CN117393932A - 一种电池单体、电池和用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电池单体、电池和用电装置，属于电池技术领域。电池单体内包含补锂剂，包括盖组件，盖组件具有透气件，补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值为w，w满足以下关系式：w＝β*a/(1+C*M)+γ*σ/(1+C*M)；a＝透气件的有效面积/盖组件的面积；σ＝电池单体内允许气体占据的体积/电池单体体积；C为补锂剂首次活化处理可活化的质量/补锂剂总添加质量*100％；M为单位质量补锂剂的累积产气量。在电池单体的盖组件上设置透气件，从而能够将补锂剂在缓释过程中释放的气体排出电池单体，并且可以进一步约束补锂剂的添加量，一定程度上改善补锂剂在缓释过程中产气量过高导致电池单体提前开阀的问题。

Description

一种电池单体、电池和用电装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池单体、电池和用电装置。
背景技术
锂离子电池以其优异的充放电性能在二次电池中脱颖而出，在消费类电子产品、电动交通、储能等领域得到广泛应用。然而，目前大部分高容量锂离子电池在负极首次嵌锂过程中，因为SEI膜和其他因素，诸如其他副反应、负极材料颗粒因脱落而失活、锂金属的不可逆沉积，会消耗一部分从正极迁移过来的锂离子，使得首次充电过程中从正极脱嵌的锂离子在接下来的放电过程中不能全部回嵌到正极，造成大量的活性锂损失，使得全电池的首次库伦效率低，不可逆地降低电池的总体容量，并且进一步影响电池的循环寿命。
目前的解决方案是通过补锂技术，在电池循环过程中，结合电池实际状态，通过阶梯式调整电池充电过程中的上限电压，达到补锂材料中的活性锂离子分阶段释放的效果，实现持续补锂和循环性能的提升。但是如果在缓释补锂或者多次充电补锂的过程中未考虑在电池单体的封闭环境中产气量对电池单体的影响，产气量过高的情况下会造成电池单体提前开阀，导致安全风险。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种电池单体、电池和用电装置，其能够改善补锂剂缓释过程中产气量过高导致提前开阀的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种电池单体，其内包含补锂剂，其包括盖组件，盖组件具有透气件，补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值为w，w满足以下关系式：w＝β*a/(1+C*M)+γ*σ/(1+C*M)；其中，0.5(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g，0.33(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g；a＝透气件的有效面积/盖组件的面积；σ＝电池单体内允许气体占据的体积/电池单体体积；C为补锂剂首次活化处理可活化的质量/补锂剂总添加质量*100％；M为单位质量补锂剂的累积产气量。
本申请实施例的技术方案中，在电池单体的盖组件上设置透气件，从而能够将补锂剂在缓释过程中释放的气体排出电池单体，并且根据透气件的透气能力、补锂剂的产气能力以及电池单体的储气能力，计算得到补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值，可以进一步约束补锂剂的添加量，一定程度上改善补锂剂在缓释过程中产气量过高导致电池单体提前开阀的问题。
本申请实施例的技术方案中，1(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g。可选地，2(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g。当β值较大时，可能导致电池单体提前开阀；当β值较小时，可能导致电池单体的使用寿命改善效果差；当1(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g时，电池单体既能在退役前不提前开阀，且电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，1(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g。可选地，2(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g。当γ值较大时，可能导致电池单体提前开阀；当γ值较小时，可能导致电池单体的使用寿命改善效果差；当1(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g时，电池单体既能在退役前不提前开阀，且电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，0＜a≤20％。可选地，5％≤a≤20％。可选地，5％≤a≤15％。当a值较大时，透气件可能需要占据盖组件的其他部件的布局空间，从而影响到盖组件的机械强度以及电池单体的安全性能；当0＜a≤20％时，既能保证透气件的透气能力，还能使得盖组件具有较高的机械强度，以及电池单体具有较高的安全性能。透气件可根据a值进行设计和布局。
本申请实施例的技术方案中，透气件具有多个透气孔，且透气件的有效面积＝透气件的面积*b，b为透气件的孔隙率。可选地，40％≤b≤90％。透气件的有效面积根据透气件的面积和透气件的孔隙率决定。
