CN117497767A - 电极组件及其制备方法、电池单体、电池和用电装置 - Google Patents

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CN117497767A CN202410007450.7A CN202410007450A CN117497767A CN 117497767 A CN117497767 A CN 117497767A CN 202410007450 A CN202410007450 A CN 202410007450A CN 117497767 A CN117497767 A CN 117497767A
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Abstract

本申请公开了一种电极组件及其制备方法、电池单体、电池和用电装置，所述电极组件包括：负极极片，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm‑2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000‑10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%‑10%。由此，本申请的电极组件的负极极片的拐角区上的第一负极活性物质层包括上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，可以提高含有其的电池在快充过程的循环性能。

Description

电极组件及其制备方法、电池单体、电池和用电装置
技术领域
本申请属于电池领域，具体涉及一种电极组件及其制备方法、电池单体、电池和用电装置。
背景技术
二次电池广泛应用于水力、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。随着电池应用范围越来越广泛，对二次电池性能的要求也逐渐严苛，比如要求其具有快充能力。然而当电芯为卷绕结构时，电池快充过程中负极极片的拐角区易产生金属枝晶，导致电池循环性能降低。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供一种电极组件，旨在提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
为了实现上述目的，本申请第一个方面提出了一种电极组件，包括负极极片，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
本申请至少包括如下所述的有益效果：本申请的电极组件的负极极片的拐角区上的第一负极活性物质层包括上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，可以提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，W1为1%-3%。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，D1为600nm-1000nm。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1500-5000。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒包括钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂中的至少一种。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒包括掺杂离子，所述掺杂离子包括三价稀土金属离子、Nb5+、W5+、Mo5+、Al3+、Ga3+、Cr3+、Mn3+、Mg2+、Si4+或Ca2+中的至少之一。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒包括三价稀土金属离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸铅或五价离子掺杂的锆钛酸铅中的至少之一。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述三价稀土金属离子包括Sc3+、Y3+或Yb3+中的至少之一。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的BET比表面积为0.8m2/g-7m2/g，可选为1.8m2/g-2m2/g。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述钛酸钡包括四方晶型。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一负极活性物质层包括第一负极活性材料，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D1≤D2，可选为D1＜D2。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，D2为2μm-20μm，可选为8μm-13μm。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述拐角区的长度为5mm-30mm，可选为6mm-15mm。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，所述负极极片还包括平直区，所述拐角区设在所述平直区的两端，所述平直区设有第二负极活性物质层，所述第二负极活性物质层包括第二介电材料颗粒，基于所述第二负极活性物质层的总质量，所述第二介电材料颗粒的占比为W2，W1≥W2。
在一些实施方式中，W2为0-5%，可选为0-1%。由此，可以提高电池在快充过程的循环性能。
在一些实施方式中，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一负极活性材料的质量占比为K1，所述第二负极活性物质层包括第二负极活性材料，基于所述第二负极活性物质层的总质量，所述第二负极活性材料的质量占比为K2，K1≤K2。
在一些实施方式中，K1为90-98%，可选为93%-97%。
在一些实施方式中，K2为90-98%，可选为95%-98%。
在一些实施方式中，所述负极极片还包括负极集流体和第三负极活性物质层，所述第三负极活性物质层设在所述负极集流体的至少一侧，所述第一负极活性物质层和所述第二负极活性物质层设在所述第三负极活性物质层上远离所述负极集流体的一侧。
在一些实施方式中，所述第一负极活性物质层的厚度为H1，所述第三负极活性物质层的厚度为H3，H1/H3为4%-30%，可选为10%-20%。
