CN116914277A - 一种电池单体、电池包及其用电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池单体、电池包及其用电装置，该电池单体包括壳体、电芯及顶盖组件，壳体包括内侧壁和外侧壁，内侧壁围合形成具有开口的容置腔；电芯安装于容置腔内，电芯包括沿第一方向依次连接的第一折弯区、大面区和第二折弯区，第一折弯区和第二折弯区的厚度膨胀率均为n，10%≤n≤30%，大面区的厚度膨胀率为m，10%≤m≤25%，第一方向为垂直于电芯的厚度方向及开口的朝向的方向；顶盖组件盖合于开口上。
Description
技术领域
本申请涉及用电装置技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池包及其用电装置。
背景技术
电池单体包括壳体以及设置于壳体内的电芯，电池单体在使用的过程中，壳体内将会发生化学反应，即在电池单体充电时，锂离子从正极极片上脱嵌并嵌入负极极片，引起负极极片的层间距增大，从而出现膨胀现象，在电池单体放电时，壳体内因发生化学反应而产生气体，将加剧电芯的膨胀程度，从而使得电池单体出现鼓胀，相关技术中电池单体在循环过程中，经常因电池单体的鼓胀超出预设范围而引发安全事故的风险。
发明内容
针对现有技术中上述不足，本发明提供了一种电池单体、电池包及其用电装置，能够提高电池单体使用的安全性。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种电池单体，所述电池单体包括：
壳体，所述壳体包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁围合形成具有开口的容置腔；
电芯，所述电芯安装于所述容置腔内，所述电芯包括沿第一方向依次连接的第一折弯区、大面区和第二折弯区，所述第一折弯区和所述第二折弯区的厚度膨胀率均为n，10%≤n≤30%，所述大面区的厚度膨胀率为m，10%≤m≤25%，所述第一方向为垂直于所述电芯的厚度方向及所述开口的朝向的方向；
顶盖组件，所述顶盖组件盖合于所述开口上。
发明人通过大量研究发现，当第一折弯区和第二折弯区的厚度膨胀率均小于10%，且大面区的厚度膨胀率也小于10%时，锂离子嵌入和脱嵌的数量较少，从而影响电池单体的充放电效率，当第一折弯区和第二折弯区的厚度膨胀率均大于30%，且大面区的厚度膨胀率大于25%时，由于电芯充放电后的厚度膨胀率较大，导致组成电芯的极片与极片之间的间距变大，从而增加了锂离子的跨越难度以及锂离子的传递阻抗，进而加剧了电池单体的容量衰减，基于此，将第一折弯区和第二折弯区的厚度膨胀率均控制在10%-30%之间，且将大面区的厚度膨胀率控制在10%-25%之间，如此，既能在电池单体充放电过程中，保证电池单体的充放电的效率，又能在电池单体的充放电过程中，使得组成电芯的极片与极片之间的间距适当，一方面降低了电池单体在充放电过程中，锂离子的跨越难度以及锂离子的传递阻抗和扩散阻抗，从而降低了电池单体的容量衰减程度，另一方面，降低了电池单体在充放电过程中因组成电芯的极片与极片间距较大导致电池单体的膨胀超出预设范围而引发安全事故的风险，从而提高了电池单体的使用安全性。
在第一方面可能的实现方式中，所述内侧壁与所述外侧壁之间的距离为d1，0.3mm≤d1≤0.6mm。
由此，既能在电池单体的充放电过程中约束电芯的膨胀，改善了电池单体的安装稳定性和使用安全性，又能避免过度增加壳体的重量，使得电池单体符合轻巧化的设计。
在第一方面可能的实现方式中，在所述第一方向上，所述第一折弯区远离所述大面区的端部与所述大面区之间的距离为d2，3.5cm≤d2≤5.5cm，所述第二折弯区远离所述大面区的端部与所述大面区之间的距离为d3，3.5cm≤d3≤5.5cm。
如此，在电池单体充放电的过程中，既能使得组成电芯的极片与极片之间的距离恰当，使得电解液中锂离子的浓度适当，同时还能使得第一折弯区和第二折弯区处的极片的膨胀应力在预设范围内，改善了电池单体的循环保持率，又能避免因第一折弯区和第二折弯区处的极片与极片之间的间距过大导致电池单体的容量加剧衰减的情况发生。
在第一方面可能的实现方式中，所述大面区的厚度为D，70cm≤D≤80cm。
由此，能够改善电芯与壳体的内侧壁之间的安装间隙，从而在改善电芯安装于壳体内的安装难度的前提下，保证电池单体的能量密度，又能使得电芯处于较为恰当的厚度，从而在电池单体充放电时，避免电池单体因电芯的厚度膨胀率过大导致电池单体的容量加剧衰减，从而改善了电池单体的循环性能。
在第一方面可能的实现方式中，所述第一折弯区和所述第二折弯区的膨胀应力均为F1，51Mpa≤F1≤90Mpa；
