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，電池單體廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。

2、伴隨著市場(chǎng)對(duì)電池單體的快充性能、循環(huán)性能和安全性能需求的雙重提高，如何同時(shí)兼顧實(shí)現(xiàn)電池性能的綜合提高成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)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，提供一種兼具良好快充性能和安全性能的電池單體。

2、本技術(shù)第一方面提供一種電池單體，電池單體包括正極極片、負(fù)極極片、電解液和設(shè)置于正極極片和所述負(fù)極極片之間的隔離膜；所述電解液包括溶劑和電解質(zhì)鹽，所述電解質(zhì)鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰，基于所述電解液的總質(zhì)量計(jì)，所述雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量占比為1%-6%；所述溶劑包括鏈狀羧酸酯類溶劑，基于所述電解液的總質(zhì)量計(jì)，所述鏈狀羧酸酯類溶劑的質(zhì)量占比為5%-75%；所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體以及設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極膜層，所述負(fù)極膜層包括負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料的石墨化度為90%-96%；所述正極極片包括正極集流體以及設(shè)置于所述正極集流體至少一側(cè)的正極膜層，所述正極集流體包括鋁箔，所述鋁箔的厚度為10μm-16μm。

3、申請(qǐng)人在研究過程中發(fā)現(xiàn)石墨化度在上述范圍內(nèi)的負(fù)極活性材料與包含鏈狀羧酸酯類溶劑和雙氟磺酰亞胺鋰的電解液共同配合，既能夠減少電解液與負(fù)極活性材料的缺陷位點(diǎn)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)的概率，又能夠降低雙氟磺酰亞胺鋰與深度嵌鋰的負(fù)極活性材料的副反應(yīng)程度，還能通過負(fù)極活性材料一定的無序度與鏈狀羧酸酯溶劑形成鋰離子固液傳輸速率與液相傳輸速率的匹配，促進(jìn)鋰離子在負(fù)極活性材料的快速嵌入脫出，實(shí)現(xiàn)電池單體快充性能、安全性能和高溫循環(huán)壽命的兼顧。

4、在任意實(shí)施方式中，基于所述電解液的總質(zhì)量計(jì)，所述雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量占比為1.5%-5%。

5、基于所述電解液的總質(zhì)量計(jì)，所述雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量占比在上述范圍內(nèi)有利于在保持電池良好的快充性能、高溫循環(huán)壽命的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善電池的安全性。

6、在任意實(shí)施方式中，基于所述電解液的總質(zhì)量計(jì)，所述鏈狀羧酸酯類溶劑的質(zhì)量占比為10%-65%。

7、基于電解液的總質(zhì)量計(jì)，鏈狀羧酸酯類溶劑的質(zhì)量占比在上述范圍內(nèi)有利于兼顧電池單體的快充性能與高溫循環(huán)壽命。

8、在任意實(shí)施方式中，所述負(fù)極活性材料的石墨化度為92%-95%。

9、在任意實(shí)施方式中，基于所述電解液中電解質(zhì)鹽的總質(zhì)量計(jì)，雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量占比為10%-50%。

10、在電解液的電解質(zhì)鹽中雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量占比在上述范圍內(nèi)，既可以在一定程度上減少鏈狀羧酸酯類溶劑的用量，又可以減少電池在高溫循環(huán)中氟化氫的產(chǎn)量，還能緩解與深度嵌鋰的負(fù)極活性材料的反應(yīng)程度，共同作用改善電池單體的高溫循環(huán)性能與安全性能。

11、在任意實(shí)施方式中，所述鏈狀羧酸酯類溶劑包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、乙酸異丙酯、乙酸異戊酯中的一種或多種。

12、上述鏈狀羧酸酯類溶劑分子具有較高的鋰離子電導(dǎo)率，相比于其他鏈狀羧酸酯類溶劑，只需要少量添加即可以實(shí)現(xiàn)較高的鋰離子電導(dǎo)率，在改善電池單體快充性能的同時(shí)能夠有效控制電解液與負(fù)極活性材料的副反應(yīng)程度，使得電池單體得以在保持良好快充性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高循環(huán)穩(wěn)定性。

13、在任意實(shí)施方式中，所述鏈狀羧酸酯類溶劑包括乙酸乙酯、乙酸甲酯中的一種或多種，基于溶劑的總質(zhì)量計(jì)，乙酸乙酯、乙酸甲酯的總質(zhì)量占比為5%-80%，可選為10%-70%。

