本技術涉及電池，特別是涉及一種電池單體、電池裝置和用電裝置。

背景技術：

1、磷酸鐵鋰正極材料因成本低而被廣泛應用與二次電池的正極中，但是磷酸鐵鋰正極材料的能量密度較低限制了其應用。為了提高其能量密度，有技術嘗試向將磷酸鐵鋰和磷酸錳進行復合形成磷酸錳鐵鋰，隨著磷酸錳鐵鋰中錳含量的增加，雖然能量密度得到提升，其循環(huán)性能劣化。

技術實現思路

1、本技術提供了一種電池單體、電池裝置和用電裝置，以改善電池單體的能量密度輸出性能和循環(huán)性能。

2、本技術的第一方面提供了一種電池單體，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，其中，負極極片包括負極集流體和設置在負極集流體至少一側的負極活性層，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的正極活性層，正極活性層包括正極材料，正極材料包括含鎳的鋰過渡金屬氧化物和含鋰的磷酸鹽系正極材料，以含鎳的鋰過渡金屬氧化物中的除鋰元素之外的其他金屬元素的總摩爾量計，含鎳的鋰過渡金屬氧化物中的ni元素的摩爾含量大于或等于50％；以含鋰的磷酸鹽系正極材料中的除鋰元素之外的其他金屬元素的總摩爾量計，含鋰的磷酸鹽系正極材料中的mn元素的摩爾含量為50％-90％，正極活性層的面密度為190mg/1540.25mm2-380mg/1540.25mm2。

3、含鋰的磷酸鹽系正極材料的添加使正極材料相對于含鎳的鋰過渡金屬氧化物的純體系的成本更低正極材料。

4、含鋰的過渡金屬氧化物中ni元素的摩爾含量大于或等于50％，其為高鎳含量含鋰的過渡金屬氧化物，具有較高的克容量，因此能夠為電池單體提供較高的能量密度；含鋰的磷酸鹽系正極材料中mn元素的摩爾含量為50％-90％，其為高錳含量的磷酸錳鐵鋰鹽，具有較高的平臺電壓，因此能夠為電池單體提供較高的能量密度，同時設置正極活性層具有190mg/1540.25mm2-380mg/1540.25mm2的高面密度，從而使具有上述正極材料的電池單體具有高能量密度輸出。

5、同時，考慮當面密度過大時，包括混合正極材料的正極活性層因加工工藝受限較難壓實到集流體表面，導致極片掉粉嚴重，使得電池單體的制備工藝難度增加，進而難以實現高能量密度的電池單體的制作，因此控制能量密度在380mg/1540.25mm2以下。另外，當含鋰的磷酸鹽系正極材料中mn元素含量過高時，含鋰的磷酸鹽系正極材料的克容量過低，導致電池單體能量密度提升受限，因此，控制含鋰的磷酸鹽系正極材料中上述mn元素含量低于90％。

6、本技術第一方面的任意實施方式中，正極活性層的面密度為200mg/1540.25mm2-350mg/1540.25mm2。

7、本技術第一方面的任意實施方式中，正極材料中fe元素與ni元素的質量之比范圍為(0.4-10)：1。

8、本技術第一方面的任意實施方式中，以含鎳的鋰過渡金屬氧化物中的除鋰元素之外的其他金屬元素的總摩爾量計，含鎳的鋰過渡金屬氧化物中的ni元素的摩爾含量為70％-95％，可選為80％-95％。

9、本技術第一方面的任意實施方式中，以含鋰的磷酸鹽系正極材料中的除鋰元素之外的其他金屬元素的總摩爾量計，含鋰的磷酸鹽系正極材料中的mn元素的摩爾含量為50％-70％。

10、本技術第一方面的任意實施方式中，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2.32g/cm3-3.18g/cm3，可選為2.53g/cm3-2.84g/cm3。

11、本技術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≥2.5g/cm3，可選為2.5g/cm3-2.8g/cm3。

12、本技術第一方面的任意實施方式中，含鎳的鋰過渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物，含鋰的鎳鈷錳氧化物中含有zr、al、b、fe、ca、sr、ti、v或y元素中的一種或多種。

13、本技術第一方面的任意實施方式中，含鎳的鋰過渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物中包括zr、al、b或fe元素中的一種或多種。

14、本技術第一方面的任意實施方式中，在含鋰的鎳鈷錳氧化物中，元素質量含量滿足至少一種：zr的含量為1000-3000ppm，al的含量為100-1000ppm，b的含量為50-300ppm。

15、本技術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，磷酸錳鐵鋰中含有al、b、ca、cr、cu、k、mg、na、p、si、ti、v或zn元素中的一種或多種。

