本技術(shù)涉及電池，尤其涉及一種電池單體、電池裝置和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。由于電池取得了極大的發(fā)展，因此對其能量密度、循環(huán)性能等也提出了更高的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種電池單體、電池裝置和用電裝置。本技術(shù)電池單體的能量密度、循環(huán)性能和功率性能同時得到改善。

2、為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)第一方面提供了一種電池單體，包括電極組件，所述電極組件包括正極極片、負(fù)極極片和非水電解液；所述正極極片包括正極集流體和位于所述正極集流體至少一側(cè)的正極膜層，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和位于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極膜層；其中，

3、所述正極膜層包括正極活性材料，所述正極活性材料包括磷酸鐵鋰材料和鎳鈷錳酸鋰材料；在正極活性材料中，ni元素在ni、co、mn三種元素總和中的摩爾占比為0.5-0.95；

4、所述非水電解液包括碳酸亞乙烯酯，所述碳酸亞乙烯酯在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為0.5％-2％；

5、所述非水電解液包括線性碳酸酯和線性羧酸酯中的至少一種，所述非水電解液的電導(dǎo)率為9-14ms/cm。

6、由此，本技術(shù)的非水電解液包括一定量的碳酸亞乙烯酯，有利于在負(fù)極表面形成穩(wěn)定組分，以提高負(fù)極sei膜穩(wěn)定性，并且能夠降低sei膜阻抗；同時，電解液的電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)，有利于彌補sei膜阻抗增加所帶來的功率損失，還有利于彌補混入磷酸鐵鋰材料所帶來的功率損失，也有利于減少電導(dǎo)率過高對高溫循環(huán)性能的負(fù)面影響，保證電池具有高能量密度的同時，改善電池的循環(huán)性能和功率性能。

7、在任意實施方式中，所述非水電解液包括線性碳酸酯，所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯，所述碳酸二甲酯在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為4％-20％或8％-16％。由此，通過一定量的碳酸二甲酯調(diào)整電解液的電導(dǎo)率，有利于在保證電池高溫循環(huán)性能的同時，改善電池的功率性能。

8、在任意實施方式中，所述非水電解液包括線性羧酸酯，所述線性羧酸酯在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為5％-25％。

9、在任意實施方式中，所述線性羧酸酯包括甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯中的至少一種。

10、由此，通過一定量的線性羧酸酯調(diào)整電解液的電導(dǎo)率，有利于在保證電池高溫循環(huán)性能的同時，改善電池的功率性能。

11、在任意實施方式中，所述非水電解液在常溫下的粘度為1-3mpa·s或2-3mpa·s。

12、在任意實施方式中，當(dāng)所述鎳鈷錳酸鋰材料在所述正極活性材料中的質(zhì)量占比≥10％時，所述非水電解液還包括含有硫氧鍵的物質(zhì)，所述含有硫氧鍵的物質(zhì)包括硫酸乙烯酯、1,3-丙磺酸內(nèi)酯中的至少一種。

13、在任意實施方式中，所述含有硫氧鍵的物質(zhì)在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為0.5％-4％或0.5％-2％。

14、由此，當(dāng)正極活性材料中鎳鈷錳酸鋰材料質(zhì)量占比≥10％時，為了有利于發(fā)揮鎳鈷錳酸鋰材料的容量發(fā)揮優(yōu)勢，電池上限電壓以鎳鈷錳酸鋰材料為準(zhǔn)，高壓下含有硫氧鍵的物質(zhì)在正極成膜，優(yōu)化了正極界面膜組分，抑制鎳鈷錳酸鋰材料的表面殘堿與電解液中的酸性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)，改善了電池循環(huán)性能。

15、在任意實施方式中，所述非水電解液中，所述1,3-丙磺酸內(nèi)酯與所述硫酸乙烯酯的質(zhì)量比大于0且小于1。

16、由此，硫酸乙烯酯的質(zhì)量大于1,3-丙磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量可降低正極界面膜的阻抗，提升電池的功率性能。

17、在任意實施方式中，所述非水電解液還包括鋰鹽，所述鋰鹽在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為12％-16％。

18、在任意實施方式中，當(dāng)所述鎳鈷錳酸鋰材料在所述正極活性材料中質(zhì)量占比≥20％時，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰和氟磺酰胺類鋰鹽，所述氟磺酰胺類鋰鹽包括單氟磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、三氟磺酰亞胺鋰中的至少一種。

19、由此，非水電解液中包括六氟磷酸鋰和氟磺酰胺類鋰鹽能提高電解液的耐熱溫度，從而降低電解液不耐熱引發(fā)的正極熱失控風(fēng)險；同時也有利于提高電池的循環(huán)性能和功率性能。

20、在任意實施方式中，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰，所述六氟磷酸鋰與所述雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量比為1.23:1-4.28:1。