所述大面区的膨胀应力为F2，5Mpa≤F2≤30Mpa。
可见，当第一折弯区和第二折弯区的膨胀应力均为51Mpa至90Mpa，且大面区的膨胀应力为5Mpa至30Mpa时，电池单体的循环保持率在92.88%-82.35%之间，且电池单体的产气量在43%vol-85%vol之间，换句话说，电池单体具有较高的循环保持率以及较低的产气量，从而避免了因电池单体的产气量较高导致电池单体的膨胀超过预设范围而引发安全事故，同样的，较高的循环保持率改善了电池单体的循环性能。
在第一方面可能的实现方式中，所述电芯包括层叠卷绕的负极极片、隔膜及正极极片；
所述负极极片上涂覆有负极活性材料层，所述负极活性材料层包括二次颗粒及碳包覆的单颗粒。
由于二次颗粒是在单颗粒的基础上进行二次颗粒工艺制备而成，二次颗粒工艺能够丰富锂离子内嵌脱的通道数量，从而提升了负极活性材料层的倍率性能和低温定能，进而提高了负极活性材料层的容量，另外，二次颗粒能够增加负极活性材料层的各向同性，改善了电池单体的首次库伦率和倍率性能，降低了电池单体出现膨胀的风险。
另外，碳包覆的单颗粒中的碳可以是介孔碳、石墨烯及碳纳米中的至少一种，而介孔碳、石墨烯及碳纳米能够有效缓解负极活性材料层体积膨胀的问题，从而能够大幅度提升电池单体的循环性能。此外，由于单颗粒的表面稳定性较差，因此，碳包覆的单颗粒，一方面能够改变负极活性材料层的电导率，另一方面，可以提供较为稳定的化学以及电化学反应界面，由此，进一步提高了电池单体的循环性能。
在第一方面可能的实现方式中，所述负极活性材料层中的颗粒粒径D50在7um-16um之间。
如此一来，既能在电池单体的首次充放电过程中减少电荷的消耗，从而改善电池单体的不可逆容量损失，提高了电池单体的循环性能，又能增加负极活性材料层的压实密度，提高电池单体的体积能量密度，还能改善大电流充放电的性能。
在第一方面可能的实现方式中，所述负极活性材料层的OI值在3-15之间。
如此一来，既能改善电池单体的放电容量，又能改善电池单体在首次充放电时的不可逆容量损失，从而提高了电池单体的循环性能。
第二方面，本发明还提供了一种电池包，所述电池包包括：
至少一个第一方面所述的电池单体。
由此，第二方面中的电池包由于包括了第一方面中的电池单体，因此，提高了电池包的循环性能。
第三方面，本发明还提供了一种用电装置，所述用电装置包括第二方面所述的电池包。
由于第三方面中的用电装置包括了第二方面中的电池包，因此，提高了用电装置用电的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电池单体的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电池单体的电芯的正视图；
图3为本发明实施例提供的电池单体的壳体的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电池单体的电芯的端面图；
图5为本发明实施例提供的电池单体的电芯上划分有网格单元的结构示意图；
图6为本发明实施例提供负极极片的切面图；
图7为本发明实施例提供的电池包的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的用电装置的结构简图。
附图标记说明：
100-电池单体；110-壳体；111-内侧壁；112-外侧壁；113-开口；114-容置腔；120-电芯；121-第一折弯区；122-第二折弯区；123-大面区；124-网格单元；120a-负极极片；120b-隔膜；120c-正极极片；120d-负极活性材料层；130-顶盖组件；
200-电池包；
300-用电装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
正如本申请的背景技术所述的，电池单体包括壳体以及设置于壳体内的电芯，电池单体在使用的过程中，壳体内将会发生化学反应，即在电池单体充电时，锂离子从正极极片上脱嵌并嵌入负极极片，引起负极极片的层间距增大，从而出现膨胀现象，在电池单体放电时，壳体内因发生化学反应而产生气体，将加剧电芯的膨胀程度，从而使得电池单体出现鼓胀，相关技术中电池单体在循环过程中，经常因电池单体的鼓胀超出预设范围而引发安全事故的风险。
为了解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提供了一种电池单体、电池包及其用电装置，能够提高电池单体使用的安全性，电芯在第一方向上具有依次连接的第一折弯区、大面区及第二折弯区，由于将第一折弯区和第二折弯区的厚度膨胀率均控制在10%-30%之间，且将大面区的厚度膨胀率控制在10%-25%之间，因此，限定了第一折弯区、第二折弯区及大面区的膨胀程度，由此，在电池单体的循环用过程中，能够降低电池单体出现膨胀超出预设范围的风险，从而提高了电池单体的使用安全性。