在一些实施方式中，所述第一负极活性物质层的厚度不高于所述第二负极活性物质层的厚度。
在一些实施方式中，满足以下条件中的至少之一：所述第一负极活性物质层的厚度为20μm-100μm，可选为40μm-80μm；所述第二负极活性物质层的厚度为20μm-100μm，可选为40μm-80μm；所述第三负极活性物质层的厚度为40μm-200μm，可选为60μm-150μm。
在一些实施方式中，所述第一负极活性材料的至少部分表面设有第一包覆层，所述第一包覆层包括所述第一介电材料颗粒；和/或所述第二负极活性材料的至少部分表面设有第二包覆层，所述第二包覆层包括所述第二介电材料颗粒。
在一些实施方式中，所述第一负极活性材料、所述第二负极活性材料和第三负极活性物质层中的第三负极活性材料分别独立地包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料或钛酸盐中的至少之一。
在本申请第二方面，本申请提出了一种制备电极组件的方法，包括：
将正极极片和负极极片层叠并沿卷绕方向卷绕形成所述电极组件，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
由此，采用该方法所得电极组件的电池在快充过程具有优异的循环性能。
在本申请第三方面，本申请提出了一种电池单体，包括本申请第一方面所述的电极组件或采用本申请第二方面所述的方法得到的电极组件。
在本申请第四方面，本申请提出了一种电池，包括本申请第一方面所述的电极组件或本申请第二方面所述的方法得到的电极组件或本申请第三方面所述的电池单体。由此，该电池具有优异的循环性能。
在一些实施方式中，所述电池包括锂离子电池或钠离子电池。
在本申请第五方面，本申请提出了一种用电装置，包括本申请第四方面所述的电池。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
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是本申请一实施方式的电极组件的结构示意图。
图2是本申请一实施方式的钛酸钡的XRD图。
图3是本申请再一实施方式的电极组件的结构示意图。
图4是本申请又一实施方式的电极组件的结构示意图。
图5是本申请又一实施方式的电极组件的结构示意图。
图6是本申请一实施方式的电池单体的示意图。
图7是图6所示的本申请一实施方式的电池单体的分解图。
图8是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图9是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图10是图9所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图11是本申请一实施方式的电池用作电源的用电装置的示意图。
图12为实施例1所得电池循环后拆解负极极片图片。
图13为对比例5所得电池循环后拆解负极极片图片。
附图标记说明：
10电极组件；100正极极片；200负极极片；21拐角区；210第一负极活性物质层；22平直区；220第二负极活性物质层；23第三负极活性物质层；24负极集流体；300隔离膜；1电池单体；11壳体；13盖板；2电池模块；3电池包；31上箱体；32下箱体。
具体实施方式
下面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。
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。
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，并且可以进行任意地组合，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的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值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，所述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。
目前，从市场形势的发展来看，二次电池的应用越加广泛。二次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。
随着二次电池应用范围越来越广泛，对二次电池性能的要求也逐渐严苛，比如要求其具有快充能力。当电芯为卷绕结构时，拐角区的正负极极片的间歇较大，在空间上活性离子的传输路径被延长，因此容易造成拐角区的极化增加，导致大片金属析锂产生，这种情况在电池快充时更为突出。
本申请实施例公开的电极组件适用于锂离子电池和钠离子电池，并且本申请实施例公开的电池可以用于使用电池作为电源的用电设备或者使用电池作为储能元件的各种储能系统。用电设备可以包括但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以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，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
本申请第一方面提出了一种负极极片，参考图1，所述电极组件10包括负极极片200，所述负极极片200包括拐角区21，所述拐角区21包括第一负极活性物质层210，所述第一负极活性物质层210包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层210的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
本申请中，参考图1，“拐角区21”是指将正极极片100、隔离膜300和负极极片200层叠后进行卷绕，得到的电极组件10的负极极片200中具有弯折结构的区域，即在该拐角区21内的负极极片200均弯折，即电极组件10在拐角区21的每层负极极片200表面均为曲面。
本申请的电极组件10的负极极片200的拐角区21上的第一负极活性物质层210包括上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，可以提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
上述第一介电材料颗粒发挥其性能的过程推测如下：本申请的电极组件10上负极极片200对应拐角区21的第一负极活性物质层210中加入上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，含有该电极组件10的电池在充电过程中，第一介电材料颗粒在电场作用下，材料中的正负电荷中心会发生分离，在内部产生反电场，该第一介电材料颗粒在电极组件10的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面产生的反电场显负电，因此可能会吸引拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