本申请实施例的技术方案中，0＜σ≤0.12。可选地，0.01≤σ≤0.07。可选地，0.01≤σ≤0.04。当σ值较大时，会压缩电池单体本身的有效使用空间，降低能量密度；当0＜σ≤0.12时，电池单体既有一定的缓冲体积，一定程度上改善补锂剂在短时间内产气量过大导致电池单体提前开阀的问题，电池单体还具有较高的能量密度。电池单体可根据σ值进行设计。
本申请实施例的技术方案中，0≤C＜100％。可选地，0≤C≤40％。可选地，0≤C≤20％。补锂剂在首次活化处理可活化的量可以为0，且避免在首次活化处理中全部补锂剂被活化。可根据C值选择合适的补锂剂。
本申请实施例的技术方案中，0＜M≤0.5(g+L)/g。可选地，0＜M≤0.25(g+L)/g。可选地，0＜M≤0.1(g+L)/g。M值受到透气件的排气能力限制，当M值较大时，可能导致累积产气量较大，而透气件无法及时排出气体导致电池单体提前开阀；当0＜M≤0.5(g+L)/g时，可以避免补锂剂的产气量过大，超过透气件的可承受范围。
本申请实施例的技术方案中，0＜w≤0.35。可选地，0.1≤w≤0.35。可选地，0.2≤w≤0.35。本申请实施例进一步限定了补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值的范围，当0＜w≤0.35时，且在透气件保持一定的透气能力的条件下，还可以使得电池单体在退役前不开阀。
本申请实施例的技术方案中，电池单体的活化处理的次数为1～3次。当电池单体的活化处理的次数为1～3次时，电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，电池单体的活化次数为1次，当电池单体的容量保持率为90％时进行活化处理。在电池单体的容量保持率为90％时进行一次活化处理，能够使得电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，电池单体的活化次数为2次，当电池单体的容量保持率分别为90％和80％时进行活化处理。分别在在电池单体的容量保持率为90％和80％时进行一次活化处理，能够使得电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，电池单体的活化次数为3次，当电池单体的容量保持率分别为85％、90％和95％时进行活化处理。分别在在电池单体的容量保持率为85％、90％和95％时进行一次活化处理，能够使得电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，每次活化处理的方法如下：以目标倍率恒流充电至补锂截止电压，再恒压充电0.05C截止，然后0.2C恒流放电至补锂下限电压。选择合适的活化处理方法，有利于使得电池单体具有较长的使用寿命。
本申请实施例的技术方案中，目标倍率为0.1C～1C。可选地，目标倍率为0.1C～0.5C。可选地，目标倍率为0.1C～0.3C。选择合适的活化充电电流，有利于使得电池单体具有较长的使用寿命，并且活化处理时间不至于过长。
本申请实施例的技术方案中，补锂剂的化学式为Li1+xMyAz。其中，1+x+y*M的价态＝-z*A的价态。M选自C、Ni、Co、Mn、Mo、Fe、Ru和Ti中的任意一种或多种，A选自O、F、S和Cl中的任意一种或多种。选择合适的补锂剂，有利于控制补锂剂在缓释过程中的产气量，一定程度上改善产气量过大导致电池单体提前开阀的问题。
本申请实施例的技术方案中，0＜x≤1，0.1＜y≤4，2≤z≤4。可选地，0.1≤x≤1，0.55≤y≤4。可选地，0.2≤x≤1，0.65≤y≤4。本申请通过进一步限定补锂剂的种类，从而控制补锂剂在缓释过程中的产气量，一定程度上改善产气量过大导致电池单体提前开阀的问题。
本申请实施例的技术方案中，透气件为仅允许气体通过的单向透气膜。单向透气膜能够避免电池单体外的气体通过透气件进入到电池单体内部。
第二方面，本申请提供了一种电池，其包括上述实施例中的电池单体。
第三方面，本申请提供了一种用电装置，其包括上述实施例中的电池，电池用于提供电能。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；
图3为本申请一些实施例的电池单体的结构示意图；
图4为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
1000-车辆；
100-电池；200-控制器；300-马达；
10-箱体；11-第一部分；12-第二部分；
20-电池单体；21-盖组件；22-壳体；23-电极组件；211-透气件。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。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扩增。
本发明人注意到，预补锂技术能够在电池循环过程中激活补锂剂，并在实现缓释补锂的同时，改善电池性能，减少能量密度损失。但是在缓释补锂的过程中，补锂剂可能会产生较多的气体，如果未考虑到封闭环境中补锂剂的产气量对电池单体的影响，产气量过高的情况下会造成电池单体提前开阀，导致安全风险。
为了缓解电池单体提前开阀的技术问题，申请人研究发现，可以在电池单体的盖组件上设置透气件，在电池单体内的补锂剂缓释的过程中，伴随着气体的释放，电池单体内的气压增大，气体能够从透气件排出电池单体外，从而一定程度上改善电池单体提前开阀的问题。并且，在较高的截止电压下，补锂剂激活后在电池单体内的产气量短时间内急剧累积，压缩电芯内部残留空间。