16、本技術第一方面的任意實施方式中，磷酸錳鐵鋰包括al、ca、na、ti或v元素中的一種或多種。

17、本技術第一方面的任意實施方式中，在磷酸錳鐵鋰中，元素質量含量滿足至少一種：al的含量為100-1000ppm，ca的含量為50-300ppm，na的含量為50-300ppm，ti的含量為100-1000ppm，v的含量為1000-3000ppm。

18、本技術第一方面的任意實施方式中，正極活性層中含有磷酸錳鐵鋰和鎳鈷錳氧化物，正極活性層中含有al、b、ca、fe、sr、ti、v、y或zn元素中的一種或多種，且在正極材料中，各自的質量含量滿足：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％。

19、本技術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含碳的包覆層，含鋰的磷酸鹽系正極材料包中碳的質量含量為1％-3％。

20、本技術第一方面的任意實施方式中，正極材料中，粒徑小于或等于dv10的顆粒中fe元素的質量含量為m1，粒徑大于或等于dv90的顆粒中fe元素的質量含量為m2，m1大于m2；和/或粒徑小于或等于dv10的顆粒中ni元素的質量含量為m3，粒徑大于或等于dv90的顆粒中ni元素的質量含量為m4，m3小于m4。

21、本技術第一方面的任意實施方式中，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，含鋰的磷酸鹽系正極材料的顆粒為單晶顆粒。

22、本技術第一方面的任意實施方式中，含鎳的鋰過渡金屬氧化物的顆粒為單晶顆粒，含鋰的磷酸鹽系正極材料的顆粒為單晶顆粒。

23、本技術第一方面的任意實施方式中，含鎳的鋰過渡金屬氧化物的單晶顆粒的體積粒徑dv50為1μm-5μm，可選為1.5μm-3μm。

24、本技術第一方面的任意實施方式中，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。

25、本技術第一方面的任意實施方式中，含鋰的磷酸鹽系正極材料的體積粒徑dv50為0.1μm-15μm，或者為0.5μm-2μm。

26、本技術第一方面的任意實施方式中，正極極片還包括正極導電層，正極導電層設置在正極集流體和正極活性層之間。

27、本技術第一方面的任意實施方式中，正極導電層包括正極粘結劑和正極導電材料，和/或正極導電層的厚度為1μm-2μm。

28、本技術第一方面的任意實施方式中，正極集流體的厚度為9μm-17μm，可選為10μm-13μm。

29、本技術第一方面的任意實施方式中，負極活性層的面密度95mg/1540.25mm2-180mg/1540.25mm2；可選為130mg/1540.25mm2-150mg/1540.25mm2。

30、本技術第一方面的任意實施方式中，電池單體被配置為在100％soc狀態(tài)下時所對應的負極活性層的壓實密度為1.04g/cm3-1.48g/cm3；可選為1.23g/cm3-1.38g/cm3。

31、本技術第一方面的任意實施方式中，碳材料包括復合石墨顆粒，所述復合石墨顆粒包括：本體顆粒，所述本體顆粒包括二次顆粒，所述本體顆粒包括人造石墨；以及包覆層，所述包覆層包覆于所述本體顆粒表面，所述包覆層包括無定形碳。

32、本技術第一方面的任意實施方式中，基于復合石墨顆粒的總質量，包覆層中無定形碳的質量含量為2％至5％。

33、本技術第一方面的任意實施方式中，復合石墨顆粒在20000n壓力下的粉體壓實密度為1.5g/cm3-1.7g/cm3，或為1.55g/cm3-1.65g/cm3。

34、本技術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，第一負極活性層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，第二負極活性層包括復合石墨顆粒，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。

35、本技術第一方面的任意實施方式中，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。

36、本技術第一方面的任意實施方式中，負極導電層包括負極粘結劑和負極導電材料，負極導電層的厚度為1μm-2μm。

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

38、本技術第一方面的任意實施方式中，電池單體還包括電解液，電解液包括六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰。

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

40、本技術第一方面的任意實施方式中，電池單體還包括殼體，電極組件設置在殼體的內腔中，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％，可選為88％-99％。

41、本技術第一方面的任意實施方式中，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。

42、本技術第一方面的任意實施方式中，殼體為鋁殼或鋼殼。

43、本技術第一方面的任意實施方式中，電池單體注液系數為1.9g/ah-3.1g/ah。

44、本技術第一方面的任意實施方式中，電池單體的體積能量密度為470wh/l-570wh/l。

45、本技術的第二方面提供了一種電池裝置，包括上述第一方面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。

46、本技術的第三方面提供了一種用電裝置，包括上述第一方面任意實施方式提供的電池單體，或上述第二方面任意實施方式提供的電池裝置。