本申请一些实施方式中，基于所述第一负极活性物质层210的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为0.5%-10%，例如0.5%-9.8%，0.5%-9.5%，0.6%-9.2%，0.7%-9%，0.8%-8.8%，0.9%-8.5%，1%-8%，1.1%-7.8%，1.2%-7.5%，1.3%-7.2%，1.5%-7%，1.8%-6.5%，2%-6%，2.5%-5.5%，2.8%-5%，3%-4.5%，3.5%-4%等。在另一些实施方式中，基于所述第一负极活性物质层210的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为1%-3%。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，例如300nm-1900nm，400nm-1800nm，500nm-1700nm，600nm-1600nm，700nm-1500nm，800nm-1400nm，900nm-1300nm，1000nm-1200nm，1000nm-1100nm等。在本申请另一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为600nm-1000nm。
本申请中，体积平均粒径Dv50是指累计体积分布百分数达到50%时所对应的粒径，负极极片200中第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50的测试方法如下：
（1）将电极组件10进行拆解，然后对负极极片200对应拐角区21上的第一负极活性物质层210进行刮粉，取样煅烧至600℃，将粘结剂和负极活性物质等全部烧结完成（针对含硅的负极活性材料的体系烧结后再与氢氧化钠溶液混合反应），加水过滤；
（2）参照标准GB/T 19077-2016，使用激光粒度分析仪（例如Malvern Master Size3000）对过滤的物质进行测试第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50。
本申请中，负极极片200中第一介电材料颗粒的质量占比测试方法包括：将电极组件10进行拆解，然后对拆解的负极极片200对应拐角区21上第一负极活性物质层210进行刮粉，将样品（针对含硅的负极活性材料的体系烧结后再与氢氧化钠溶液混合反应，过滤后的粉料即为样品）进行热失重测试，测试条件：氧气气氛，从25℃升温至1000℃，升温速率为5°/min，1000℃对应的热失重曲线（热失重（TG）曲线，其纵坐标为重量百分比，横坐标为温度）上对应的纵坐标即为第一负极活性物质层中第一介电材料颗粒的质量占比。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，例如1000-9500，1200-9000，1300-8500，1500-8000，1600-7500，1700-7000，1800-6500，1900-6000，2000-5500，2100-5000，2200-4500，2300-4000，2400-3500，2500-3000，2600-2900，2700-2800等。在本申请另一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1500-5000。
在本申请中，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数是指室温（25±5℃）下的相对介电常数，其具有本领域公知的含义，可以用本领域已知的仪器及方法进行测试。例如可以先将电极组件10进行拆解，然后对负极极片200的拐角区21的第一负极活性物质层210刮粉，取样煅烧至600℃，将粘结剂和负极活性物质等全部烧结完成（针对含硅的负极活性材料的体系烧结后再与氢氧化钠溶液混合反应），加水过滤分离得到第一介电材料颗粒，然后将第一介电材料颗粒制备成圆形试样（制样过程包括：向200g待测介电材料颗粒中加入40g粘合剂（所述的粘合剂由丙烯酸(PAA)乳液和醇胺类增塑剂复配而成，其分解温度小于300℃），充分搅拌均匀后，缓慢加入自动辊压机（所述的辊压机为对辊式辊压机，辊轮为不锈钢材质，表面抛光处理；两个对辊之间的间隙在0.5mm~2mm范围内可调），辊压成厚度为1mm±0.15mm的生料瓷饼，并以表面无色差，断面均匀、无明显分层为合格；然后将生料瓷饼放在冲片机（冲片机的压盘为圆形，尺寸为φ10mm~φ13mm；压盘为不锈钢材质，表面抛光处理）的压盘下，冲制成10个直径为11±1mm的薄层圆形瓷片；(2)排胶：将步骤(1)得到的薄层圆形瓷片放在洁净平整的氧化锆或氧化铝承烧板上，连同承烧板一起放入马弗炉，采用0.3℃/min的升温速率、升温到300℃后保温6h的进行排胶；正面排胶结束后，取出薄层圆形瓷片，更换为背面朝上，重复上述操作为背面排胶；(3)涂银：将步骤(2)排胶后的薄层圆形瓷片放在洁净平整的氧化锆或氧化铝承烧板上，使用细毛刷将银浆均匀的涂刷在薄层圆形瓷片的正面，所述的银浆为高温烧结型导电银浆，银浆涂刷采取单向涂刷2-3遍，厚度为80μm~100μm；(4)烧银：先把步骤(3)涂银后的薄层圆形瓷片的侧面沾有的银层用刀片轻轻刮掉，再将涂银后的薄层圆形瓷片连同承烧板一起放入马弗炉中，采用5℃/min的升温速率、升温到800℃后保温2h的参数进行烧银，正面烧银完成后，取出薄层圆形瓷片和承烧板，重复步骤(3)和步骤(4)对背面进行烧银）后，采用LCR测试仪测试电容量C并根据公式：相对介电常数ε=(C×d)/(ε0×A)计算得到。C表示电容量，单位为法拉（F）；d表示试样厚度，单位为cm；A表示试样面积，单位为cm2；ε0表示真空介电常数，ε0=8.854×10-14F/cm。在本申请中，测试条件可以为1KHz、1.0V、25±5℃。测试标准可依据GB/T 11297.11-2015。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒包括钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂中的至少一种。由此，负极极片200的拐角区21的第一负极活性物质层210中采用该类第一介电材料颗粒可以进一步提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