14、乙酸乙酯、乙酸甲酯相比于其他羧酸酯類溶劑具有更好的動(dòng)力學(xué)活性以及相對(duì)低的產(chǎn)氣水平，有利于進(jìn)一步提高鋰離子的傳輸速率以及降低電解液與負(fù)極在高溫下的副反應(yīng)水平，兼顧電池單體的快充性能和高溫循環(huán)穩(wěn)定性。

15、在任意實(shí)施方式中，所述鏈狀羧酸酯類溶劑包括乙酸甲酯，基于溶劑的總質(zhì)量計(jì)，乙酸甲酯的質(zhì)量含量為5%-80%，可選為5%-50%，進(jìn)一步可選為10%-40%。

16、在任意實(shí)施方式中，所述溶劑還包括碳酸酯類溶劑，所述碳酸酯類溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一種或多種。

17、在任意實(shí)施方式中，所述溶劑包括碳酸乙烯酯，基于所述溶劑的總質(zhì)量計(jì)，碳酸乙烯酯的質(zhì)量含量為15%-35%。

18、碳酸乙烯酯具有高的介電常數(shù)，有利于提高電解液中鋰鹽的溶解度，提高電解液中的鋰離子濃度，改善電解液的電導(dǎo)率，改善電池的快充性能。同時(shí)，碳酸乙烯酯具有良好的成膜性，利于提高負(fù)極表面sei膜的質(zhì)量，降低羧酸酯與負(fù)極的副反應(yīng)程度，改善電池的循環(huán)壽命。

19、在任意實(shí)施方式中，所述溶劑包括碳酸二甲酯，基于所述溶劑的總質(zhì)量計(jì)，碳酸二甲酯的質(zhì)量含量為5%-50%。

20、碳酸二甲酯具有良好的導(dǎo)電率和產(chǎn)氣性能。在電解液中加入碳酸二甲酯可以適當(dāng)減少電解液中羧酸酯的添加含量，從而降低羧酸酯與負(fù)極的副反應(yīng)程度，在保持電池快充性能的基礎(chǔ)上提高電池的循環(huán)壽命。

21、在任意實(shí)施方式中，所述負(fù)極集流體包括銅箔，所述銅箔的厚度為4μm-6μm，可選為4μm-5μm。

22、銅箔的厚度在上述范圍內(nèi)，既能通過一定的集流體厚度降低電池內(nèi)阻、減少電池單體在快充時(shí)的產(chǎn)熱，使得電池單體能夠承受更高的充電電流，改善電池快充性能和安全性能；又能通過集流體減薄提高電池的能量密度，進(jìn)而兼顧電池單體的快充性能與能量密度。

23、在任意實(shí)施方式中，負(fù)極膜層的單側(cè)面密度為0.08g/1540.25mm2-0.20g/1540.25mm2，可選為0.10?g/1540.25mm2-0.16?g/1540.25mm2。

24、負(fù)極膜層的單側(cè)面密度在上述范圍內(nèi)的電池單體能夠降低鋰離子在負(fù)極膜層中的傳輸距離，與具有高電導(dǎo)率的電解液匹配，減小電池單體在進(jìn)行快充時(shí)產(chǎn)生的濃差極化，使得電池單體能夠承受更大的充電電流，有利于改善電池單體的快充性能以及安全性能。

25、在任意實(shí)施方式中，負(fù)極極片的壓實(shí)密度為1.2?g/cm3-1.9?g/cm3，可選為1.2?g/cm3-1.65g/cm3。

26、壓實(shí)密度在上述范圍內(nèi)的負(fù)極極片具有合適的孔隙率，能夠與具有高電導(dǎo)率的電解液匹配，提高鋰離子在負(fù)極的擴(kuò)散速率，減小在進(jìn)行快充時(shí)產(chǎn)生的濃差極化，使得電池單體能夠承受更大的充電電流，有利于改善電池單體的快充性能以及安全性能。

27、在任意實(shí)施方式中，負(fù)極膜層的單側(cè)平均厚度為30μm?-150μm，可選為30μm?-80μm。

28、負(fù)極膜層的單側(cè)平均厚度在上述范圍內(nèi)的電池單體能夠降低鋰離子在負(fù)極膜層中的傳輸距離，與具有高電導(dǎo)率的電解液匹配，減小電池單體在進(jìn)行快充時(shí)產(chǎn)生的濃差極化，使得電池單體能夠承受更大的充電電流，有利于改善電池單體的快充性能以及安全性能。

