CN116964843A - 电池包和用电装置 - Google Patents

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付成华
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Abstract

本申请提供电池包和用电装置。电池包包括电池包箱体和被收纳在所述电池包箱体中的多个电池单体，所述电池包箱体的内部空间可被划分为位于中心部的第一区域和包围所述第一区域周围的第二区域，所述多个电池单体包括：设置在所述第一区域中的至少一个第一电池单体；和设置在所述第二区域中的至少一个第二电池单体，所述第一电池单体和所述第二电池单体的内阻随着温度的降低而升高，当所述第一电池单体和所述第二电池单体在25℃时的内阻分别为RA1和RB1，所述第一电池单体和所述第二电池单体在‑20℃时的内阻分别为RA2和RB2时，1≤RB1/RA1≤2且1.2≤RB2/RA2≤2.5，可选地1.3≤RB1/RA1≤1.6且1.3≤RB2/RA2≤1.7。采用本发明的电池包，能够提高电池包在低温下的充放电性能。

Description

电池包和用电装置 技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种在低温下的充放电性能优异的电池包和包括该电池包的用电装置。
背景技术
近年来，随着锂离子电池和钠离子电池等二次电池的技术不断发展，锂离子电池和钠离子电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
目前，电动汽车等中的储能电池主要是由锂离子二次电池组成的电池包，该电池包中使用的锂离子二次电池主要有磷酸铁锂电池、含有镍钴锰元素的三元电池等。
但是，磷酸铁锂电池和三元电池在低温下(例如，在-20℃以下的极寒条件下)动力学性能差，充放电阻抗高，充电时会导致负极大面积析锂造成安全隐患，放电时没有足够的活性锂回嵌正极，导致容量损失大，因此，由磷酸铁锂电池或三元电池组成的电池包在低温下的充放电性能有待提高。另外，在低温下，电池包中排布在外层的电池单体散热快，排布在内层的电池单体散热慢，外层与内层之间的温差大，外层的电池单体与内层的电池单体在低温下的动力学性能相差大，导致电池包整体在低温下的充放电性能进一步降低。
发明内容
本发明是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于，提供一种在低温下的充放电性能优异的电池包和包括该电池包的用电装置。
为了达到上述目的，本申请的第一方面提供一种电池包，包括电池包箱体和被收纳在所述电池包箱体中的多个电池单体，所述电池包箱体的内部空间可被划分为位于中心部的第一区域和包围所述第一区域周围的第二区域，所述多个电池单体包括：设置在所述第一区域中 的至少一个第一电池单体；和设置在所述第二区域中的至少一个第二电池单体，所述第一电池单体和所述第二电池单体的内阻随着温度的降低而升高，当所述第一电池单体和所述第二电池单体在25℃时的内阻分别为R A1和R B1，所述第一电池单体和所述第二电池单体在-20℃时的内阻分别为R A2和R B2时，1≤R B1/R A1≤2且1.2≤R B2/R A2≤2.5，可选地1.3≤R B1/R A1≤1.6且1.3≤R B2/R A2≤1.7。
本申请的第一方面的电池包，在其内部空间中配置有内阻随着温度的降低而升高的第一电池单体和第二电池单体，根据Q＝I 2R(其中，Q表示热量，I表示电流，R表示电阻)可知，在I相同的情况下，R越大，Q越大。因此，在低温下，第一电池单体和第二电池单体的正极极片内阻升高，在前期能够快速产生热量，从而带动第一电池单体和第二电池单体的温度快速升高，随着温度的快速升高，电池单体整体阻抗降低，能够从根源上提升第一电池单体和第二电池单体的动力学性能，从而能够避免因电池单体在低温下动力学性能差而导致充电时负极析锂造成安全隐患。同时，在常温和高温下，第一电池单体和第二电池单体的阻值低，不影响在正常温度下的安全使用。
而且，在本申请的第一方面的电池包中，在散热较慢的第一区域(内层区域)中配置有低温下内阻较低的第一电池单体，在散热较快的第二区域(外层区域)中配置有低温下内阻较高的第二电池单体。在低温下，第二区域(外层区域)中的第二电池单体产生的热量高于第一区域(内层区域)中的第一电池单体产生的热量，通过使第一电池单体和第二电池单体在常温(例如25℃)和低温(例如-20℃)时的内阻R A1、R B1、R A2、R B2满足上述关系，能够使电池包中散热较慢的第一区域和散热较快的第二区域的温度大致一致，能够使外层的第二电池单体与内层的第一电池单体在低温下的动力学性能接近，从而能够使电池包整体在低温下的充放电性能优异。
本申请所述电池包的形状是任意的，可以根据需要设计成任意形状。
在优选实施方式中，△R A≤△R B≤7△R A，其中△R A＝R A2-R A1，△R B＝R B2-R B1。
通过使温度从25℃降低到-20℃时第二电池单体的内阻增加量△ R B与第一电池单体的内阻增加量△R A满足上述关系，能够使第二区域的第二电池单体产生的热量比第一区域的第一电池单体产生的热量高适当的量，从而能够使散热较快的第二区域和散热较慢的第一区域的温度大致一致，使电池包整体在低温下的充放电性能进一步提高。
在优选实施方式中，0.1mΩ≤R A1≤5mΩ且0.1mΩ≤R B1≤5mΩ，可选地0.1mΩ≤R A1≤1mΩ且0.1mΩ≤R B1≤1mΩ。
通过使R A1和R B1在上述范围，第一电池单体和第二电池单体在常温和高温下的阻值更低，能够在正常温度下更安全地使用。
在优选实施方式中，1mΩ≤R A2≤50mΩ且1mΩ≤R B2≤50mΩ，可选地3mΩ≤R A2≤8mΩ且R A2≤R B2≤10mΩ。
通过使R A2和R B2在上述范围，能够使第一电池单体和第二电池单体各自在低温下产生更适当的热量，能够使电池包整体在低温下的充放电性能进一步提高。
在优选实施方式中，所述第一区域的容积相对于所述第一区域和所述第二区域的总容积的比例为10％-60％，可选为20％-40％。
通过使第一区域的容积相对于第一区域和第二区域的总容积的比例在上述范围，能够按照通常情况下的电池包内的温度分布来设置低温下内阻不同的第一电池单体和第二电池单体。
在优选实施方式中，所述第一电池单体和所述第二电池单体为磷酸铁锂电池、三元电池和钠离子电池中的一种或两种以上。
只要电池包中的第一电池单体和第二电池单体的R A1、R B1、R A2、R B2满足上述关系即可实现本发明的效果，电池包中的第一电池单体和第二电池单体可以使用现有的电池，例如磷酸铁锂电池、三元电池等锂离子电池、或者钠离子电池，也可以使用这些电池以外的电池。当然，为了使第一电池单体和第二电池单体的内阻随着温度的降低而升高，可以对这些现有的电池进行一定的处理。