上述组成的第一介电材料颗粒发挥其性能的过程推测如下：上述组成的第一介电材料颗粒可以发挥优异的反电场作用，可能使得负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒包括掺杂离子，所述掺杂离子包括三价稀土金属离子、Nb5+、W5+、Mo5+、Al3+、Ga3+、Cr3+、Mn3+、Mg2+、Si4+或Ca2+中的至少之一。由此，本申请的第一介电材料颗粒通过掺杂上述离子，可以调整第一介电材料颗粒的相对介电常数，从而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
上述掺杂的第一介电材料颗粒发挥其性能的过程推测如下：通过在第一介电材料颗粒中掺杂上述离子，其可以调整介电材料颗粒的相对介电常数，从而可能使得负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
作为示例，所述第一介电材料颗粒可以包括三价稀土金属离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸铅或五价离子掺杂的锆钛酸铅中的至少之一，例如所述三价稀土金属离子包括Sc3+、Y3+或Yb3+中的至少之一，所述五价离子包括Nb5+、W5+或Mo5+中的至少之一。例如所述第一介电材料颗粒可以包括BaxTiyAlzO3（x+y+z=1）、BaaYbTicO3（a+b+c=1）、PbmTinNbpO3（m+n+p=1）等。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒为钛酸钡，所述钛酸钡包括四方晶型。
本申请中，“四方晶型”表示具有包含三个轴的晶胞的晶体结构，其中两个轴具有相同的长度并且彼此成直角，第三个轴垂直于另外两个轴。钛酸钡的四方晶型可以采用XRD测试得到，图2为四方晶型钛酸钡的XRD图，其X射线衍射峰的2θ位置在22°，31°，38°，45°，56°，66°。
由此，上述四方晶型的钛酸钡作为第一介电材料颗粒可以进一步降低活性离子在负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
在本申请一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的BET比表面积为0.8m2/g-7m2/g，例如0.9m2/g-6.5m2/g，1m2/g-6m2/g，1.5m2/g-5.5m2/g，1.8m2/g-5m2/g，0.8m2/g-7m2/g。
由此，采用上述比表面积范围的第一介电材料颗粒与负极活性材料的结合更为紧密，利于介电材料颗粒性能的发挥，可能进一步降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。在本申请另一些实施方式中，所述第一介电材料颗粒的BET比表面积为1.8m2/g-2m2/g。
在本申请中，所述第一介电材料颗粒的BET比表面积为本领域公知的含义，可以用本领域公知的仪器及方法进行测试。例如先对电极组件10进行拆解，然后对负极极片200对应拐角区21的第一负极活性物质层210进行刮粉，取样煅烧至600℃，将粘结剂和负极活性物质等全部烧结完成（针对含硅的负极活性材料的体系烧结后再与氢氧化钠溶液混合反应），加水过滤。然后参照GB/T 19587-2017，采用氮气吸附比表面积分析测试方法测试过滤样品，并用BET（BrunauerEmmett Teller）法计算得出，氮气吸附比表面积分析测试可以通过美国Micromeritics公司的Tri-Star 3020型比表面积孔径分析测试仪进行。
在本申请一些实施方式中，第一负极活性物质层210可以设置在负极极片200的拐角区21沿厚度方向的相对的两个表面中的任意一者或两者上。并且可以在拐角区21的一部分上设置第一负极活性物质层210，也可以在拐角区21的整个区域设置第一负极活性物质层210，作为示例，在负极极片200的拐角区21沿厚度方向的相对的两个表面的整个区域设置第一负极活性物质层210。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210包括第一负极活性材料，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D1≤D2。在本申请另一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210包括第一负极活性材料，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D1＜D2。
由此，第一负极活性材料与第一介电材料颗粒粒径满足上述条件，不仅可能充分发挥第一介电材料颗粒的反电场作用，使得负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能；而且可以使得第一负极活性物质层210具有高压实密度，提高电池能量密度。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D2为2μm-20μm，例如5μm-18μm，8μm-15μm，10μm-12μm等。
由此，采用该粒径的第一负极活性材料与第一介电材料颗粒搭配，不仅可能充分发挥第一介电材料颗粒的反电场作用，使得负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能；而且可以使得第一负极活性物质层210具有高压实密度，提高电池能量密度。在本申请另一些实施方式中，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D2为8μm-13μm。
本申请中，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50测试方法包括：首先对电极组件10进行拆解，然后采用火焰对负极极片200上第一负极活性物质层210表面进行烧蚀去掉表层第一负极活性物质层210中的粘接剂（火焰温度为300℃-500℃，负极极片200走线速率为1m/min-30m/min），然后对表层刮粉，并对所得粉料进行过筛（例如筛孔尺寸为6250目），将负极活性材料与介电材料和导电剂分离，所得筛上物颗粒即为第一负极活性材料，然后参照标准GB/T 19077-2016，使用激光粒度分析仪（例如Malvern Master Size 3000）对第一负极活性材料进行测试即可得到第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50。
本申请中，“拐角区21的长度”可以定义为沿着电极组件10卷绕方向的最外圈负极极片200上位于拐角区21的负极极片200长度的一半。
在本申请一些实施方式中，参考图3，所述拐角区21的长度L可以为5mm-30mm，例如6mm-28mm，7mm-25mm，8mm-23mm，10mm-20mm，12mm-18mm，13mm-16mm，14mm-15mm。在本申请另一些实施方式中，所述拐角区21的长度L可以为6mm-15mm。
