本申請(qǐng)涉及電池，特別是涉及一種電池單體、電池裝置及用電裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電動(dòng)交通工具的普及和發(fā)展，對(duì)于電池裝置的性能要求逐步提高，當(dāng)前，不只需要具有高能量密度及快充電速率，減少使用者的里程焦慮，還需要具備高循環(huán)穩(wěn)定性，提升電池壽命和安全性能。

2、然而，當(dāng)電池裝置的能量密度較高，其電極處于高嵌鋰或脫鋰態(tài)，往往伴隨著電池穩(wěn)定性的下降，引發(fā)正極結(jié)構(gòu)劣化、界面處發(fā)生副反應(yīng)、負(fù)極體積劇烈變化等表現(xiàn)，能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性之間需要權(quán)衡。因此，如何在提高電池裝置能量密度的同時(shí)改善循環(huán)性能，是當(dāng)前電池研究的關(guān)鍵目標(biāo)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電池單體、電池裝置和用電裝置，可以在實(shí)現(xiàn)高極片能量密度的同時(shí)改善循環(huán)性能。

2、本申請(qǐng)的第一方面提供了一種電池單體，包括殼體以及位于殼體內(nèi)部的電極組件，電極組件包括正極極片、負(fù)極極片、以及位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔離膜，其中，負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極活性層，負(fù)極活性層中包括負(fù)極活性材料，負(fù)極活性材料包括石墨，正極極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體至少一側(cè)的正極活性層，正極活性層包括正極活性材料，正極活性材料包括含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物和含鋰磷酸鹽，含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物中的ni元素的摩爾量占過(guò)渡金屬總摩爾量的70％至95％；含鋰磷酸鹽包括mn、fe元素，正極活性材料中的ni元素質(zhì)量與正極活性材料中的fe元素和mn元素質(zhì)量之和的比值在0.15～2之間。

3、在第一方面的任意實(shí)施方式中，正極活性材料中的ni元素質(zhì)量與正極活性材料中fe元素和mn元素的質(zhì)量之和比值在0.55～1.42之間。

4、在第一方面的任意實(shí)施方式中，正極活性材料中的含鋰磷酸鹽的質(zhì)量含量為50％-90％，可選為50％-70％。

5、在第一方面的任意實(shí)施方式中，含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物中，ni元素的摩爾量占鎳鈷錳元素總摩爾量的80％-95％。

6、在第一方面的任意實(shí)施方式中，含鎳的鋰過(guò)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。

7、在第一方面的任意實(shí)施方式中，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；可選地，在含鋰的鎳鈷錳氧化物中，元素質(zhì)量含量滿足至少一種：zr的含量1000～3000ppm，al的含量100～1000ppm，b的含量50～300ppm。

8、在第一方面的任意實(shí)施方式中，含鋰磷酸鹽包括磷酸錳鐵鋰，磷酸錳鐵鋰中的mn元素的摩爾量為過(guò)渡金屬元素總摩爾量的20％-80％，可選為30％-70％，進(jìn)一步可選為30％-50％。

9、在第一方面的任意實(shí)施方式中，磷酸錳鐵鋰含有al、b、ca、cr、cu、k、mg、na、p、si、ti、v或zn元素中的一種或多種，可選地磷酸錳鐵鋰包括al、ca、na、ti或v元素中的一種或多種；進(jìn)一步可選地，在磷酸錳鐵鋰中，元素質(zhì)量含量滿足至少一種：al的含量100～1000ppm，ca的含量50～300ppm，na的含量50～300ppm，ti的含量100～1000ppm，v的含量1000～3000ppm。

10、在第一方面的任意實(shí)施方式中，正極活性層中含有磷酸錳鐵鋰和含鋰的鎳鈷錳氧化物，正極活性材料中含有al、b、ca、na、sr、ti、v、y或zr元素中的一種或多種，且基于正極活性材料的總質(zhì)量，各元素的質(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％。

11、在第一方面的任意實(shí)施方式中，正極活性層包括第一活性層和第二活性層，第一活性層靠近正極集流體設(shè)置，第二活性層設(shè)置在第一活性層的遠(yuǎn)離正極集流體的一側(cè)，基于正極活性層的總質(zhì)量，第一活性層中ni元素的質(zhì)量含量小于第二活性層中ni元素的質(zhì)量含量，且第一活性層中fe元素的質(zhì)量含量大于第二活性層中fe元素的質(zhì)量含量。

12、在第一方面的任意實(shí)施方式中，電池單體還包括非水電解液，非水電解液包括溶劑和鋰鹽，溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和線性碳酸酯；可選地，環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯(ec)；可選地，線性碳酸酯包括碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)中的一種或多種；可選地，環(huán)狀碳酸酯和線性碳酸酯的質(zhì)量比為2:8～5:5。