在优选实施方式中，所述第一电池单体的正极极片和所述第二电池单体的正极极片中含有负温度系数材料，并且，所述第二电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量高于所述第一电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量，其中，正极极片中的负温度系数材料的含量＝正极极片中的负温度系数材料的质量/(正极极片的质量-正 极集流体的质量)×100％。
负温度系数(negative temperature coefficient：NTC)材料是指电阻值随着温度升高而减小的材料。通过使第一电池单体的正极极片和第二电池单体的正极极片中含有负温度系数材料(下面有时也称为“NTC材料”)并且使第二电池单体的正极极片中的NTC材料的含量更高，能够容易地得到内阻满足上述关系的第一电池单体和第二电池单体，从而得到本申请的第一方面的在低温下的充放电性能优异的电池包。
在优选实施方式中，所述负温度系数材料掺杂在正极活性物质层中、或制成涂层涂覆在正极集流体上或正极极片表面。
只要第一电池单体和第二电池单体中适当地含有NTC材料即可实现本发明的效果，可以是在正极活性物质层中掺杂NTC材料，也可以是在正极集流体上或正极极片表面形成NTC材料涂层。另外，还可以是在隔离膜与正极极片直接接触一面上形成NTC材料涂层。
在优选实施方式中，所述第一电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量a和所述第二电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量b满足0≤a≤5％并且5％≤b≤15％，可选为1％≤a≤2％并且8％≤b≤10％。
当电池单体中NTC材料含量在一定范围内时，NTC材料含量越多，在低温下电池单体的内阻升高越多，在前期电池单体快速产生的热量越多，电池单体升温速度越快，温度升高后电池单体整体阻抗降低的速度越快。但是，NTC材料含量越多，在低温下电池内阻越高，当NTC材料含量超过某个值时，随着NTC材料含量增加，电池整体阻抗降低的速度会逐渐减小，当NTC材料含量过高时，电池单体内阻过高，随着NTC材料含量增加，电池单体整体阻抗不再降低反而会增加，从而会导致电池单体性能(例如，容量保持率)恶化。
因此，需要适当地设定第一电池单体的正极极片和第二电池单体的正极极片中的NTC材料的含量。第一电池单体位于电池包的内层区域，散热较慢，温度升高较快，因此，正极极片中的NTC材料含量a较低即可。第二电池单体位于电池包的外层区域，散热较快，温度升高较慢，因此，需要正极极片中的NTC材料含量b较高。
通过使第一电池单体的正极极片和第二电池单体的正极极片中的NTC材料的含量在上述范围，能够使第一电池单体和第二电池单体的R A1、R B1、R A2、R B2满足上述关系，从而能够确保本申请的电池包在低温下的充放电性能优异。
在优选实施方式中，所述负温度系数材料为选自Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Sn、Y、Mo、Zr、W、La、Nd、Yb中的一种或多种金属元素与选自P、F、C、O、S中的一种或两种非金属元素构成的化合物。
由此，本申请的电池包中的第一电池单体和第二电池单体中，能够使用现有的各种NTC材料，NTC材料的选择自由度高。
在优选实施方式中，所述负温度系数材料为Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4、Fe 0.2Mn 2.2Ni 0.6O 4、NiMn 1.6Mg 0.4O 4、Mn 1.4Co 0.9Ni 0.7O 4或者0.1RuO 2掺杂的Mn 1.6Co 0.4CuO 4。
由此，能够在本申请的电池包中的第一电池单体和第二电池单体中使用常见的NTC材料。
在优选实施方式中，所述第一区域中的所述第一电池单体的个数占所述第一区域中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
通过使第一区域中的第一电池单体的个数占第一区域中的总电池单体个数的50％以上，能够得到提高电池包整体在低温下的充放电性能的效果。设置在第一区域中的第一电池单体，与通常的电池单体(不含NTC材料，内阻随着温度的升高而升高的电池单体)相比成本更高。第一区域中第一电池单体的个数占比越高，上述效果越优异，但是成本也越高。通过在能够实现本发明的效果的范围内，使第一区域中的第一电池单体的个数相对于第一区域中的总电池单体个数的比例在适当范围，能够兼顾电池包的低温充放电性能和成本。
在优选实施方式中，所述第二区域中的所述第二电池单体的个数占所述第二区域中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
通过使第二区域中的第二电池单体的个数占第二区域中的总电池单体个数的50％以上，能够得到提高电池包整体在低温下的充放电性能的效果。设置在第二区域中的第二电池单体，与通常的电池单体(不含NTC材料，内阻随着温度的升高而升高的电池单体)相比成本更高。 第二区域中第二电池单体的个数占比越高，上述效果越优异，但是成本也越高。通过在能够实现本发明的效果的范围内，使第二区域中的第二电池单体的个数相对于第二区域中的总电池单体个数的比例在适当范围，能够兼顾电池包的低温充放电性能和成本。
本申请的第二方面提供一种用电装置，其包括本申请的第一方面的电池包。
本申请的第二方面的用电装置包括本申请的第一方面的在低温下的充放电性能优异的电池包，因此，在低温下能够长时间地正常使用。发明效果
采用本发明，能够提供在低温下的充放电性能优异的电池包和包括该电池包的用电装置。
附图说明
图1是本申请一实施方式的电池包装配后的整体结构示意图。
图2是表示图1所示的本申请一实施方式的电池包箱体的内部空间中的第一区域和第二区域的划分的示意图。
图3是本申请一实施方式中的电池单体的示意图。
图4是图3所示的本申请一实施方式中的电池单体的分解图。
图5是使用本申请一实施方式的电池包作为电源的用电装置的示意图。
附图标记说明
1电池包；2上箱体；3下箱体；BL1第一边界线；BL2第二边界线；R1第一区域；R2第二区域；5第一电池单体；6第二电池单体；51壳体；52电极组件；53盖板。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电池包和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术 人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以任意地进行组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可预料到的。此外，如果列出了最小范围值1和2、并且列出了最大范围值3、4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地， 以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