本申请一些实施方式中，参考图4，所述负极极片200的还包括平直区22，所述平直区22和所述拐角区21沿着所述负极极片200的卷绕方向交替布置，所述平直区22设有第二负极活性物质层220，所述第二负极活性物质层220包括第二介电材料颗粒，基于所述第二负极活性物质层220的总质量，所述第二介电材料颗粒的占比为W2，W1≥W2。
由此，通过在平直区22的第二负极活性物质层220加入第二介电材料颗粒，并且第二负极活性物质层220中第二介电材料颗粒含量低于或等于所述第一负极活性物质层210中的第一介电材料颗粒，不仅可以降低负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面产生金属枝晶的风险，而且可以降低材料成本。
本申请中，“平直区22”是指将正极极片100、隔离膜300和负极极片200层叠后进行卷绕，得到的电极组件10的负极极片200中具有平面结构的区域，即在该平直区22内的负极极片200的表面均为平面，拐角区21位于平直区22的两端。并且“第二介电材料颗粒”的Dv50、BET比表面积、相对介电常数同于上文的“第一介电材料颗粒”，并且需要说明的是，本申请的“第二介电材料颗粒”的组成可以与“第一介电材料颗粒”相同，也可以不同，例如第一介电材料颗粒可以为钛酸钡，第二介电材料颗粒可以为钛酸铅。
在本申请一些实施方式中，第二负极活性物质层220可以设置在负极极片200的平直区22沿厚度方向的相对的两个表面中的任意一者或两者上。并且可以在平直区22的一部分上设置第二负极活性物质层220，也可以在平直区22的整个区域设置第二负极活性物质层220。作为示例，在负极极片200的平直区22沿厚度方向的相对两表面的整个区域设置第二负极活性物质层220。
在本申请一些实施方式中，基于所述第二负极活性物质层220的总质量，所述第二介电材料颗粒的占比W2为0-5%，例如1%-5%，2%-4%，2%-3%等。在本申请一些实施方式中，基于所述第二负极活性物质层220的总质量，所述第二介电材料颗粒的占比W2为0-1%。
本申请中，第二负极活性物质层220中第二介电材料颗粒的质量占比测试方法包括：首先将电极组件10进行拆解，然后将拆解得到的负极极片200烘干，然后刮取平直区22对应第二负极活性物质层220的粉料，然后将第二负极活性物质层220所得粉料（针对含硅的负极活性材料的体系烧结后再与氢氧化钠溶液混合反应，过滤后的粉料即为样品）进行热失重测试，测试条件：氧气气氛，从25℃升温至1000℃，升温速率为5°/min，1000℃对应的失重曲线上对应的纵坐标即为第二负极活性物质层220中第二介电材料颗粒的质量占比。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210包括第一负极活性材料，基于所述第一负极活性物质层210的总质量，所述第一负极活性材料的质量占比为K1，所述第二负极活性物质层220包括第二负极活性材料，基于所述第二负极活性物质层220的总质量，所述第二负极活性材料的质量占比为K2，K2≥K1。由此，所述第一负极活性物质层210中的第一负极活性材料含量K1低于或等于第二负极活性物质层220中的第二负极活性材料含量K2，可以在降低电池快充过程中拐角区21对应第一负极活性物质层210产生金属枝晶风险的同时提高电池的能量密度。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210中第一负极活性材料的质量占比K1为90-98%，例如91%-97%，92%-96%，93%-95%，94%-95%等。在本申请另一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210中第一负极活性材料的质量占比K1为93%-97%。由此，可以在降低电池快充过程中拐角区21对应第一负极活性物质层210产生金属枝晶风险的同时提高电池的能量密度。
在本申请一些实施方式中，所述第二负极活性物质层220中第二负极活性材料的质量占比K2为90-98%，例如91%-97%，92%-96%，93%-95%，94%-95%等。在本申请另一些实施方式中，所述第二负极活性物质层220中第二负极活性材料的质量占比K2为95%-98%。由此，可以提高电池的能量密度。
在本申请一些实施方式中，参考图5，所述电极组件10还包括第三负极活性物质层23和负极集流体24，所述第三负极活性物质层23设在负极集流体24的至少一侧，所述第一负极活性物质层210和所述第二负极活性物质层220设在所述第三负极活性物质层23上远离所述负极集流体24的一侧。由此，先在负极集流体24上设置所述第三负极活性物质层23，然后在拐角区21对应的第三负极活性物质层23设置第一负极活性物质层210，在平直区22对应的第三负极活性物质层23设置第二负极活性物质层220，不仅可以降低电池快充过程中拐角区21对应第一负极活性物质层210产生金属枝晶风险，而且可以提高电池能量密度。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210的厚度为H1，所述第三负极活性物质层23的厚度为H3，H1/H3为4%-30%，例如5%-25%，10%-20%，15%-20%等。由此，含有所述第一介电材料颗粒的第一负极活性物质层210的厚度与所述第三负极活性物质层23厚度比例按照该范围，可以在进一步降低电池快充过程中拐角区21对应第一负极活性物质层210产生金属枝晶风险的同时提高电池能量密度。在本申请另一些实施方式中，H1/H3为10%-20%。
在本申请的一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210的厚度不高于所述第二负极活性物质层220的厚度。
作为示例，所述第一负极活性物质层210的厚度为20μm-100μm，例如30μm-90μm，40μm-80μm，50μm-70μm，50μm-60μm等，在本申请的一些实施方式中，所述第一负极活性物质层210的厚度为40μm-80μm。
作为示例，所述第二负极活性物质层220的厚度为20μm-100μm，例如30μm-90μm，40μm-80μm，50μm-70μm，50μm-60μm等。在本申请的一些实施方式中，所述第二负极活性物质层220的厚度为40μm-80μm。
作为示例，所述第三负极活性物质层23的厚度为40μm-200μm，例如50μm-180μm，60μm-160μm，70μm-150μm，80μm-130μm，90μm-120μm，100μm-110μm等。在本申请的一些实施方式中，所述第三负极活性物质层23的厚度为60μm-150μm。