29、在任意實(shí)施方式中，負(fù)極極片的孔隙率為20%-60%，可選為25%-40%。

30、孔隙率在上述范圍內(nèi)的負(fù)極極片，能夠與具有高電導(dǎo)率的電解液匹配，提高鋰離子在負(fù)極的擴(kuò)散速率，減小電池單體在進(jìn)行快充時(shí)產(chǎn)生的濃差極化，使得電池單體能夠承受更大的充電電流，有利于改善電池單體的快充性能以及安全性能。

31、在任意實(shí)施方式中，所述正極極片包括正極集流體以及設(shè)置于所述正極集流體至少一側(cè)的正極膜層，所述正極集流體包括鋁箔，所述鋁箔的厚度為10μm-16μm。

32、鋁箔的厚度在上述范圍內(nèi)，既能通過一定的集流體厚度降低電池內(nèi)阻、減少電池單體在大倍率充放電下的發(fā)熱，改善電池快充性能和安全性能；又能通過集流體減薄提高電池的能量密度，進(jìn)而兼顧電池單體的快充性能與能量密度。

33、在任意實(shí)施方式中，鋁箔的厚度為11μm?-14μm。

34、鋁箔的厚度在上述范圍內(nèi)能夠進(jìn)一步提高集流體過流能力，緩解快充過程中，極片上電流密度分布不均勻、電池單體內(nèi)部在快充過程中溫升不一致的現(xiàn)象，使得快充性能在長(zhǎng)期快充循環(huán)中得以保持，改善電池單體的快充循環(huán)壽命。

35、在任意實(shí)施方式中，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及其改性材料。

36、在任意實(shí)施方式中，所述隔離膜的孔隙率為25%-55%，可選為28%-42%。

37、孔隙率在上述范圍內(nèi)的隔離膜有利于提高鋰離子的液相傳輸速率，降低鋰離子的液相傳輸電阻。因此，為了實(shí)現(xiàn)相同的鋰離子液相傳輸速率所需添加的鏈狀羧酸酯類溶劑含量得以降低，使得電池單體能夠進(jìn)一步兼顧快充性能與循環(huán)穩(wěn)定性。

38、在任意實(shí)施方式中，所述隔離膜的孔隙率為28%-42%。

39、隔離膜的孔隙率在上述范圍內(nèi)有利于進(jìn)一步提高鋰離子的液相傳輸速率，緩解快充過程中極片上電流密度分布不均勻、電池單體內(nèi)部在快充過程中溫升不一致的現(xiàn)象，使得快充性能在長(zhǎng)期快充循環(huán)中得以保持，改善電池單體的快充循環(huán)壽命。

40、在任意實(shí)施方式中，所述隔離膜的gurley值g為50s-620s，可選為300s-610s，所述gurley值指將隔離膜置于透氣度測(cè)試儀中，在1.22kpa壓力下100ml空氣通過1平方英寸隔離膜所需的時(shí)間，單位為s。

41、gurley值在上述范圍內(nèi)的隔離膜有利于提高鋰離子的液相傳輸速率，進(jìn)而降低為了實(shí)現(xiàn)相同的鋰離子液相傳輸速率所需添加的鏈狀羧酸酯類溶劑含量，使得電池單體能夠進(jìn)一步兼顧快充性能與循環(huán)穩(wěn)定性。

42、在任意實(shí)施方式中，所述隔離膜包括基膜和陶瓷涂層，所述陶瓷涂層僅設(shè)置于所述基膜的正極側(cè)。

43、陶瓷涂層中主要的組成成分為陶瓷顆粒，陶瓷顆粒具有阻燃性，以及較高的硬度值，受熱不易變形，因此陶瓷涂層有利于提高隔離膜的機(jī)械強(qiáng)度，減小快充過程中易于形成的鋰枝晶刺穿隔離膜導(dǎo)致電池內(nèi)短路、產(chǎn)生熱失控的概率。將陶瓷涂層僅設(shè)置于基膜的正極側(cè)能兼顧電池單體的快充性能和安全性能。

44、在任意實(shí)施方式中，所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒包括氧化鋁、勃姆石、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅、氧化鋯、氧化錫中的一種或多種，可選為氧化鋁、勃姆石中的一種或多種。