目前，从市场形式的发展来看，由锂离子二次电池组成的电池包，在动力电池领域的应用范围越来越广。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地增加。
本申请的发明人注意到，锂离子二次电池中常用的磷酸铁锂电池和三元电池在低温下(例如，在-20℃以下的极寒条件下)动力学性能差，充放电阻抗高，充电时会导致负极大面积析锂造成安全隐患，放电时没有足够的活性锂回嵌正极，导致容量损失大，因此，由磷酸铁锂电池或三元电池组成的电池包在低温下的充放电性能有待提高。
另外，本申请的发明人还注意到，在低温下，电池包中排布在外层的电池单体散热快，排布在内层的电池单体散热慢，外层与内层之间的温差大，外层的电池单体与内层的电池单体在低温下的动力学性能相差大，导致电池包整体在低温下的充放电性能进一步降低。
于是，本申请的发明人想到，如果在低温下使电池包中的电池单体温度升高以提升其动力学性能，则能够防止上述充放电时的问题的发生，进一步，如果在低温下使散热较快的外层的电池单体更快地升温，则能够使电池包的外层区域和内层区域的温度大致一致，从而能够使外层区域中的电池单体和内层区域中的电池单体的动力学性能接近，提高电池包整体在低温下的充放电性能。
为了达到上述目的，本申请的发明人反复进行了研究，结果发现，电池单体中流动电流时会产生热量，电池单体的内阻越大，产生的热量越大，电池单体的温度越高，因此，通过使电池包中的电池单体的内阻随着温度的降低而升高，并且使电池包的散热较快、温度较低的外层区域中配置的电池单体在低温下的内阻更高，能够很好地解决上述问题，使电池包整体在低温下的充放电性能优异。
电池包
下面，对本申请的电池包进行具体说明。
图1是本申请一实施方式的电池包装配后的整体结构示意图。图2 是表示图1所示的本申请一实施方式的电池包箱体的内部空间中的第一区域和第二区域的划分的示意图。
如图1和图2所示，本申请的电池包1包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池单体(5和6)。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳多个电池单体的封闭空间(电池包腔体)。
如图2所示，电池包箱体的内部空间呈大致矩形形状，电池包箱体的内部空间由第一区域R1和第二区域R2组成，其中，第一区域R1是由第一边界线BL1包围的大致矩形的区域，位于电池包箱体的内部空间的矩形形状的中心部(例如，第一区域R1的矩形形状的长和宽可以分别为电池包箱体的内部空间的矩形形状的长和宽的大致二分之一)，第二区域R2是第一边界线BL1与第二边界线BL2之间的包围第一区域R1周围的大致环形的区域，其中，第一边界线BL1和第二边界线BL2是为了清楚地表示第一区域R1和第二区域R2而画的虚拟线。
在第一区域R1中设置有至少一个第一电池单体5，在第二区域R2中设置有至少一个第二电池单体6，第二电池单体6包围第一电池单体5的周围排布，第一电池单体5和第二电池单体6的内阻随着温度的降低而升高，当第一电池单体5和第二电池单体6在25℃时的内阻分别为R A1和R B1，第一电池单体5和第二电池单体6在-20℃时的内阻分别为R A2和R B2时，1≤R B1/R A1≤2且1.2≤R B2/R A2≤2.5，可选地1.3≤R B1/R A1≤1.6且1.3≤R B2/R A2≤1.7。
本申请中，在电池包箱体的内部空间中配置有内阻随着温度的降低而升高的第一电池单体5和第二电池单体6，根据Q＝I 2R(其中，Q表示热量，I表示电流，R表示电阻)可知，在I相同的情况下，R越大，Q越大。因此，在低温下，第一电池单体5和第二电池单体6的正极极片内阻升高，在前期能够快速产生热量，从而带动第一电池单体5和第二电池单体6的温度快速升高，随着温度的快速升高，电池单体整体阻抗降低，能够从根源上提升第一电池单体5和第二电池单体6的动力学性能，从而能够避免因电池单体在低温下动力学性能差而导致充电时负极析锂造成安全隐患。同时，在常温和高温下，第一 电池单体5和第二电池单体6的阻值低，不影响在正常温度下的安全使用。
而且，在本申请的电池包中，在散热较慢的第一区域(内层区域)R1中配置有低温下内阻较低的第一电池单体5，在散热较快的第二区域(外层区域)R2中配置有低温下内阻较高的第二电池单体6，由此，在低温下，第二区域(外层区域)R1中的第二电池单体6产生的热量高于第一区域(内层区域)R1中的第一电池单体5产生的热量，通过使第一电池单体5和第二电池单体6在常温(例如25℃)和低温(例如-20℃)时的内阻R A1、R B1、R A2、R B2满足上述关系，能够使电池包中散热较慢的第一区域R1和散热较快的第二区域R2的温度大致一致，能够使外层的第二电池单体6与内层的第一电池单体5在低温下的动力学性能接近，从而能够使电池包1整体在低温下的充放电性能优异。
在一些实施方式中，△R A≤△R B≤7△R A，其中△R A＝R A2-R A1，△R B＝R B2-R B1。
通过使温度从25℃降低到-20℃时第二电池单体6的内阻增加量△R B与第一电池单体5的内阻增加量△R A满足上述关系，能够使第二区域R2的第二电池单体6产生的热量比第一区域R1的第一电池单体5产生的热量高适当的量，从而能够使散热较快的第二区域R2和散热较慢的第一区域R1的温度大致一致，使电池包1整体在低温下的充放电性能进一步提高。
在一些实施方式中，0.1mΩ≤R A1≤5mΩ且0.1mΩ≤R B1≤5mΩ，可选地0.1mΩ≤R A1≤1mΩ且0.1mΩ≤R B1≤1mΩ。
通过使R A1和R B1在上述范围，第一电池单体5和第二电池单体6在常温和高温下的阻值更低，能够在正常温度下更安全地使用。
在一些实施方式中，1mΩ≤R A2≤50mΩ且1mΩ≤R B2≤50mΩ，可选地3mΩ≤R A2≤8mΩ且R A2≤R B2≤10mΩ。
通过使R A2和R B2在上述范围，能够使第一电池单体5和第二电池单体6各自在低温下产生更适当的热量，能够使电池包1整体在低温下的充放电性能进一步提高。
在一些实施方式中，第一区域R1的容积相对于第一区域R1和第二区域R2的总容积的比例为10％-60％，可选为20％-40％。
通过使第一区域R1的容积相对于第一区域R1和第二区域R2的总容积的比例在上述范围，能够按照通常情况下的电池包内的温度分布来设置低温下内阻不同的第一电池单体5和第二电池单体6。
在一些实施方式中，第一电池单体5和第二电池单体6为磷酸铁锂电池、三元电池和钠离子电池中的一种或两种以上。