下面通过具体的实施例对本申请进行详细说明：
参见图1和图2，本申请实施例提供了一种电池单体100，该电池单体100包括壳体110、电芯120及顶盖组件130，壳体110包括内侧壁111和外侧壁112，内侧壁111围合形成具有开口113的容置腔114；电芯120安装于容置腔114内，电芯120包括沿第一方向依次连接的第一折弯区121、大面区123和第二折弯区122，第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率均为n，10%≤n≤30%，大面区123的厚度膨胀率为m，10%≤m≤25%，第一方向为垂直于电芯120的厚度方向及开口113的朝向的方向；顶盖组件130盖合于开口113上。
其中，上述厚度膨胀率是指膨胀后的电芯120的厚度与初始状态的电芯120的厚度之间的差值与初始状态的电芯120的厚度之间的比值，即膨胀后的电芯120的厚度为m1，初始状态的电芯120的厚度为m2，厚度膨胀率L=（m1-m2）/m2，值得注意的是，厚度膨胀率是指电芯120充放电后的厚度膨胀率。
另外，上述第一方向是指图1中X箭头所示的方向，下文所提及的方向均是指X箭头所示的方向。电芯120包括沿第一方向依次连接的第一折弯区121、大面区123和第二折弯区122，应理解，电芯120为卷绕电芯120，且电芯120应用于方形的电池单体100中。
在本实施例中，发明人通过大量研究发现，当第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率均小于10%，且大面区123的厚度膨胀率也小于10%时，锂离子嵌入和脱嵌的数量较少，从而影响电池单体100的充放电效率，另外，由于锂离子的嵌入和脱嵌能够形成电流（即锂离子从正极极片上脱嵌并嵌入至负极极片对应的坑位上），而膨胀率会影响极片之间的距离，从而影响脱嵌的锂离子嵌入负极极片的效果，当第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率均大于30%，且大面区123的厚度膨胀率大于25%时，由于电芯120充放电后的厚度膨胀率较大，导致组成电芯120的极片与极片之间的间距变大，从而增加了锂离子的跨越难度以及锂离子的传递阻抗，进而加剧了电池单体100的容量衰减，基于此，将第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率均控制在10%-30%之间，且将大面区123的厚度膨胀率控制在10%-25%之间，如此，既能在电池单体100充放电过程中，保证电池单体100的充放电的效率，又能在电池单体100的充放电过程中，使得组成电芯120的极片与极片之间的间距适当，一方面降低了电池单体100在充放电过程中，锂离子的跨越难度以及锂离子的传递阻抗和扩散阻抗，从而降低了电池单体100的容量衰减程度，另一方面，降低了电池单体100在充放电过程中因组成电芯120的极片与极片间距较大导致电池单体100的膨胀超出预设范围而引发安全事故的风险，从而提高了电池单体100的使用安全性。
具体的，通过调节第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n能够改变电池单体100的循环性能，下表1是不同的第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n所对应的电池单体100的循环保持率：
表1：
从上述表1中可以看出，当第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n小于10%时，电池单体100的循环保持率将骤减，同理，当第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n大于30%时，电池单体100的循环保持率也将骤减，且第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n在10%-30%之间时，电池单体的循环保持率随厚度膨胀率n的增加而降低，且均在较高范围内，也即是说，第一折弯区121和第二折弯区122的厚度膨胀率n在10%-30%之间时，电池单体的循环性能较好。
在一些可能的实施例中，参见图3，内侧壁111与外侧壁112之间的距离为d1，0.3mm≤d1≤0.6mm。
其中，内侧壁111与外侧壁112之间的距离是指壳体110的厚度。