在本申请一些实施方式中，所述第一负极活性材料的至少部分表面设有第一包覆层，所述第一包覆层包括所述第一介电材料颗粒。由此，第一介电材料颗粒可以与第一负极活性材料紧密接触，从而可能利于第一介电材料颗粒在充电过程中发挥其反电场作用，该第一介电材料颗粒在负极极片200的拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面产生的反电场显负电，因此可能会吸引拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区21对应的第一负极活性物质层210表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
在本申请一些实施方式中，所述第二负极活性材料的至少部分表面设有第二包覆层，所述第二包覆层包括所述第二介电材料颗粒。由此，第二介电材料颗粒可以与第二负极活性材料紧密接触，从而可能利于第二介电材料颗粒在充电过程中发挥其反电场作用，并且该第二介电材料颗粒在负极极片200表面产生的反电场显负电，因此可能会吸引负极极片200表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在负极极片200表面聚集而产生金属枝晶的风险。
在本申请一些实施方式中，所述负极集流体24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。
在本申请一些实施方式中，第一负极活性材料和第二负极活性材料以及第三负极活性物质层中的第三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，第一负极活性材料、第二负极活性材料和第三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、锡基材料和钛酸盐等。所述硅基材料可包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物或硅合金中的至少一种。所述锡基材料可包括单质锡、锡氧化合物或锡合金中的至少一种。当电池为锂离子电池时，钛酸盐采用钛酸锂；当电池为钠离子电池时，钛酸盐采用钛酸钠。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。
在本申请一些实施方式中，第一负极活性物质层210、第二负极活性物质层220和第三负极活性物质层23还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可包括丁苯橡胶（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）或羧甲基壳聚糖（CMCS）中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，第一负极活性物质层210、第二负极活性物质层220和第三负极活性物质层23还可选地包括导电剂。导电剂可包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，第一负极活性物质层210、第二负极活性物质层220和第三负极活性物质层23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。
在本申请一些实施方式中，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、介电材料颗粒、导电剂、粘结剂和任意其他组分按照比例分散于溶剂（例如去离子水）中，分别形成第一负极浆料和第二负极浆料；然后将第一负极浆料涂布在负极集流体上卷绕为电芯后处于拐角区位置上沿其厚度方向的相对的两侧或一侧，将第二负极浆料涂覆在负极集流体上卷绕为电芯后处于平直区位置上沿其厚度方向的相对的两侧或一侧，经烘干、冷压等工序后，即可得到包括第一负极活性物质层和第二负极活性物质层的负极极片。
在本申请一些实施方式中，也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按照比例分散于溶剂（例如去离子水）中，形成第三负极浆料，将第三负极浆料涂覆在负极集流体上沿其厚度方向相对的两侧或一侧上，然后将负极活性材料、介电材料颗粒、导电剂、粘结剂和任意其他组分按照比例分散于溶剂（例如去离子水）中，分别形成第一负极浆料和第二负极浆料；然后将第一负极浆料涂布在第三负极活性物质层上卷绕为电芯后处于拐角区位置上沿其厚度方向的相对的两侧或一侧，将第二负极浆料涂覆在第三负极活性物质层上卷绕为电芯后处于平直区位置上沿其厚度方向的相对的两侧或一侧，经烘干、冷压等工序后，即可得到包括第一负极活性物质层、第二负极活性物质层和第三负极活性物质层的负极极片。
在本申请一些实施方式中，所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层设在所述正极集流体的至少一侧，所述正极活性物质层包括所述正极活性材料。
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，正极活性物质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。
在本申请一些实施方式中，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。
在本申请一些实施方式中，所述正极活性物质层还可以包括正极活性材料，所述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，当所述正极极片用于锂离子电池时，正极活性材料可采用本领域公知的用于锂离子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LiCoO2）、锂镍氧化物（如LiNiO2）、锂锰氧化物（如LiMnO2、LiMn2O4）、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LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2（也可以简称为NCM333）、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（也可以简称为NCM523）、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2（也可以简称为NCM211）、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（也可以简称为NCM622）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（也可以简称为NCM811）、锂镍钴铝氧化物（如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）或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LiFePO4（也可以简称为LFP））、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂（如LiMnPO4）、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂或磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