只要电池包1中的第一电池单体5和第二电池单体6的R A1、R B1、R A2、R B2满足上述关系即可实现本发明的效果，电池包1中的第一电池单体5和第二电池单体6可以使用现有的电池，例如磷酸铁锂电池、三元电池等锂离子电池、或者钠离子电池，也可以使用这些电池以外的电池。当然，为了使第一电池单体5和第二电池单体6的内阻随着温度的降低而升高，可以对这些现有的电池进行一定的处理。
在一些实施方式中，第一电池单体5的正极极片和第二电池单体6的正极极片中含有负温度系数材料，并且，第二电池单体6的正极极片中的负温度系数材料的含量高于第一电池单体5的正极极片中的负温度系数材料的含量，其中，正极极片中的负温度系数材料的含量＝正极极片中的负温度系数材料的质量/(正极极片的质量-正极集流体的质量)×100％。
如上所述，负温度系数材料(NTC材料)是指电阻值随着温度升高而减小的材料。通过使第一电池单体5的正极极片和第二电池单体6的正极极片中含有NTC材料并且使第二电池单体6的正极极片中的NTC材料的含量更高，能够容易地得到内阻满足上述关系的第一电池单体5和第二电池单体6，从而得到本申请的在低温下的充放电性能优异的电池包1。
本申请中的NTC材料没有特别限定，可以使用具有电阻值随着温度升高而减小的特性的适宜用于电池中的所有材料。可以是在正极极片中含有通常的NTC材料，也可以是使用经过特定处理而具有NTC特性的正极活性物质。
在一些实施方式中，负温度系数材料掺杂在正极活性物质层中、或制成涂层涂覆在正极集流体上或正极极片表面。
只要第一电池单体5和第二电池单体6中适当地含有NTC材料即可实现本发明的效果，可以是在正极活性物质层中掺杂NTC材料，也 可以是在正极集流体上或正极极片表面形成NTC材料涂层。另外，还可以是在隔离膜与正极极片直接接触一面上形成NTC材料涂层。
在一些实施方式中，第一电池单体5的正极极片中的负温度系数材料的含量a和第二电池单体6的正极极片中的负温度系数材料的含量b满足0≤a≤5％并且5％≤b≤15％，可选为1％≤a≤2％并且8％≤b≤10％。
当电池单体中NTC材料含量在一定范围内时，NTC材料含量越多，在低温下电池单体的内阻升高越多，在前期电池单体快速产生的热量越多，电池单体升温速度越快，温度升高后电池单体整体阻抗降低的速度越快。但是，NTC材料含量越多，在低温下电池内阻越高，当NTC材料含量超过某个值时，随着NTC材料含量增加，电池整体阻抗降低的速度会逐渐减小，当NTC材料含量过高时，电池单体内阻过高，随着NTC材料含量增加，电池单体整体阻抗不再降低反而会增加，从而会导致电池单体性能(例如，容量保持率)恶化。
因此，需要适当地设定第一电池单体5的正极极片和第二电池单体6的正极极片中的NTC材料的含量。第一电池单体5位于电池包的内层区域，散热较慢，温度升高较快，因此，正极极片中的NTC材料含量a较低即可。第二电池单体6位于电池包的外层区域，散热较快，温度升高较慢，因此，需要正极极片中的NTC材料含量b较高。
通过使第一电池单体5的正极极片和第二电池单体6的正极极片中的负温度系数材料的含量在上述范围，能够确保本申请的电池包1在低温下的充放电性能优异。
在一些实施方式中，负温度系数材料为选自Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Sn、Y、Mo、Zr、W、La、Nd、Yb中的一种或多种金属元素与选自P、F、C、O、S中的一种或两种非金属元素构成的化合物。
由此，本申请的电池包1中的第一电池单体5和第二电池单体6中，能够使用现有的各种NTC材料，NTC材料的选择自由度高。
在一些实施方式中，负温度系数材料为Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4、Fe 0.2Mn 2.2Ni 0.6O 4、NiMn 1.6Mg 0.4O 4、Mn 1.4Co 0.9Ni 0.7O 4或者0.1RuO 2掺杂的Mn 1.6Co 0.4CuO 4。
由此，能够在本申请的电池包1中的第一电池单体5和第二电池单体6中使用常见的NTC材料。
在一些实施方式中，第一区域R1中的第一电池单体5的个数占第一区域R1中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
通过使第一区域R1中的第一电池单体5的个数占第一区域中的总电池单体个数的50％以上，能够得到提高电池包1整体在低温下的充放电性能的效果。设置在第一区域R1中的第一电池单体5，与通常的电池单体(不含NTC材料，内阻随着温度的升高而升高的电池单体)相比成本更高。第一区域R1中第一电池单体5的个数占比越高，上述效果越优异，但是成本也越高。通过在能够实现本发明的效果的范围内，使第一区域R1中的第一电池单体5的个数相对于第一区域中的总电池单体个数的比例在适当范围，能够兼顾电池包1的低温充放电性能和成本。
在一些实施方式中，第二区域R2中的第二电池单体6的个数占所述第二区域中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
通过使第二区域R2中的第二电池单体6的个数占第二区域中的总电池单体个数的50％以上，能够得到提高电池包1整体在低温下的充放电性能的效果。设置在第二区域R2中的第二电池单体6，与通常的电池单体(不含NTC材料，内阻随着温度的升高而升高的电池单体)相比成本更高。第二区域R2中第二电池单体6的个数占比越高，上述效果越优异，但是成本也越高。通过在能够实现本发明的效果的范围内，使第二区域R2中的第二电池单体6的个数相对于第二区域中的总电池单体个数的比例在适当范围，能够兼顾电池包1的低温充放电性能和成本。
下面，对本申请的电池包1中使用的电池单体(第一电池单体5和第二电池单体6)进行详细说明。
本申请的电池包1中使用的电池单体为二次电池。通常情况下，二次电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正 极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
[正极极片]
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO 2)、锂镍氧化物(如LiNiO 2)、锂锰氧化物(如LiMnO 2、LiMn 2O 4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2(也可以简称为NCM 333)、LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O 2(也可以简称为NCM 523)、LiNi 0.5Co 0.25Mn 0.25O 2(也可以简称为NCM 211)、LiNi 0.6Co 0.2Mn 0.2O 2(也可以简称为NCM 622)、LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2(也可以简称为NCM 811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi 0.85Co 0.15Al 0.05O 2)及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO 4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰 锂(如LiMnPO 4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