基于以上考虑，改善补锂剂缓释过程中产气量过高导致提前开阀的技术问题，发明人经过深入研究，设计了一种电池单体，在电池单体的盖组件上设置透气件，从而能够将补锂剂在缓释过程中释放的气体排出电池单体，并且根据透气件的透气能力、补锂剂的产气能力以及电池单体的储气能力，计算得到补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值，可以进一步约束补锂剂的添加量，一定程度上改善补锂剂在缓释过程中产气量过高导致电池单体提前开阀的问题。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的电池箱体，电池箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：圆柱电池单体、方形电池单体和软包电池单体。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为聚丙烯(Polypropylene，PP)或聚乙烯(Polyethylene，PE)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
电池单体还包括集流构件，集流构件用于将电池单体的极耳和电极端子电连接，以将电能从电极组件输送至电极端子，经电极端子输送至电池单体的外部；多个电池单体之间通过汇流部件实现电连接，以实现多个电池单体的串联、并联或者混联。
电池还包括采样端子和电池管理系统，采样端子连接于汇流部件，用于采集电池单体的信息，例如电压或者温度等等。采样端子将所采集到的电池单体的信息传递至电池管理系统，电池管理系统检测到电池单体的信息超出正常范围时，会限制电池的输出功率以实现安全防护。
可以理解的是，本申请实施例中描述的使用电池所适用的用电装置可以为多种形式，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等，电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨。
本申请的实施例描述的电池单体以及电池不仅仅局限适用于上述所描述的用电装置，还可以适用于所有使用电池单体以及电池的用电装置，但为描述简洁，下述实施例均以电动汽车为例进行说明。
请参阅图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中，电池100不仅仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。
其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。
根据本申请的一些实施例，请参阅图3～4，图3为本申请一些实施例的电池单体的结构示意图，图4为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图。
本申请提供了一种电池单体20，其内包含补锂剂，其包括盖组件21，盖组件21具有透气件211，补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值为w，w满足以下关系式：w＝β*a/(1+C*M)+γ*σ/(1+C*M)；其中，0.5(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g，0.33(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g；a＝透气件211的有效面积/盖组件21的面积；σ＝电池单体20内允许气体占据的体积/电池单体20体积；C为补锂剂首次活化处理可活化的质量/补锂剂总添加质量*100％；M为单位质量补锂剂的累积产气量。
电池单体20是组成电池的最小单元。
补锂剂即为补锂添加剂，其是一种用于正极补锂或负极补锂的富锂化合物，其能够在电池循环过程中，向电池内部补充锂离子。
盖组件21是指盖合于电池单体20的壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，盖组件21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，盖组件21可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，盖组件21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。盖组件21上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，盖组件21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。盖组件21的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在盖组件21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与盖组件21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
透气件211为能够允许电池单体20内的气体排出的部件。透气件211的位置可以是位于盖组件21的端部，也可以位于盖组件21的中部。可选地，透气件211具有多个允许气体从电池单体20内部排出的孔。
β为系数。