13、在第一方面的任意實(shí)施方式中，電池單體的電解液注液系數(shù)為1.8g/ah-3.5g/ah，可選為1.9g/ah-3.1g/ah。

14、本申請(qǐng)的第二方面提供了一種電池裝置，包括第一方面的任意一種電池單體，該電池裝置包括電池模組、電池包或儲(chǔ)能裝置。

15、本申請(qǐng)的第三方面提供了一種用電裝置，包括第一方面的任意一種電池單體，或第二方面的電池裝置。

16、本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)正極活性材料的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)能量密度和循環(huán)壽命的同步調(diào)控，使電池單體的能量密度得到充分發(fā)揮，同時(shí)具備較好的循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種電池單體，包括殼體以及位于殼體內(nèi)部的電極組件，所述電極組件包括正極極片、負(fù)極極片、以及位于所述正極極片和負(fù)極極片之間的隔離膜，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單體，其中，所述正極活性材料中的ni元素質(zhì)量與所述正極活性材料中fe元素和mn元素的質(zhì)量之和的比值在0.55～1.42之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池單體，其中，所述正極活性材料中的所述含鋰磷酸鹽的質(zhì)量含量為50％-90％，可選為50％-70％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物，所述含鋰的鎳鈷錳氧化物中的所述ni元素的摩爾量占所述鎳鈷錳元素總摩爾量的80％-95％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物包括含鋰的鎳鈷錳氧化物，所述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。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單體，其中，所述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；可選地，在所述含鋰的鎳鈷錳氧化物中，所述元素質(zhì)量含量滿足至少一種：zr的含量1000～3000ppm，al的含量100～1000ppm，b的含量50～300ppm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述含鋰磷酸鹽包括磷酸錳鐵鋰，所述磷酸錳鐵鋰中的所述mn元素的摩爾量占過(guò)渡金屬元素總摩爾量的20％-80％，可選為30％-70％，進(jìn)一步可選為30％-50％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述磷酸錳鐵鋰含有al、b、ca、cr、cu、k、mg、na、p、si、ti、v或zn元素中的一種或多種，可選地所述磷酸錳鐵鋰包括al、ca、na、ti或v元素中的一種或多種；進(jìn)一步可選地，在所述磷酸錳鐵鋰中，所述元素質(zhì)量含量滿足至少一種：al的含量100～1000ppm，ca的含量50～300ppm，na的含量50～300ppm，ti的含量100～1000ppm，v的含量1000～3000ppm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述正極活性層中含有磷酸錳鐵鋰和含鋰的鎳鈷錳氧化物，所述正極活性材料中含有al、b、ca、na、sr、ti、v、y或zr元素中的一種或多種，且基于所述正極活性材料的總質(zhì)量，各元素的質(zhì)量含量滿足：

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述正極活性層包括第一活性層和第二活性層，所述第一活性層靠近所述正極集流體設(shè)置，所述第二活性層設(shè)置在所述第一活性層的遠(yuǎn)離所述正極集流體的一側(cè)，基于所述正極活性層的總質(zhì)量，所述第一活性層中ni元素的質(zhì)量含量小于所述第二活性層中ni元素的質(zhì)量含量，且所述第一活性層中fe元素的質(zhì)量含量大于所述第二活性層中fe元素的質(zhì)量含量。

11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述電池單體還包括非水電解液，所述非水電解液包括溶劑和鋰鹽，所述溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和線性碳酸酯；可選地，所述環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯；可選地，所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一種或多種；可選地，所述環(huán)狀碳酸酯和所述線性碳酸酯的質(zhì)量比為2:8～5:5。

12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電池單體，其中，所述電池單體的電解液注液系數(shù)為1.8g/ah-3.5g/ah，可選為1.9g/ah-3.1g/ah。

13.一種電池裝置，包括權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的電池單體，所述電池裝置包括電池模組、電池包或儲(chǔ)能裝置。

14.一種用電裝置，包括權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的電池單體，或權(quán)利要求13所述的電池裝置。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N電池單體、電池裝置和用電裝置。電池單體包括殼體及殼體內(nèi)部的電極組件，電極組件包括正極極片、負(fù)極極片以及兩極片之間的隔離膜，正極極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體至少一側(cè)的正極活性層，正極活性層包括正極活性材料，正極活性材料包括含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物和含鋰磷酸鹽，含鎳的鋰過(guò)渡金屬氧化物中的Ni元素的摩爾量占過(guò)渡金屬總摩爾量的70％至95％，正極活性材料包括Ni、Co、Mn、Fe、Li元素，且正極活性材料中的Ni元素的質(zhì)量與Fe元素和Mn元素質(zhì)量之和的比值在0.15～2之間。

技術(shù)研發(fā)人員：裴人杰,尚義博,張新羽,何建福,葉永煌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15