21、由此，六氟磷酸鋰與雙氟磺酰亞胺鋰的比例在上述范圍內(nèi)一方面可以降低電解液不耐熱引發(fā)的正極熱失控風(fēng)險，另一方面可以減少雙氟磺酰亞胺鋰對負(fù)極安全性能的負(fù)面影響，從而提升電池的安全性能。

22、在任意實施方式中，所述非水電解液還包括碳酸乙烯酯，所述碳酸乙烯酯在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為12％-35％。

23、由此，一方面非水電解液中包括碳酸乙烯酯有利于降低界面膜的阻抗，在保證電池循環(huán)性能的同時，提升電池的功率性能；另一方面，上述含量能夠抑制碳酸乙烯酯與正極活性材料的副反應(yīng)，從而改善電池的循環(huán)性能和安全性能。

24、在任意實施方式中，ni元素在所述正極膜層中的質(zhì)量占比為4.5％-25％，fe元素在所述正極膜層中的質(zhì)量占比為15％-33％，所述碳酸亞乙烯酯在所述非水電解液中的質(zhì)量含量為1％-1.5％。

25、在任意實施方式中，所述磷酸鐵鋰材料在所述正極活性材料中的質(zhì)量占比為50％-90％。

26、由此，磷酸鐵鋰材料在正極活性材料中的質(zhì)量占比較高時，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，能夠提升循環(huán)性能以及安全性能。

27、在任意實施方式中，所述磷酸鐵鋰材料在所述正極活性材料中的質(zhì)量占比為60％-80％；在正極活性材料中，ni元素在ni、co、mn三種元素總和中的摩爾占比為0.7–0.95。

28、由此，在保持成本優(yōu)勢的同時，使電池兼具良好的能量密度和循環(huán)性能。

29、在任意實施方式中，所述磷酸鐵鋰材料還包括al、b、ca、cr、k、mg、ni、co、mn、na、si、ti、v、cu、zn、s、sc、sr、y、zr、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce、cl、c、n、f中的一種或多種元素。

30、在任意實施方式中，磷酸鐵鋰材料包括如下的一項或多項：

31、al元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.01％-0.02％；

32、b元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.08％-0.09％；

33、ca元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0001％-0.0003％；

34、fe元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為16.035％-35％；

35、k元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0022％-0.0050％；

36、li元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為3％-4.5％；

37、mg元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00235％-0.0052％；

38、mn元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00205％-0.0050％；

39、na元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.018％-0.05％；

40、p元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為9.265％-19.5％；

41、si元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0065％-0.02％；

42、ti元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.074％-0.16％；

43、v元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0003％-0.0008％；

44、cr元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0004％-0.0012％；

45、zn元素在所述磷酸鐵鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00005％-0.0003％。

46、在任意實施方式中，所述鎳鈷錳酸鋰材料還包括al、b、fe、sr、ti、y、zr、na、k、mg、si、p、s、ca、sc、v、cr、cu、zn、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce、f中的一種或多種元素。

47、在任意實施方式中，鎳鈷錳酸鋰材料包括如下的一項或多項：

48、al元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0315％-0.07％；

49、b元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00195％-0.005％；

50、co元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為3.825％-8％；

51、fe元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0016％-0.005％；

52、li元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為5.5％-6.8％；

53、mn元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為1.22％-2.8％；

54、ni元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為24.93％-51％；

55、sr元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00005％-0.0002％；

56、ti元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.00015％-0.0004％；

57、y元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.0004％-0.0009％；

58、zr元素在所述鎳鈷錳酸鋰材料中的質(zhì)量占比為0.128％-0.3％。

59、在任意實施方式中，所述鎳鈷錳酸鋰材料包括類球形顆粒，所述磷酸鐵鋰材料包括形狀適于填充類球形顆粒之間的間隙的顆粒。由此，提高正極活性材料的壓實密度，從而提升電池的能量密度。

60、在任意實施方式中，所述鎳鈷錳酸鋰材料為多晶材料。由此，采用多晶的鎳鈷錳酸鋰材料有利于提升電池的功率。

61、在任意實施方式中，所述鎳鈷錳酸鋰材料包括最長徑為4-8μm的顆粒以及最長徑為0.5-2μm的顆粒。由此，不同粒徑的鎳鈷錳酸鋰顆粒組合使用，有利于提高正極活性材料的壓實密度，提高電池的能量密度。

62、在任意實施方式中，所述磷酸鐵鋰材料包括最長徑為0.1–0.3μm的顆粒和最長徑為1–2μm的顆粒。由此，不同粒徑的磷酸鐵鋰顆粒組合使用，有利于提高正極活性材料的壓實密度，提高電池的能量密度。

63、在任意實施方式中，所述正極膜層還包括補鋰材料，所述補鋰材料包括磷酸鋰、磷酸氫二鋰、硫酸鋰、亞硫酸鋰、鉬酸鋰、草酸鋰、鈦酸鋰、四硼酸鋰、偏硅酸鋰、偏錳酸鋰、酒石酸鋰、檸檬酸三鋰中的一種或多種。由此有利于提升電池的能量密度。