作为示例，β可以为0.5(g+L)/g、0.6(g+L)/g、0.7(g+L)/g、0.8(g+L)/g、0.9(g+L)/g、1.0(g+L)/g、1.1(g+L)/g、1.2(g+L)/g、1.3(g+L)/g、1.4(g+L)/g、1.5(g+L)/g、1.6(g+L)/g、1.7(g+L)/g、1.8(g+L)/g、1.9(g+L)/g、2.0(g+L)/g、2.1(g+L)/g、2.2(g+L)/g、2.3(g+L)/g、2.4(g+L)/g、2.5(g+L)/g、2.6(g+L)/g、2.7(g+L)/g、2.8(g+L)/g、2.9(g+L)/g、3.0(g+L)/g、3.1(g+L)/g或3.2(g+L)/g。
γ为系数。
作为示例，γ可以为0.33(g+L)/g、0.4(g+L)/g、0.5(g+L)/g、0.6(g+L)/g、0.7(g+L)/g、0.8(g+L)/g、0.9(g+L)/g、1.0(g+L)/g、1.1(g+L)/g、1.2(g+L)/g、1.3(g+L)/g、1.4(g+L)/g、1.5(g+L)/g、1.6(g+L)/g、1.7(g+L)/g、1.8(g+L)/g、1.9(g+L)/g、2.0(g+L)/g、2.1(g+L)/g、2.2(g+L)/g、2.3(g+L)/g、2.4(g+L)/g、2.5(g+L)/g、2.6(g+L)/g、2.7(g+L)/g、2.8(g+L)/g、2.9(g+L)/g或3.0(g+L)/g。
a值为表征透气件211的透气能力的参数。
σ值为表征电池单体20的储气能力的参数。
C值和W值均为表征补锂剂的产气能力的参数。
透气件211的有效面积是指透气件211上用于透气的结构的面积，例如，透气件211具有多个透气的孔时，透气件211的有效面积是指所有透气的孔的总面积。
盖组件21包括外端面、内端面和四个侧面，其中内端面和外端面沿厚度方向相对布置，且内表面为靠近电极组件23的面。盖组件21的面积是指盖组件21的外端面的面积。
电池单体20内允许气体占据的体积是指电池单体20的容积减去电池组件、电解液占据的体积。
电池单体20体积是指整个电池单体20的体积。
补锂剂首次活化处理可活化的质量是指补锂剂在首次活化处理中反应的质量。
补锂剂总添加质量是指正极极片或负极极片预补锂过程中添加的补锂剂的总质量。
单位质量补锂剂的产气量是指单位质量补锂剂在一次或多次活化处理的过程中释放气体的总体积。
在电池单体20的盖组件21上设置透气件211，从而能够将补锂剂在缓释过程中释放的气体排出电池单体20，并且根据透气件211的透气能力、补锂剂的产气能力以及电池单体20的储气能力，计算得到补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值，可以进一步约束补锂剂的添加量，一定程度上改善补锂剂在缓释过程中产气量过高导致电池单体20提前开阀的问题。
电池单体20还包括有壳体22、电极组件23以及其他的功能性部件。
壳体22是用于配合盖组件21以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件23、电解液以及其他部件。壳体22和盖组件21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使盖组件21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使盖组件21和壳体22一体化，具体地，盖组件21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使盖组件21盖合壳体22。壳体22可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。
电极组件23是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。电极组件23主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电极组件23的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。
根据本申请的一些实施例，可选地，1(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g。
当β值较大时，可能导致电池单体20提前开阀；当β值较小时，可能导致电池单体20的使用寿命改善效果差；当1(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g时，电池单体20既能在退役前不提前开阀，且电池单体20具有较长的使用寿命。
可选地，2(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g。
根据本申请的一些实施例，可选地，1(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g。
当γ值较大时，可能导致电池单体20提前开阀；当γ值较小时，可能导致电池单体20的使用寿命改善效果差；当1(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g时，电池单体20既能在退役前不提前开阀，且电池单体20具有较长的使用寿命。
可选地，2(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g。
根据本申请的一些实施例，可选地，0＜a≤20％。
作为示例，a可以为0.5％、1％、2％、5％、8％、10％、13％、15％、17％或20％。