当内侧壁111与外侧壁112之间的距离小于0.3mm时，则说明壳体110的厚度较小，壳体110的强度较弱，当电芯120在电池单体100的充放电过程中膨胀时，壳体110对膨胀后的电芯120的约束力较小，导致壳体110将发生较大的变形，从而影响电池单体100的安装稳定性及使用安全性，反之，当内侧壁111与外侧壁112之间的距离大于0.6mm时，则说明壳体110的厚度较大，壳体110的强度较高，虽然壳体110能够在电池单体100的充放电过程中对电芯120的膨胀进行约束，但是，由于壳体110的厚度较厚导致壳体110的重量较大，不利于电池单体100轻巧化的设计，基于此，使得内侧壁111与外侧壁112之间的距离在0.3mm与0.6mm之间，既能在电池单体100的充放电过程中约束电芯120的膨胀，改善了电池单体100的安装稳定性和使用安全性，又能避免过度增加壳体110的重量，使得电池单体100符合轻巧化的设计。
示例地，内侧壁111与外侧壁112之间的距离可以为0.3mm、0.4mm、0.5mm及0.6mm等。
在一些可能的实施例中，参见图2，在第一方向上，第一折弯区121远离大面区123的端部与大面区123之间的距离为d2，3.5cm≤d2≤5.5cm，第二折弯区远离大面区123的端部与大面区123之间的距离为d3，3.5cm≤d3≤5.5cm。
对于同一个电芯120而言，若第一折弯区121远离大面区123的端部与大面区123之间的距离以及第二折弯区122远离大面区123的端部与大面区123之间的距离均小于3.5cm时，说明在第一折弯区121和第二折弯区122，组成电芯120的极片与极片之间的间距较小，导致极片与极片之间的电解液较少，因此，在电池单体100充放电的过程中，导致极片与极片之间的锂离子浓度较高，从而出现析锂现象，进而影响电池单体100的充放电效果，另外，在电池单体100充放电过程中，增大了第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力，从而降低电池单体100的循环保持率，反之，若第一折弯区121远离大面区123的端部与大面区123之间的距离以及第二折弯区122远离大面区123的端部与大面区123之间的距离均大于5.5cm时，说明在第一折弯区121和第二折弯区122，组成电芯120的极片与极片之间的间距较大，导致极片与极片之间的电解液较多，因此，在电池单体100充放电的过程中，导致极片与极片之间的锂离子浓度较低，并且增加了锂离子的跨越难度及传递阻抗，从而不利于电池单体100的容量的保持。
基于此，使得第一折弯区121远离大面区123的端部与大面区123之间的距离以及第二折弯区远离大面区123的端部与大面区123之间的距离均在3.5cm-5.5cm之间，如此，在电池单体100充放电的过程中，既能使得组成电芯120的极片与极片之间的距离恰当，使得电解液中锂离子的浓度适当，同时还能使得第一折弯区121和第二折弯区处的极片的膨胀应力在预设范围内，改善了电池单体100的循环保持率，又能避免因第一折弯区121和第二折弯区处的极片与极片之间的间距过大导致电池单体100的容量加剧衰减的情况发生。
示例地，第一折弯区121远离大面区123的端部与大面区123之间的距离以及第二折弯区远离大面区123端部与大面区123之间的距离均可以为3.5cm、4cm、4.5cm、5cm、5.5cm等。
在一些可能的实施例中，参见图4，大面区123的厚度为D，70cm≤D≤80cm。
若大面区123的厚度小于70cm，使得电芯120与壳体110的内侧壁111之间的安装间隙较大，从而不利于提高电池单体100的能量密度，若大面区123的厚度大于80cm，一方面使得电芯120与壳体110的内侧壁111之间的安装间隙较小，提高了电芯120安装于壳体110内的安装难度，另一方面，电芯120的厚度越大，电芯120的厚度膨胀率越大，从而在电池单体100的循环过程中影响电池单体100的容量，基于此，使得大面区123的厚度在70cm至80cm之间，能够改善电芯120与壳体110的内侧壁111之间的安装间隙，从而在改善电芯120安装于壳体110内的安装难度的前提下，保证电池单体100的能量密度，又能使得电芯120处于较为恰当的厚度，从而在电池单体100充放电时，避免电池单体100因电芯120的厚度膨胀率过大导致电池单体100的容量加剧衰减，从而改善了电池单体100的循环性能。
示例地，大面区123的厚度可以为70cm、71cm、72cm、73cm、74cm、75cm、76cm、77cm、78cm、79cm、70cm等。