作为示例，当所述正极极片用于钠离子电池时，正极活性材料可采用本领域公知的用于钠离子电池的正极活性材料。作为示例，所述正极活性材料可以包括但不限于层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物中的至少之一。
作为上述层状过渡金属氧化物的示例，例如可以列举出：
Na1-xCuhFekMnlM1 mO2-y，其中M1包括Li、Be、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、In、Sn或Ba中的至少一种，0<x≤0.33，0<h≤0.24，0≤k≤0.32，0<l≤0.68，0≤m<0.1，h+k+l+m＝1，0≤y<0.2；
Na0.67Mn0.7NizM2 0.3-zO2，其中M2包括Li、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Cu、Zn或Ba中的至少一种，0<z≤0.1；
NaaLibNicMndFeeO2，其中0.67<a≤1，0<b<0.2，0<c<0.3，0.67<d+e<0.8，b+c+d+e＝1。
作为上述聚阴离子化合物的示例，例如可以列举出：
A1 fM3 g(PO4)iOjX1 3-j，其中A1包括H、Li、Na、K或NH4中的至少一种，M3包括Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Cu或Zn中的至少一种，X1为F、Cl或Br中的至少一种，0<f≤4，0<g≤2，1≤i≤3，0≤j≤2；
NanM4PO4X2，其中M4包括Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一种，X2为F、Cl或Br中的至少一种，0<n≤2；
NapM5 q(SO4)3，其中M5包括Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一种，0<p≤2，0<q≤2；
NasMntFe3-t(PO4)2(P2O7)，其中0<s≤4，0≤t≤3，例如t为0、1、1.5、2或3。
作为上述普鲁士蓝类似物的示例，例如可以列举出：
AuM6 v[M7(CN)6]w·xH2O，其中A包括H+、NH4 +、碱金属阳离子或碱土金属阳离子中的至少一种，M6和M7各自独立地包括过渡金属阳离子中的至少一种，0<u≤2，0<v≤1，0<w≤1，0<x<6。例如A包括H+、Li+、Na+、K+、NH4 +、Rb+、Cs+、Fr+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Ra2+中的至少一种，M6和M7各自独立地包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn或W中的至少阳离子。
电池在充放电过程中会伴随Li或Na的脱嵌及消耗，电池在放电到不同状态时Li或Na的摩尔含量不同。本申请中关于正极活性材料的列举中，Li或Na的摩尔含量为材料初始状态，即投料前状态，正极活性材料应用于电池体系中，经过充放电循环，Li或Na的摩尔含量会发生变化。
本申请中关于正极活性材料的列举中，氧的摩尔含量仅为理论状态值，晶格释氧会导致氧的摩尔含量发生变化，实际氧的摩尔含量会出现浮动。
在本申请一些实施方式中，正极活性物质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-六氟丙烯共聚物或含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，基于所述正极活性物质层的总质量，所述粘结剂的质量占比为0.5%-3%，例如0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%，3%等。
在本申请一些实施方式中，正极活性物质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、石墨烯或碳纳米纤维中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，基于所述正极活性物质层的总质量，所述导电剂的质量占比为0.8%-4%，例如0.8%，1%，1.5%，2%，2.5%，3%，3.5%，4%等。
在本申请一些实施方式中，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。
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。
在本申请一些实施方式中，隔离膜的材质可包括玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯或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。
在本申请一些实施方式中，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序层叠后通过卷绕工艺制成上述电极组件。
在本申请第二方面，本申请提出了一种制备电极组件的方法，包括：
将正极极片和负极极片层叠并沿卷绕方向卷绕形成所述电极组件，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
本申请方法得到的电极组件的负极极片的拐角区上的第一负极活性物质层包括上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，可以提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
上述第一介电材料颗粒发挥其性能的过程推测如下：本申请所得的电极组件上负极极片对应拐角区的第一负极活性物质层中加入上述粒径、含量和相对介电常数的第一介电材料颗粒，含有该电极组件的电池在充电过程中，第一介电材料颗粒在电场作用下，材料中的正负电荷中心会发生分离，在内部产生反电场，该第一介电材料颗粒在电极组件的拐角区对应的第一负极活性物质层表面产生的反电场显负电，因此可能会吸引拐角区对应的第一负极活性物质层表面聚集的活性离子均匀分布，从而降低活性离子在拐角区对应的第一负极活性物质层表面聚集而产生金属枝晶的风险，进而提高含有其的电池在快充过程的循环性能。
在本申请第三方面，本申请提出了一种电池单体，包括本申请第一方面所述的电极组件或本申请第二方面所述的方法得到的电极组件。