当a值较大时，透气件211可能需要占据盖组件21的其他部件的布局空间，从而影响到盖组件21的机械强度以及电池单体20的安全性能；当0＜a≤20％时，既能保证透气件211的透气能力，还能使得盖组件21具有较高的机械强度，以及电池单体20具有较高的安全性能。透气件211可根据a值进行设计和布局。
可选地，5％≤a≤20％。
根据本申请的一些实施例，可选地，透气件211具有多个透气孔，且透气件211的有效面积＝透气件211的面积*b，b为透气件211的孔隙率。
透气件211的有效面积根据透气件211的面积和透气件211的孔隙率决定。
可选地，40％≤b≤90％。
作为示例，b可以为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％。
在透气件211的有效面积一定的前提下，透气件211的孔隙率越低，透气件211的面积越大。当透气件211的面积大，则透气件211可能需要占据盖组件21的其他部件的布局空间，从而影响到盖组件21的机械强度以及电池单体20的安全性能；当透气件211的孔隙率越高时，在透气孔满足只允许气体通过的前提下，透气件211上的透气孔越密集，则透气孔的强度越低，透气件211如果透气件211受到较大的气压冲击，可能会直接破裂，这与提前开阀无异；当40％≤b≤90％时，透气件211既具有较高的强度，并且还能提高盖组件21的机械强度，以及提高电池单体20的安全性能。
根据本申请的一些实施例，可选地，0＜σ≤0.12。
作为示例，σ值可以为0.01、0.02、0.05、0.08、0.1或0.12。
当σ值较大时，会压缩电池单体20本身的有效使用空间，降低能量密度；当0＜σ≤0.12时，电池单体20既有一定的缓冲体积，一定程度上改善补锂剂在短时间内产气量过大导致电池单体20提前开阀的问题，电池单体20还具有较高的能量密度。电池单体20可根据σ值进行设计。
可选地，0.01≤σ≤0.07。
可选地，0.01≤σ≤0.04。
根据本申请的一些实施例，可选地，0≤C＜100％。
作为示例，C值可以为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。
补锂剂在首次活化处理可活化的量可以为0，且避免在首次活化处理中全部补锂剂被活化。可根据C值选择合适的补锂剂。
可选地，0≤C≤40％。
可选地，0≤C≤20％。
根据本申请的一些实施例，可选地，0＜M≤0.5(g+L)/g。
作为示例，M值可以为0.01(g+L)/g、0.05(g+L)/g、0.1(g+L)/g、0.15(g+L)/g、0.2(g+L)/g、0.25(g+L)/g、0.3(g+L)/g、0.35(g+L)/g、0.4(g+L)/g、0.45(g+L)/g或0.5(g+L)/g。
M值受到透气件211的排气能力限制，当M值较大时，可能导致累积产气量较大，而透气件211无法及时排出气体导致电池单体20提前开阀；当0＜M≤0.5(g+L)/g时，可以避免补锂剂的产气量过大，超过透气件211的可承受范围。
可选地，0＜M≤0.25(g+L)/g。
可选地，0＜M≤0.1(g+L)/g。
根据本申请的一些实施例，可选地，0＜w≤0.35。
作为示例，w值可以为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3或0.35。
本申请实施例进一步限定了补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值的范围，当0＜w≤0.35时，且在透气件211保持一定的透气能力的条件下，还可以使得电池单体20在退役前不开阀。
可选地，0.1≤w≤0.35。
可选地，0.2≤w≤0.35。
根据本申请的一些实施例，可选地，电池单体20的活化处理的次数为1～3次。
作为示例，电池单体20的活化处理的次数为1次、2次或3次。
当电池单体20的活化处理的次数为1～3次时，电池单体20具有较长的使用寿命。
根据本申请的一些实施例，可选地，电池单体20的活化次数为1次，当电池单体20的容量保持率为90％时进行活化处理。
在电池单体20的容量保持率为90％时进行一次活化处理，能够使得电池单体20具有较长的使用寿命。
根据本申请的一些实施例，可选地，电池单体20的活化次数为2次，当电池单体20的容量保持率分别为90％和80％时进行活化处理。
分别在在电池单体20的容量保持率为90％和80％时进行一次活化处理，能够使得电池单体20具有较长的使用寿命。
根据本申请的一些实施例，可选地，电池单体20的活化次数为3次，当电池单体20的容量保持率分别为85％、90％和95％时进行活化处理。
分别在在电池单体20的容量保持率为85％、90％和95％时进行一次活化处理，能够使得电池单体20具有较长的使用寿命。
根据本申请的一些实施例，可选地，每次活化处理的方法如下：以目标倍率恒流充电至补锂截止电压，再恒压充电0.05C截止，然后0.2C恒流放电至补锂下限电压。
选择合适的活化处理方法，有利于使得电池单体20具有较长的使用寿命。
可选地，截止电压为4.5～4.7V。
可选地，下限电压为2.5V。
根据本申请的一些实施例，可选地，目标倍率为0.1C～1C。
作为示例，目标倍率可以为0.1C、0.2C、0.3C、0.4C、0.5C、0.6C、07C、0.8C、0.9C或1C。
选择合适的活化充电电流，有利于使得电池单体20具有较长的使用寿命，并且活化处理时间不至于过长。
可选地，目标倍率为0.1C～0.5C。
可选地，目标倍率为0.1C～0.3C。