[负极极片]
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛 酸锂等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
[电解质]
电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。
在一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸 乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
[隔离膜]
在一些实施方式中，二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，二次电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对电池单体(二次电池)的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图3是作为一个示例的方形结构的第一电池单体5(在此，以第一电池单体5为例进行说明，第二电池单体6也是同样)。
在一些实施方式中，参照图4，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于所 述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。第一电池单体5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，可以将至少一个第一电池单体5和至少一个第二电池单体6组装成电池包1，电池包1所含的第一电池单体5和第二电池单体6的具体数量可根据电池包的应用和容量进行选择。
用电装置
另外，本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请的电池包。所述电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择电池单体或电池包。
图5是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对低温下的续航能力的需求，可以采用本申请的电池包。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
(一)电池单体的制备
I.第一电池单体的制备
[制备例I-1]
1)正极极片的制备
将正极活性材料磷酸铁锂(LiFePO 4)、作为导电剂的超导电炭黑SP和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比95:3:2分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，经烘干、冷压、分条、裁片后，得到正极极片。
2)负极极片的制备
将负极活性材料石墨、作为导电剂的超导电炭黑SP、作为粘结剂的SBR和作为增稠剂的CMC-Na按照质量比96:1:1:2分散在作为溶剂的去离子水中混合均匀，得到负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；经烘干、冷压、分条、裁片后，得到负极极片。
3)隔离膜
选用聚乙烯膜作为隔离膜。
4)电解液的制备
将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF 6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
5)电池单体的制备
将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序层叠，使隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得第一电池单体I-1。
[制备例I-2]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和作为负温度系数材料的Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比94:3:2:1分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-2。
[制备例I-3]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙 烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比93:3:2:2分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-3。
[制备例I-4]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比92:3:2:3分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-4。
[制备例I-5]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比91:3:2:4分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-5。
[制备例I-6]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比90:3:2:5分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-6。
[制备例I-7]
除了在制备正极极片时，将正极活性材料LiNi 0.6Co 0.2Mn 0.2O 2、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比94:3:2:1分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-7。
[制备例I-8]