45、在任意實(shí)施方式中，所述陶瓷涂層還包括粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、水溶性不飽和樹脂sr-1b、水性丙烯酸類樹脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一種或多種，可選為聚偏氟乙烯。

46、在任意實(shí)施方式中，電池單體包括卷繞電芯，所述負(fù)極集流體包括負(fù)極集流部以及設(shè)置于所述負(fù)極集流部至少一側(cè)的負(fù)極極耳，所述卷繞電芯的負(fù)極極片中至少有一圈包括至少兩個(gè)負(fù)極極耳。

47、在任意實(shí)施方式中，電池單體包括卷繞電芯，所述正極集流體包括正極集流部以及設(shè)置于所述正極集流部至少一側(cè)的正極極耳，所述卷繞電芯的正極極片中至少有一圈包括至少兩個(gè)正極極耳。

48、現(xiàn)有技術(shù)中，卷繞電芯中的正極極片或負(fù)極極片通常每卷繞一圈中設(shè)置一個(gè)極耳，本技術(shù)實(shí)施例通過在卷繞電芯極片的至少一圈上設(shè)置至少兩個(gè)極耳得以降低極耳處的過流，減少極耳處的溫升，降低電解液中的羧酸酯溶劑與雙氟磺酰亞胺鋰和負(fù)極的副反應(yīng)程度，同時(shí)使得電池單體能夠承受更高的充電電流，進(jìn)一步提高電池單體的快充性能以及安全性能。另外，在卷繞電芯極片的至少一圈上設(shè)置至少兩個(gè)極耳使得極片上電流密度分布不均勻、電池單體內(nèi)部在快充過程中溫升不一致的現(xiàn)象得以緩解，使得快充性能在長(zhǎng)期快充循環(huán)中得以保持，改善電池單體的快充循環(huán)壽命。

49、在任意實(shí)施方式中，卷繞電芯包括大面區(qū)以及彎折區(qū)，所述正極極耳設(shè)置于所述卷繞電芯的大面區(qū)，按照沿著由內(nèi)到外的卷繞方向大面區(qū)中正極極片層數(shù)依次增長(zhǎng)的規(guī)則定義所述正極極片在卷繞電芯中的層數(shù)，所述卷繞電芯的正極極片至少有連續(xù)的兩層中每層均設(shè)置有正極極耳。

50、現(xiàn)有技術(shù)中卷繞電芯中的極耳一般設(shè)置在第n層、第n+2層、第n+4層等，卷繞電芯中極片中最多每?jī)蓪釉O(shè)置一個(gè)極耳。本技術(shù)實(shí)施例通過在極片中至少有連續(xù)的兩層中每層均設(shè)置有極耳，即將極耳連續(xù)設(shè)置于第n層、第n+1層，以降低極耳處的過流，減少極耳處的溫升，降低電解液中的羧酸酯溶劑與雙氟磺酰亞胺鋰和負(fù)極的副反應(yīng)程度，同時(shí)使得電池單體能夠承受更高的充電電流，進(jìn)一步提高電池單體的快充性能以及安全性能。另外，在卷繞電芯極片的至少一圈上設(shè)置至少兩個(gè)極耳使得極片上電流密度分布不均勻、電池單體內(nèi)部在快充過程中溫升不一致的現(xiàn)象得以緩解，使得快充性能在長(zhǎng)期快充循環(huán)中得以保持，進(jìn)一步改善電池單體的循環(huán)壽命。

51、在任意實(shí)施方式中，所述電池單體的注液系數(shù)為2.5g/ah?-3.2g/ah，可選為2.8g/ah?-3.0g/ah。

52、注液系數(shù)在上述范圍內(nèi)的電池單體既能夠使得鏈狀羧酸酯類溶劑與負(fù)極活性材料的副反應(yīng)保持在較低水平，兼顧電池的循環(huán)壽命；又能夠提高電解液與極片之間的浸潤(rùn)性，降低電池界面電阻，減小電池阻抗，使得電池快充性能進(jìn)一步提高。

53、本技術(shù)第二方面提供了一種電池裝置，包括本技術(shù)第一方面提供的電池單體，所述電池裝置包括電池模組、電池包、儲(chǔ)能電池中的至少一種。

54、本技術(shù)第三方面還提供一種用電裝置，所述用電裝置包括本技術(shù)第一方面提供的電池單體或本技術(shù)第二方面提供的電池裝置。