根据本申请的一些实施例，可选地，补锂剂的化学式为Li1+xMyAz。其中，1+x+y*M的价态＝-z*A的价态。M选自C、Ni、Co、Mn、Mo、Fe、Ru和Ti中的任意一种或多种，A选自O、F、S和Cl中的任意一种或多种。
作为示例，M可以为单独的C、Ni、Co、Mn、Mo、Fe、Ru或Ti，或Ni、Co、Mn配合，或Ni、Co和Fe配合。
作为示例，A可以为单独的O、F、S或Cl，或O、F配合，或O、Cl配合。
选择合适的补锂剂，有利于控制补锂剂在缓释过程中的产气量，在一定程度上改善产气量过大导致电池单体20提前开阀的问题。
根据本申请的一些实施例，可选地，0＜x≤1，0.1＜y≤4，2≤z≤4。
作为示例，x可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
作为示例，y可以为0.2、0.5、0.8、1、1.3、1.5、1.7、2、2.2、2.5、2.8、3、3.3、3.5、3.8或4。
作为示例，z可以为2、2.2、2.5、2.8、3、3.3、3.5、3.7或4。
本申请通过进一步限定补锂剂的种类，从而控制补锂剂在缓释过程中的产气量，一定程度上改善产气量过大导致电池单体20提前的问题。
可选地，0.1≤x≤1，0.55≤y≤4。
可选地，0.2≤x≤1，0.65≤y≤4。
根据本申请的一些实施例，可选地，透气件211为仅允许气体通过的单向透气膜。
不限地，单向透气膜的形状可以为长方形、正方形、三角形、菱形、圆形、椭圆形或其他规则、不规则的形状。
单向透气膜能够避免电池单体20外的气体通过透气件211进入到电池单体20内部。
以下结合实施例对本申请的一种电池单体20、电池和用电装置作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种电池单体20，电池单体20通过以下方法制得：
S1、正极极片及其制备方法
将正极活性材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、补锂剂Li1.23Ni0.125Co0.125Mn0.52O2、粘接剂聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene difluoride，PVDF)和导电剂SP分散于N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone，NMP)中，搅拌均匀制得正极浆料，将正极浆料涂布于15μm的铝箔表面，涂覆量为15mg/cm2，烘干之后冷压制得正极极片。
其中，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Li1.23Ni0.125Co0.125Mn0.52O2、PVDF和SP的质量比为73:17:5:5。
S2、负极极片及其制备方法
将负极活性材料石墨、粘接剂丁苯乳胶(Styrene-butadiene latex resin，SBR)和导电剂SP分散于去离子水中，搅拌均匀制得负极浆料，将负极浆料涂布于15μm的铜箔表面，涂覆量为12mg/cm2，烘干之后冷压制得正极极片。
其中，石墨、SBR和SP的质量比为90:5:5。
S3、电池单体20及其制备方法
将上述制备的正极极片、负极极片和隔离膜，依次进行卷绕、热压、注液、封装和化成，制得电池单体20。
化成包括：0.1C恒流充电至3.0V，再0.2C恒流充电至3.75V。
S4、活化处理
设置3个充电节点，在电池单体20到达充电节点时激活补锂剂对电池单体20进行补锂。
第一节点为电池单体20循环至400cls，对应的容量保持率为95％SOH，第二节点为电池单体20循环至800cls，对应的容量保持率为90％SOH；第三节点为电池单体20循环至1200cl；对应的容量保持率为85％SOH。
第一次补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.5V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
第二次补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.6V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
第三次补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.7V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
实施例1～41和对比例1～4的电池单体20的参数如表1所示。
表1实施例1～41和对比例1～4的电池单体20
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其中，实施例1～19、24～41和对比例1～4的电池单体20采用的补锂剂均为Li1.23Ni0.125Co0.125Mn0.52O2，实施例20的电池单体20采用的补锂剂为Li1.11Ni0.3Mn0.59O2，实施例21的电池单体20采用的补锂剂为Li2O，实施例22的电池单体20采用的补锂剂为Li2C2O4，实施例23的电池单体20采用的补锂剂为Li2C4O4。
实施例36电池单体20的活化处理如下：
设置1个充电节点，在电池单体20到达充电节点时激活补锂剂对电池单体20进行补锂。
节点对应的容量保持率为90％SOH。
补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.5V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