由于第一折弯区121和第二折弯区122具有折弯应力，因此，为了保证电池的循环性能，使得第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力应大于大面区123的膨胀应力，在一些可能的实施例中，第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为F1，51Mpa≤F1≤90Mpa；大面区123的膨胀应力为F2，5Mpa≤F2≤30Mpa。
具体地，通过对第一折弯区121、第二折弯区122的膨胀应力F1以及大面区123的膨胀应力F2在不同范围的电池单体100进行测试，得到第一折弯区121、第二折弯区122的膨胀应力F1和大面区123的膨胀应力F2在不同数值时，对应电池单体100的产气量以及循环保持率的数据如下表2：
表2：
从上述表2中可以看出，当第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力F1均小于51Mpa，且大面区123的膨胀应力F2小于5Mpa时，电池单体100的循环保持率小于或等于90.26%，且产气量大于或等于93%vol，可见，当第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均小于51Mpa，且大面区123的膨胀应力小于5Mpa时，电池单体100的循环保持率略小于第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为51Mpa且大面区123的膨胀应力为5Mpa时的电池单体100的循环保持率，但是，电池单体100的产气量远远大于第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为51Mpa且大面区123的膨胀应力为5Mpa时的电池单体100的产气量。
当第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力F1均大于90Mpa，且大面区123的膨胀应力F2大于30Mpa时，电池单体100的循环保持率小于或等于76.5%，产气量大于或等于98%vol，可见，当第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均大于90Mpa，且大面区123的膨胀应力大于30Mpa时，电池单体100的循环保持率将小于第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为90Mpa且大面区123的膨胀应力为30Mpa时的电池单体100的循环保持率，但是，电池单体100的产气量远远大于第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为90Mpa且大面区123的膨胀应力为30Mpa时的电池单体100的产气量。
可见，当第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力均为51Mpa至90Mpa，且大面区123的膨胀应力为5Mpa至30Mpa时，电池单体100的循环保持率在92.88%-82.35%之间，且电池单体100的产气量在43%vol-85%vol之间，换句话说，电池单体100具有较高的循环保持率以及较低的产气量，从而避免了因电池单体100的产气量较高导致电池单体100的膨胀超过预设范围而引发安全事故，同样的，较高的循环保持率改善了电池单体100的循环性能。
示例地，第一折弯区121和第二折弯区122的膨胀应力可以为51Mpa、55Mpa、60Mpa、65Mpa、70Mpa、75Mpa、80Mpa、85Mpa、90Mpa等，大面区123的膨胀应力可以为5Mpa、8Mpa、12Mpa、15Mpa、18Mpa、20Mpa、23Mpa、26Mpa、30Mpa等。
另外，电芯120膨胀应力的测试方式有多种，例如，可以采用恒间隙测试膨胀应力（即保持整个电芯120的间隙恒定），也可以采用恒压力测试膨胀间隙（即保持施加至电芯120上的压力不变）来获取电芯120的膨胀应力，在本实施例中，主要以恒间隙测试膨胀应力为例进行详细举例说明。
可选地，采用原位膨胀分析仪对整个电池单体100进行测试，电池单体100充放电流程为：Rest 10 min ~30min，1C CC（Constant Current，恒流） to 3.65V，CV（ConstantVoltage，恒压） to 0.05C，Rest 10 min~30min，1C DC（Direct Current，直流） to 2.5V，也即是说，充电时长为10min~30min，以恒流1C电流充电至电池单体100的电压为3.65V，然后以3.65V恒压充电，当充电电流低于0.05C时停止充电，即电池单体100已经充满。放电时长为10min~30min，以1C电流进行直流放电至电池单体100的终止电压即2.5V时停止放电。另外，值得注意的是，1C电流是指电池标称容量的电流，即电池以一定的电流放电到3.0V电压时，时间刚好一小时，这个一定的电流就是1C电流。