64、在任意實施方式中，所述負(fù)極膜層包括負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括石墨和硅材料，硅元素在所述負(fù)極膜層中的質(zhì)量占比為0.3％-10％。由此有利于提升電池的能量密度。

65、在任意實施方式中，所述硅材料包括硅氧化物、硅碳復(fù)合物中的一種或多種。

66、在任意實施方式中，所述硅材料包括硅碳復(fù)合物，硅元素在所述負(fù)極膜層中的質(zhì)量占比為1％-5％。由此有利于提升電池的能量密度。

67、在任意實施方式中，所述正極膜層的面密度為0.32–0.36mg/1540.25mm2。

68、在任意實施方式中，所述負(fù)極膜層的面密度為0.169–0.190mg/1540.25mm2。

69、由此有利于提升電池的能量密度。

70、在任意實施方式中，所述正極膜層在第一方向上的尺寸與所述電池單體在第一方向上的尺寸的比值≥92％。

71、在任意實施方式中，所述正極膜層在第二方向上的尺寸與所述電池單體在第二方向上的尺寸的比值≥93％，所述第二方向垂直于第一方向。

72、由此，有利于提升電極組件的利用率。

73、在任意實施方式中，被配置為0％soc狀態(tài)的所述電池單體中，所述正極集流體上任意一側(cè)的所述正極膜層與所述正極集流體的厚度比為5-8。

74、在任意實施方式中，被配置為0％soc狀態(tài)的所述電池單體中，所述負(fù)極集流體上任意一側(cè)的所述負(fù)極膜層與所述負(fù)極集流體的厚度比為13-20。

75、由此，同時改善了電池的能量密度和動力學(xué)性能。

76、在任意實施方式中，所述負(fù)極膜層包括位于所述負(fù)極集流體上的第一負(fù)極膜層和位于所述第一負(fù)極膜層上的第二負(fù)極膜層，所述第一負(fù)極膜層和所述第二負(fù)極膜層包括石墨。由此進(jìn)一步提升了電池的動力學(xué)性能。

77、在任意實施方式中，所述正極集流體的厚度為10–13μm。

78、在任意實施方式中，所述負(fù)極集流體的厚度為4–5.5μm。

79、由此，提升了電池的能量密度。

80、在任意實施方式中，所述電極組件包括至少兩片正極極片和至少兩片負(fù)極極片，所述正極極片與所述負(fù)極極片層疊設(shè)置；所述正極極片和/或所述負(fù)極極片包括極耳部和主體部，所述極耳部沿第一方向從所述主體部延伸出，所述極耳部與所述主體部的相接區(qū)域在第二方向上的總尺寸l1與所述主體部在第二方向上的尺寸l的比值≥50％，所述第二方向垂直于所述第一方向。

81、在任意實施方式中，所述電池單體包括同極性的至少兩個極柱，所述極柱與對應(yīng)極性的極耳部直接電連接。

82、在任意實施方式中，所述電池單體包括兩個正極極柱和兩個負(fù)極極柱，兩個所述正極極柱分別設(shè)置于所述電池單體垂直于第一方向的兩個側(cè)面上，兩個所述負(fù)極極柱分別設(shè)置于所述電池單體垂直于第一方向的兩個側(cè)面上，并且，所述正極極柱與所述負(fù)極極柱沿第一方向相對設(shè)置。

83、由此降低了電池的直流阻抗，增大了電池的過流面積，提升了電池的快充性能。

84、在任意實施方式中，所述電極組件在第一方向上的尺寸為400–1000mm。

85、在任意實施方式中，所述電極組件在第二方向上的尺寸為90–120mm，所述第二方向垂直于第一方向。

86、在任意實施方式中，所述電極組件在第三方向上的尺寸為13–25μm，所述第三方向同時垂直于第一方向和第二方向。

87、由此，在保證電池快充性能的同時，提高了電池的能量密度。

88、在任意實施方式中，所述電池單體被配置為以1/3c由4.25v放電至2.0v的平臺電壓為3.25–3.44v或3.32–3.44v。

89、由此提高了電池的平臺電壓，改善了電池的能量密度。

90、在任意實施方式中，所述電池單體的能量密度為210–250wh/kg。

91、在任意實施方式中，所述電池單體在常溫下的充電上限電壓為4.2–4.3v。

92、本技術(shù)的第二方面還提供一種電池裝置，包括本技術(shù)第一方面的電池單體；所述電池裝置包括電池模組、電池包或儲能裝置。

93、本技術(shù)的第三方面提供一種用電裝置，包括本技術(shù)第一方面的電池單體或本技術(shù)第二方面的電池裝置。

94、在任意實施方式中，所述用電裝置為車輛，所述電池單體或電池裝置的長度方向平行于所述車輛的行駛方向。