实施例37电池单体20的活化处理如下：
设置2个充电节点，在电池单体20到达充电节点时激活补锂剂对电池单体20进行补锂。
第一节点对应的容量保持率为90％SOH，第二节点对应的容量保持率为80％SOH。
第一次补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.5V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
第二次补锂：
化成流程结束后，继续以0.2C的倍率恒流充电至4.6V截止，再恒压充电，截止电流为0.05C；0.33C恒流放电至2.5V。
试验例1
分别测试实施例1～41和对比例1～4的电池单体20的循环圈数以及开阀情况，如表2所示，测试方法如下：
在25℃下，将电池单体20以1C倍率恒流充电到上限截止电压4.4V，然后恒压充电至0.05C，记录此时的充电容量，即为第一圈充电容量；将电池单体20以0.2C恒流放电至2.5V，之后静置5min，此为一个循环充放电过程，记录此时的放电容量，即为第一圈放电容量。将电池单体20按照上述方式进行循环充放电测试，记录每周循环后的放电容量，直至电池单体20的放电衰减容量为第一圈放电容量的80％，用此时的循环圈数作为电池单体20的循环寿命。
表2实施例1～41和对比例1～4的电池单体20的循环寿命和开阀状态
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由实施例1～7和对比例1～2对比可知，在a值、C值、M值、γ值、σ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，当β值低于0.5时，电池单体20的循环圈数仅为1500cls，当β值大于3.2时，电池单体20第三次活化时已开阀，当0.5(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g时，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1550～1920cls，且β值越大，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、8～12对比可知，在β值、C值、M值、γ值、σ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，当0＜a≤20％时，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1440～1900cls，且a值越大，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、13～19对比可知，在β值、a值、M值、γ值、σ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，当0≤C＜100％时，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1700～1735cls，且C值越小，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、20～23对比可知，在β值、a值、C值、γ值、σ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，采用不同的补锂剂，使得0＜M≤0.5(g+L)/g，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1700～1734cls，且M值越小，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、24～30和对比例3～4对比可知，在β值、a值、C值、M值、σ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，当γ值低于0.33时，电池单体20的循环圈数仅为1680cls，当γ值大于3时，电池单体20第三次活化时已开阀，当0.33(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g时，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1705～1905cls，且γ值越大，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、31～35对比可知，在β值、a值、C值、M值、γ值、活化次数和活化充电电流一定的前提下，当σ值大于0.12时，电池单体20第三次活化时已开阀，当0＜σ≤0.12时，电池单体20能够保证在退役前不开阀，且电池单体20的循环圈数为1695～1875cls，且σ值越大，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、36～37对比可知，在β值、a值、C值、M值、γ值、σ值和活化充电电流一定的前提下，电池单体20的活化次数对电池单体20的循环性能影响较小，且电池单体20的活化次数在1～3次内，活化次数越多，电池单体20的循环圈数越多。