除了在制备正极极片时，将正极活性材料Na 3V 2(PO 4) 2O 2F、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比93:3:2:2分散在 作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-8。
[制备例I-9]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比89:3:2:6分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-9。
II.第二电池单体的制备
[制备例II-1]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比90:3:2:5分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-1。
[制备例II-2]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比89:3:2:6分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-2。
[制备例II-3]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比87:3:2:8分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-3。
[制备例II-4]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比85:3:2:10分散在作为溶剂的N-甲基 吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-4。
[制备例II-5]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比81:3:2:14分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-5。
[制备例II-6]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比80:3:2:15分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-6。
[制备例II-7]
除了在制备正极极片时，将正极活性材料LiNi 0.6Co 0.2Mn 0.2O 2、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比87:3:2:8分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-7。
[制备例II-8]
除了在制备正极极片时，将正极活性材料Na 3V 2(PO 4) 2O 2F、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比85:3:2:10分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-8。
[制备例II-9]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比91:3:2:4分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地 操作，获得第二电池单体II-9。
[制备例II-10]
除了在制备正极极片时，将LiFePO 4、超导电炭黑SP、聚偏氟乙烯和Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4按照质量比79:3:2:16分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-10。
(二)电池包的组装
[实施例1]
如图2所示，电池包箱体的内部空间划分为第一区域R1和第二区域R2，在第一区域R1中配置第一电池单体I-1作为第一电池单体5，在第二区域R2中配置第二电池单体II-1作为第二电池单体6，组装成电池包。
在图2中，第一区域R1的容积相对于第一区域R1和第二区域R2的总容积的比例大约为25％。
第一区域R1中的第一电池单体I-1的个数占第一区域R1中的总电池单体的个数的100％，第二区域R2中的第二电池单体II-1的个数占第二区域R2中的总电池单体的个数的100％。
[实施例2]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例3]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-2代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例4]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池 单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例5]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-4代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例6]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-5代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例7]
除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-6代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例8]
除了使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例9]
除了使用第一电池单体I-3代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例10]
除了使用第一电池单体I-4代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例11]
除了使用第一电池单体I-5代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例12]
除了使用第一电池单体I-6代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例13]