参见图5，为了获取电芯120表面不同位置处膨胀力的变化，将电芯120的宽侧壁（即宽侧壁包括第一折弯区121、大面区123和第二折弯区122）划分为多个阵列的网格单元124，并在每个网格单元124对应的位置设置压力传感器，以在电芯120充放电过程中获取电芯120表面不同位置处的膨胀力。
而上述第一折弯区121的膨胀应力是指第一折弯区121对应的多个网格单元124的应力平均值，同理，第二折弯区122及大面区123的膨胀应力均是指其对应的多个网格单元124的应力平均值。
在一些可能的实施例中，结合参见图4和图6，电芯120包括层叠卷绕的负极极片120a、隔膜120b及正极极片120c；负极极片120a上涂覆有负极活性材料层120d，负极活性材料层120d包括二次颗粒及碳包覆的单颗粒。
其中，负极活性材料层120d是指在电池单体100的充电过程中作为承载锂离子和电子的载体，起到了能量的储存和释放的作用。
单颗粒的负极活性材料是以煤系针状焦为原料制备，具体地，将煤系针状焦经过破碎、石墨化得到单颗粒的负极活性材料，而单颗粒的负极材料的首次库伦率为84%，首次库伦率较低，当单颗粒作为负极活性材料时，将会造成正极活性材料的大量消耗，从而增加了电池单体100的制备成本，基于此，本实施例中的负极活性材料层120d包括二次颗粒及碳包覆的单颗粒。
由于二次颗粒是在单颗粒的基础上进行二次颗粒工艺制备而成，二次颗粒工艺能够丰富锂离子内嵌脱的通道数量，从而提升了负极活性材料层120d的倍率性能和低温定能，进而提高了负极活性材料层120d的容量，另外，二次颗粒能够增加负极活性材料层120d的各向同性，改善了电池单体100的首次库伦率和倍率性能，降低了电池单体100出现膨胀的风险。
另外，碳包覆的单颗粒中的碳可以是介孔碳、石墨烯及碳纳米中的至少一种，而介孔碳、石墨烯及碳纳米能够有效缓解负极活性材料层120d体积膨胀的问题，从而能够大幅度提升电池单体100的循环性能。此外，由于单颗粒的表面稳定性较差，因此，碳包覆的单颗粒，一方面能够改变负极活性材料层120d的电导率，另一方面，可以提供较为稳定的化学以及电化学反应界面，由此，进一步提高了电池单体100的循环性能。
在一些可能的实施例中，负极活性材料层120d中的颗粒粒径D50在7um-16um之间。
其中，D50是指负极活性材料层120d的一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的第一颗粒的粒径，即负极活性材料层120d中颗粒粒径大于第一颗粒的粒径的占50%，负极活性材料层120d中颗粒粒径小于第一颗粒的粒径的占50%，D50也称为中位径或中值粒径。
当负极活性材料层120d中的颗粒粒径D50小于7um时，负极活性材料层120d中的颗粒较小，从而使得负极活性材料层120d中的颗粒与电解液的接触的比面积较大，当电池单体100在首次充放电过程中，形成的SEI膜（Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面膜）所消耗的电荷较多，导致电池单体100的不可逆容量损失较大，进而影响电池单体100的循环性能。反之，当负极活性材料层120d中的颗粒粒径D50大于16um时，负极活性材料层120d中的颗粒较大，那么负极活性材料层120d的压实密度降低，从而不利于提高电池单体100的体积能量密度，另外，负极活性材料层120d中的颗粒越大，锂离子嵌入时所需要克服的范德华力就越大，导致锂离子嵌入难度增加，不利于锂离子快速达到嵌锂状态，从而影响大电流充放电性能。基于此，使得负极活性材料层120d中的颗粒粒径D50在7um-16um之间，如此一来，既能在电池单体100的首次充放电过程中减少电荷的消耗，从而改善电池单体100的不可逆容量损失，提高了电池单体100的循环性能，又能增加负极活性材料层120d的压实密度，提高电池单体100的体积能量密度，还能改善大电流充放电的性能。
示例地，负极活性材料层120d中的颗粒粒径D50可以为7um、8um、9um、10um、11um、12um、13um、14um、15um、16um等。
在一些可能的实施例中，负极活性材料层120d的OI值在3-15之间。