由实施例1、38～41对比可知，在β值、a值、C值、M值、γ值、σ值和活化次数一定的前提下，电池单体20的活化处理的充电电流大小对电池单体20的循环性能影响较小，且电池单体20的活化处理的充电电流在0.1C～1C内，充电电流越小，电池单体20的循环圈数越多。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (20)

1.一种电池单体，其特征在于，所述电池单体内包含补锂剂，所述电池单体包括盖组件，所述盖组件具有透气件，所述补锂剂添加量和正极活性物质的质量的比值为w，w满足以下关系式：
w＝β*a/(1+C*M)+γ*σ/(1+C*M)；
其中，0.5(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g，0.33(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g；
a＝所述透气件的有效面积/所述盖组件的面积；
σ＝所述电池单体内允许气体占据的体积/所述电池单体体积；
C＝所述补锂剂首次活化处理可活化的质量/补锂剂总添加质量*100％；
M为单位质量所述补锂剂的累积产气量。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，1(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g；
可选地，2(g+L)/g≤β≤3.2(g+L)/g。
3.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，1(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g；
可选地，2(g+L)/g≤γ≤3(g+L)/g。
4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，0＜a≤20％；
可选地，5％≤a≤20％；
可选地，5％≤a≤15％。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述透气件具有多个透气孔，且所述透气件的有效面积＝所述透气件的面积*b，b为所述透气件的孔隙率；
可选地，40％≤b≤90％。
6.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，0＜σ≤0.12；
可选地，0.01≤σ≤0.07；
可选地，0.01≤σ≤0.04。
7.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，0≤C＜100％；
可选地，0≤C≤40％；
可选地，0≤C≤20％。
8.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，0＜M≤0.5(g+L)/g；
可选地，0＜M≤0.25(g+L)/g；
可选地，0＜M≤0.1(g+L)/g。
9.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，0＜w≤0.35；
可选地，0.1≤w≤0.35；
可选地，0.2≤w≤0.35。
10.根据权利要求1～9任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的所述活化处理的次数为1～3次。
11.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的活化次数为1次，当所述电池单体的容量保持率为90％时进行所述活化处理。
12.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的活化次数为2次，当所述电池单体的容量保持率分别为90％和80％时进行所述活化处理。
13.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的活化次数为3次，当所述电池单体的容量保持率分别为85％、90％和95％时进行活化处理。
14.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，每次所述活化处理的方法如下：以目标倍率恒流充电至补锂截止电压，再恒压充电0.05C截止，然后0.2C恒流放电至补锂下限电压。
15.根据权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述目标倍率为0.1C～1C；
可选地，所述目标倍率为0.1C～0.5C；
可选地，所述目标倍率为0.1C～0.3C。
16.根据权利要求1～9任一项所述的电池单体，其特征在于，所述补锂剂的化学式为Li1+xMyAz；
其中，1+x+y*M的价态＝-z*A的价态；
M选自C、Ni、Co、Mn、Mo、Fe、Ru和Ti中的任意一种或多种，A选自O、F、S和Cl中的任意一种或多种。
17.根据权利要求16所述的电池单体，其特征在于，0＜x≤1，0.1＜y≤4，2≤z≤4；
可选地，0.1≤x≤1，0.55≤y≤4；
可选地，0.2≤x≤1，0.65≤y≤4。
18.根据权利要求1～9任一项所述的电池单体，其特征在于，所述透气件为仅允许气体通过的单向透气膜。
19.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1～18任一项所述的电池单体。
20.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求19所述的电池，所述电池用于提供电能。
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