除了使用第一电池单体I-3代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1，第一区域R1中的第一电池单体I-3的个数占第一区域R1中的总电池单体的个数的80％以外(第一区域R1中的剩余20％的电池单体为不含NTC材料的第一电池单体I-1)，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[实施例14]
除了第一区域R1中的第一电池单体I-3的个数占第一区域R1中的总电池单体的个数的50％以外(第一区域R1中的剩余50％的电池单体为不含NTC材料的第一电池单体I-1)，与实施例13同样地操作，组装成电池包。
[实施例15]
除了第二区域R2中的第二电池单体II-3的个数占第二区域R2中的总电池单体的个数的80％以外(第二区域R2中的剩余20％的电池单体为不含NTC材料的第一电池单体I-1)，与实施例12同样地操作，组装成电池包。
[实施例16]
除了第二区域R2中的第二电池单体II-3的个数占第二区域R2中 的总电池单体的个数的50％以外(第二区域R2中的剩余50％的电池单体为不含负温度系数材料的第一电池单体I-1)，与实施例12同样地操作，组装成电池包。
[对比例1]
除了使用第一电池单体I-9代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[对比例2]
除了使用第一电池单体I-9代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-9代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[对比例3]
除了使用第一电池单体I-9代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-10代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[对比例4]
除了使用第一电池单体I-3代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-9代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
[对比例5]
除了使用第一电池单体I-3代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-10代替第二电池单体II-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。
(三)电池单体和电池包的性能测试结果
1、电池单体的性能测试结果
对第一电池单体I-1～I-9和第二电池单体II-1～II-10分别进行电池单体内阻测量、-20℃充电性能测试和-20℃放电性能测试。
(1)电池单体内阻测量
基于壳体尺寸为长×宽×高＝70.5mm×194mm×111.5mm，容量为195Ah的电池单体进行测量。
调整电池单体容量至50％SOC：在25℃环境中，以固定倍率1/3C对电池单体进行充放电(1C＝电池单体额定容量)，充放电电压区间为2.0-3.8V，重复此步骤三次，所取第三次放电容量记为电池单体标称容量Cn，以1/3Cn开始充电至标称容量一半，调整电池单体SOC状态为50％SOC。
测量电池单体在25℃和-20℃时的充电内阻：在25℃环境中，将上述电池单体，采用4Cn充电30秒，记录充电前后电压值，分别为V0和V1，将(V1-V0)/(4Cn)作为25℃对应电池单体充电内阻值。在-20℃环境中，将上述电池单体，采用0.36Cn充电30秒，记录充电前后电压值，分别为V2和V3，将(V3-V2)/(0.36Cn)作为-20℃对应电池单体充电内阻值。
(2)-20℃循环性能测试
LFP体系，在-20℃下，将电池单体静置120分钟，之后先以0.3C恒流充电至上限电压3.8V，进一步在3.8V下恒压充电至电流为0.05C，静置30分钟，然后以0.3C恒流放电至电压为2.0V，此为一个充放电循环，将电池单体按上述过程循环n次(n≥1)。观察循环过程中的容量保持率及充电容量/放电容量比值(C/D值)趋势。若容量保持率出现快速衰减甚至断崖式下跌，同时C/D值快速增长，则说明电池有极大可能发生了金属析出(锂或钠)，同时需要界面拆解进行辅助判断。
将低温循环后的电池单体在25℃下静置120分钟，将电池单体以1/3C恒流充电至电压为3.8V。在干燥房环境中，将充电至3.8V的电池单体拆解，观察负极表面的金属析出(锂或钠)情况。其中，析出程度分为不析出、轻微析出、中度析出和严重析出。轻微析出表示负极表面的析金属区域为整体区域的1/10以下，严重析出表示负极表面的析出区域超过整体区域的1/3。
(3)-20℃放电性能测试
LFP体系，首先在25℃下用1/3C倍率，充放电电压区间为2.0-3.8V，标定初始放电容量C0，随后在-20℃下进行低温循环。将电池单体静置120分钟，之后先以0.3C恒流充电至上限电压3.8V，进一步在3.8V下恒压充电至电流为0.05C，静置30分钟，然后以0.3C恒流放电至电压为2.0V，此为一个充放电循环，将电池单体按上述过程循环50n(n≥1)次。每在低温下循环50圈后，在25℃下再次标定放电容量C1、C2、……、Cn。
电池单体在-20℃循环期间的放电容量保持率(％)＝Cn/C0×100％。
将第一电池单体I-1～I-9的上述内阻测量和-20℃充放电性能测试的结果，与正极组成一起示于表1。
表1 第一电池单体的正极组成、内阻和充放电测试结果
另外，将第二电池单体II-1～II-10的上述内阻测量和-20℃充放电性能测试的结果，与正极组成一起示于表2。
表2 第二电池单体的正极组成、内阻和充放电测试结果
2、电池包的性能测试结果
对实施例1～16和对比例1～5的电池包，分别使用新威动力电池测试机(型号BTS-5V300A-4CH)测量电池包25℃总满放能量和电池包-20℃总满放能量，用电池包-20℃总满放能量除以电池包25℃总满放能量，计算出电池包-20℃总能量保持率(％)。
电池包25℃总满放能量的测量按照《GBT 31467.2-2015电池包及系统高能量应用测试规程》中的“7.1.2室温下的容量和能量测试”进行。
电池包-20℃总满放能量的测量按照《GBT 31467.2-2015电池包及系统高能量应用测试规程》中的“7.1.4低温下的容量和能量测试”进行。
将实施例1～16和对比例1～5的各电池包的组成和测试结果示于下述的表3。
表3 各实施例和对比例的电池包的组成和性能参数