其中，OI值即为取向度，而OI值的大小将直接影响负极活性材料层120d的电解液浸润、表面的阻抗、大倍率充放电性能，并且也直接影响负极极片在循环过程中的膨胀。
当负极活性材料层120d的OI值小于3时，锂离子嵌入负极活性材料层120d以及脱嵌负极活性材料层120d的速率较慢，从而使得电池单体100的放电容量较小，反之，当负极活性材料层120d的OI值大于15时，负极活性材料层120d中的颗粒粒径较小，在电池单体100首次充放电过程中，导致电池单体100的不可逆容量损失较大，进而影响电池单体100的循环性能，基于此，使得负极活性材料层120d的OI值在3-15之间，如此一来，既能改善电池单体100的放电容量，又能改善电池单体100在首次充放电时的不可逆容量损失，从而提高了电池单体100的循环性能。
示例地，负极活性材料层120d的OI值可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等。
参见图7，本申请实施例还包括一种电池包200，该电池包200包括至少一个上述实施例中的电池单体100。
其中，本申请实施例中的电池单体100可以与上述实施例中的任一种电池单体100的结构相同，并能带来相同或者类似的有益效果，具体可参照上述实施例中的描述，本申请实施例在此不再赘述。
本实施例中的电池包200由于包括了上述实施例中的电池单体100，因此，提高了电池包200的循环性能。
参见图8，本申请实施例还提供了一种用电装置300，该用电装置300包括上述的电池包200。
由于本实施例中的用电装置300包括了上述实施例中的电池包200，因此，提高了用电装置300用电的稳定性。
可选的，用用电装置300包括控制系统和与控制系统电连接的执行系统，控制系统与电池包200电连接，控制系统用于根据执行系统的能量需求控制电池包200向执行系统提供电能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电池单体，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁围合形成具有开口的容置腔；
电芯，所述电芯安装于所述容置腔内，所述电芯包括沿第一方向依次连接的第一折弯区、大面区和第二折弯区，所述第一折弯区和所述第二折弯区的厚度膨胀率均为n，10%≤n≤30%，所述大面区的厚度膨胀率为m，10%≤m≤25%，所述第一方向为垂直于所述电芯的厚度方向及所述开口的朝向的方向；
顶盖组件，所述顶盖组件盖合于所述开口上。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述内侧壁与所述外侧壁之间的距离为d1，0.3mm≤d1≤0.6mm。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，在所述第一方向上，所述第一折弯区远离所述大面区的端部与所述大面区之间的距离为d2，3.5cm≤d2≤5.5cm，所述第二折弯区远离所述大面区的端部与所述大面区之间的距离为d3，3.5cm≤d3≤5.5cm。
4.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，所述大面区的厚度为D，70cm≤D≤80cm。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一折弯区和所述第二折弯区的膨胀应力均为F1，51Mpa≤F1≤90Mpa；
所述大面区的膨胀应力为F2，5Mpa≤F2≤30Mpa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电芯包括层叠卷绕的负极极片、隔膜及正极极片；
所述负极极片上涂覆有负极活性材料层，所述负极活性材料层包括二次颗粒及碳包覆的单颗粒。
7.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述负极活性材料层中的颗粒粒径D50在7um-16um之间。
8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述负极活性材料层的OI值在3-15之间。
9.一种电池包，其特征在于，包括：
至少一个权利要求1-8任一项所述的电池单体。
10.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求9所述的电池包。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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