr、al、b、fe、ca、sr、ti、v、y元素中的至少一種。

22、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，在含鋰的鎳鈷錳氧化物材料中，包括zr、al、b、fe元素中的一種或多種，且基于含鋰的鎳鈷錳氧化物材料，滿足以下特征中的一種或多種：1)zr的質(zhì)量含量為1000-3000ppm；2)al的質(zhì)量含量為100-1000ppm；3)b的質(zhì)量含量為20-300ppm。

23、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸錳鐵鋰材料，磷酸錳鐵鋰材料中含有al、b、ca、cr、cu、k、mg、na、p、si、ti、v、zn元素中的一種或多種。

24、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，磷酸錳鐵鋰材料包括al、ca、na、ti、v元素中的一種或多種，基于磷酸錳鐵鋰材料，滿足以下特征中的一種或多種：1)al的質(zhì)量含量為100-1000ppm；2)ca的質(zhì)量含量為50-300ppm；3)na的質(zhì)量含量為50-600ppm；4)ti的質(zhì)量含量為100-1000ppm；6)v的質(zhì)量含量為1000-3000ppm。

25、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極材料含有磷酸錳鐵鋰材料和鎳鈷錳氧化物材料，正極材料中含有al、ca、na、ti、v、zr、b元素中的一種或多種，且各自的質(zhì)量含量滿足：al:0.005％-0.1％；ca:0.0001％-0.02％；na:0.005％-0.06％；ti:0.005％-0.15％；v:0.0001％-0.3％；zr:0.005％-0.2％；b:0.01％-0.1％。

26、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸錳鐵鋰材料，磷酸錳鐵鋰材料中mn與fe的摩爾比為2:8～8:2，可選為5:5～7:3。

27、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括含碳的包覆層，含鋰的磷酸鹽系正極材料中碳的質(zhì)量含量為1％-3％。

28、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料的表面包括導離子材料，導離子材料包括c元素、ti元素、zr元素、hf元素、ge元素或sn元素中的一種或多種。

29、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極活性材料中，粒徑小于或等于dv10的顆粒中fe元素的質(zhì)量含量為m1，粒徑大于或等于dv90的顆粒中fe元素的質(zhì)量含量為m2，m1大于m2；和/或粒徑小于或等于dv10的顆粒中ni元素的質(zhì)量含量為m3，粒徑大于或等于dv90的顆粒中ni元素的質(zhì)量含量為m4，m3小于m4。

30、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極活性材料具有以下特征中的一種或多種：1)、含鎳的鋰過渡金屬氧化物的顆粒為球形或類球形的多晶顆粒，或含鎳的鋰過渡金屬氧化物的顆粒為單晶顆粒；可選地，含鎳的鋰過渡金屬氧化物的單晶顆粒的體積粒徑dv50為1.5μm-4.5μm；可選地含鎳的鋰過渡金屬氧化物的多晶顆粒的體積粒徑dv50為7μm-12μm；2)、含鋰的磷酸鹽系正極材料的顆粒為單晶顆粒。

31、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極極片還包括導電層，導電層設置在正極集流體和正極活性層之間。

32、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述導電層包括粘結(jié)劑和導電材料，導電層的厚度為0.5μm-2μm。

33、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述正極集流體的厚度為9μm-17μm，優(yōu)選10μm-13μm。

34、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述負極活性層的面密度90mg/1540.25mm2-170?mg/1540.25mm2；可選為110mg/1540.25mm2-160mg/1540.25mm2。

35、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述含鋰的磷酸鹽系正極材料包括磷酸鐵鋰材料，電池單體被配置為在100％?soc狀態(tài)下所對應的負極膜層的壓實密度為1.04g/cm3-1.48g/cm3；可選為1.23g/cm3-1.42g/cm3。

36、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述負極極片還包括負極導電層，負極導電層設置在負極集流體和負極活性層之間，負極導電層的厚度為0.5μm-3μm，可選為1μm-2μm。

37、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述負極集流體的厚度為4μm-7μm，可選為4μm-5μm。

38、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述碳材料包括復合石墨顆粒，復合石墨顆粒包括：本體顆粒，本體顆粒包括一次顆粒和/或二次顆粒，本體顆粒包括人造石墨；以及包覆層，包覆層包覆于本體顆粒表面，包覆層包括無定形碳。

39、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述基于復合石墨顆粒的總質(zhì)量，包覆層中無定形碳的質(zhì)量含量為2％至5％。

40、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，負極活性層包括：第一負極活性層，設置于負極集流體的一側(cè)，第一負極活性層的負極材料包括復合石墨顆粒和天然石墨中的一種或多種，第一負極活性層中負極材料的體積平均粒徑dv50為7.5μm-19.5μm，可選為12.5μm-18.5μm，以及第二負極活性層，設置在第一負極活性層遠離負極集流體的一側(cè)，第二負極活性層的負極材料包括復合石墨顆粒，所述第二負極活性層中負極材料的體積平均粒徑dv50為7.5μm-19.5μm，可選為7.5μm-15.5μm。

41、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述復合石墨顆粒在20000n壓力下的粉體壓實密度為1.5g/cm3-1.85g/cm3，可選為1.55g/cm3-1.75g/cm3。

42、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，電池單體還包括電解液，電解液的電導率為10-20ms/cm或者為12～17ms/cm。

43、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，電解液包括六氟磷酸鋰(lipf6)和雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)。

44、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述雙氟磺酰亞胺鋰和六氟磷酸鋰的摩爾濃度比(2-5):10。

45、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述電池單體包括殼體，電極組件設置在殼體中，正極極片與負極極片通過層疊方式設置，殼體的長度為l1，正極極片的長度為l2，l2/l1為80％-99％，優(yōu)選l2/l1為88％-99％。

46、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述殼體的尺寸具有以下特征中的一種或多種：l1的范圍為300mm-950mm；殼體的高度為85mm-140mm；殼體的厚度為10mm-20mm。

47、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述殼體為鋁合金殼、合金鋼殼或鈦合金殼。

48、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述電池單體的注液系數(shù)為1.9g/ah-3.1g/ah，可選為為2.4g/ah-3.0g/ah。

49、本技術(shù)的第一方面的任意實施方式中，上述電池單體的體積能量密度大于或等于400wh/l，可選為400wh/l-650wh/l，可選為500-600wh/l。

50、本技術(shù)的第二方面提供了一種電池裝置，包括上述第一方面的任意實施方式提供的電池單體，電池裝置包括電池模組、電池包或儲能裝置。

51、本技術(shù)的第二方面提供了一種用電裝置，包括上述第一方面的任意實施方式提供的電池單體，或上述第二方面的任意實施方式提供的電池裝置。