根据上述表1的结果可知，正极极片中的NTC材料的含量a满足0≤a≤5％的第一电池单体的I-1～I-8，25℃时的内阻R A1满足0.1mΩ≤R A1≤1mΩ，-20℃时的内阻R A2满足3mΩ≤R A2≤8mΩ，第一电池单体的I-1～I-8在-20℃循环200cls后的析锂情况随NTC材料含量的增加而逐渐改善，在-20℃循环200cls后的容量保持率为70.60％-78.20％；而正极极片中的NTC材料的含量a为6％的第一电池单体的I-9，R A1＝0.486mΩ，R A2＝6.18mΩ，虽然满足上述关系，但是由于实际在电池包中第一电池单体处于第一区域(内层区域)，NTC材料的含量a为0-5％即可满足升温要求，含量a超过5％时，阻抗过高反而引起容量保持率下降。
需要说明的是，上述表1是针对第一电池单体单独测试的结果，当第一电池单体和第二电池单体组装成电池包后，第一电池单体排布 在电池包的内层区域，与第一电池单体单独测试时相比，散热情况和温度升高情况不同，性能表现也会不同。例如，NTC含量为1％的第一电池单体I-2，在单独测试时，相当于放在最外层，散热最快，析出情况表现为严重析出，但是当与第二电池单体组装成电池包时，第一电池单体I-2是排布在内层区域，散热慢，温度升高快，析出情况表现为不析出。
根据上述表2的结果可知，正极极片中的NTC材料的含量b满足5％≤b≤15％的第二电池单体的II-1～II-8，25℃时的内阻R B1满足0.1mΩ≤R B1≤1mΩ，-20℃时的内阻R B2满足5mΩ≤R B2≤10mΩ，第二电池单体的II-1～II-8在-20℃充电时的析锂情况可达到不析出，在-20℃放电时的容量保持率为71.50％-81.60％；而正极极片中的NTC材料的含量b为16％的第二电池单体的II-10，R B2＝10.12mΩ，R B2＞10mΩ，不满足上述关系，第二电池单体的II-10在-20℃充电时的析锂情况严重析出，在-20℃放电时的容量保持率70.40％。
根据上述表3的结果可知，实施例1～16中，使用的第一电池单体和第二电池单体的R B1/R A1、R B2/R A2满足本申请中规定的上述关系，如上所述-20℃充电时的析锂情况为轻微析出或者不析出，电池包-20℃总能量保持率为76.80％-85.40％。
而对比例1～5中，使用的第一电池单体和第二电池单体的R B1/R A1、R B2/R A2不满足本申请中规定的关系，如上所述-20℃充电时的析锂情况为中度析出或者严重析出，电池包-20℃总能量保持率仅为74.30％-76.50％。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (14)

  1. 一种电池包，包括电池包箱体和被收纳在所述电池包箱体中的多个电池单体，
    所述电池包箱体的内部空间可被划分为位于中心部的第一区域和包围所述第一区域周围的第二区域，
    所述多个电池单体包括：设置在所述第一区域中的至少一个第一电池单体；和设置在所述第二区域中的至少一个第二电池单体，
    所述第一电池单体和所述第二电池单体的内阻随着温度的降低而升高，当所述第一电池单体和所述第二电池单体在25℃时的内阻分别为R A1和R B1，所述第一电池单体和所述第二电池单体在-20℃时的内阻分别为R A2和R B2时，1≤R B1/R A1≤2且1.2≤R B2/R A2≤2.5，可选地1.3≤R B1/R A1≤1.6且1.3≤R B2/R A2≤1.7。
  2. 根据权利要求1所述的电池包，其中，
    △R A≤△R B≤7△R A，其中△R A＝R A2-R A1，△R B＝R B2-R B1。
  3. 根据权利要求1或2所述的电池包，其中，
    0.1mΩ≤R A1≤5mΩ且0.1mΩ≤R B1≤5mΩ，可选地0.1mΩ≤R A1≤1mΩ且0.1mΩ≤R B1≤1mΩ。
  4. 根据权利要求1至3中任一项所述的电池包，其中，
    1mΩ≤R A2≤50mΩ且1mΩ≤R B2≤50mΩ，可选地3mΩ≤R A2≤8mΩ且R A2≤R B2≤10mΩ。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的电池包，其中，
    所述第一区域的容积相对于所述第一区域和所述第二区域的总容积的比例为10％-60％，可选为20％-40％。
  6. 根据权利要求1至5中任一项所述的电池包，其中，
    所述第一电池单体和所述第二电池单体为磷酸铁锂电池、三元电池和钠离子电池中的一种或两种以上。
  7. 根据权利要求1至6中任一项所述的电池包，其中，
    所述第一电池单体的正极极片和所述第二电池单体的正极极片中含有负温度系数材料，并且，
    所述第二电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量高于所述第一电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量，
    其中，正极极片中的负温度系数材料的含量＝正极极片中的负温度系数材料的质量/(正极极片的质量-正极集流体的质量)×100％。
  8. 根据权利要求7所述的电池包，其中，
    所述负温度系数材料掺杂在正极活性物质层中、或制成涂层涂覆在正极集流体上或正极极片表面。
  9. 根据权利要求7或8所述的电池包，其中，
    所述第一电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量a和所述第二电池单体的正极极片中的负温度系数材料的含量b满足0≤a≤5％并且5％≤b≤15％，可选为1％≤a≤2％并且8％≤b≤10％。
  10. 根据权利要求7至9中任一项所述的电池包，其中，
    所述负温度系数材料为选自Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Sn、Y、Mo、Zr、W、La、Nd、Yb中的一种或多种金属元素与选自P、F、C、O、S中的一种或两种非金属元素构成的化合物。
  11. 根据权利要求10所述的电池包，其中，
    所述负温度系数材料为Mn 1.5Co 1.2Ni 0.3O 4、Fe 0.2Mn 2.2Ni 0.6O 4、NiMn 1.6Mg 0.4O 4、Mn 1.4Co 0.9Ni 0.7O 4或者0.1RuO 2掺杂的Mn 1.6Co 0.4CuO 4。
  12. 根据权利要求1至11任一项所述的电池包，其中，
    所述第一区域中的所述第一电池单体的个数占所述第一区域中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
  13. 根据权利要求1至12任一项所述的电池包，其中，
    所述第二区域中的所述第二电池单体的个数占所述第二区域中的总电池单体个数的50％以上，可选为80％以上。
  14. 一种用电装置，其包括根据权利要求1至13中任一项所述的电池包。
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