作为示例，所述电池单体包括电极组件和电解质，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。
在本申请一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在本申请一些实施方式中，所述电池为锂离子电池时，所述电解质盐可包括六氟磷酸锂、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、二氟二草酸磷酸锂或四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，所述电池为钠离子电池时，所述电解质盐可包括六氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、四氟硼酸钠、双草酸硼酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、三氟甲基磺酸钠或双(三氟甲基磺酰)亚胺钠中的至少之一。
在本申请一些实施方式中，所述溶剂可包括碳酸亚乙酯、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、乙二醇二甲醚、甲乙砜或二乙砜中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，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。
在本申请一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺制成卷绕电芯。
在一些实施方式中，电池单体可包括外包装。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，电池单体的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。电池单体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6是作为一个示例的方形结构的电池单体1。
在一些实施方式中，参照图7，外包装可包括壳体11和盖板13。其中，壳体11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11具有与容纳腔连通的开口，盖板13能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、隔离膜和负极极片可经叠片和卷绕工艺形成电极组件10。电极组件10封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件10中。电池单体1所含电极组件10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。
在本申请第四方面，本申请提出了一种电池，包括本申请第一方面所述的电极组件或本申请第二方面所述的方法得到的电极组件或本申请第三方面所述的电池单体。
在一些实施方式中，所述电池包括锂离子电池或钠离子电池。所述电池可以包括电池单体形式、电池模块形式和电池包形式。
在一些实施方式中，电池单体可以组装成电池模块，电池模块所含电池的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图8是作为一个示例的电池模块2。参照图8，在电池模块2中，多个电池单体1可以是沿电池模块2的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个电池单体1进行固定。
可选地，电池模块2还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电池单体1容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图9和图10是作为一个示例的电池包3。参照图9和图10，在电池包3中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块2。电池箱包括上箱体31和下箱体32，上箱体31能够盖设于下箱体32，并形成用于容纳电池模块2的封闭空间。多个电池模块2可以按照任意的方式排布于电池箱中。
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提供的电池。所述电池单体、电池模块或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、电池模块或电池包。
图11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二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用电池单体作为电源。
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。
实施例1
1、正极极片的制备
将正极活性材料镍钴锰酸锂（NCM523即LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）、粘结剂聚偏氟乙烯PVDF、导电剂乙炔黑（Super P）、介电材料颗粒钛酸钡按照重量比98：1：1：0进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，在真空状态下搅拌浆料至均匀，得到正极浆料，然后将所得的正极浆料按照13.7mg/cm2的面密度用刮刀涂布在13μm的铝箔双侧表面上，之后在140℃下烘干，冷压，分切后得到正极极片。
2、负极极片的制备
将第一负极活性材料人造石墨、导电剂乙炔黑、复合粘结剂SBR（丁苯橡胶）、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、第一介电材料颗粒钛酸钡按照重量比为94:1:1:1:3溶于溶剂去离子水中，搅拌混合均匀后制备成第一负极浆料，将第二负极活性材料人造石墨（Dv50为10.2μm）、导电剂乙炔黑、复合粘结剂SBR（丁苯橡胶）、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、第二介电材料颗粒钛酸钡按照重量比为97:1:1:1：0溶于溶剂去离子水中，搅拌混合均匀后制备成第二负极浆料，将第一负极浆料涂布在负极集流体上卷绕为电芯后处于拐角区位置上沿其厚度方向的相对的两侧的整个区域，将第二负极浆料涂覆在负极集流体上卷绕为电芯后处于平直区位置上沿其厚度方向的相对的两侧的整个区域（涂敷密度为9.6mg/cm2），经过烘干、冷压、分切得到负极极片（第一负极活性物质层和第二负极活性物质层厚度相等且厚度均为60μm）。
3、电解液的制备
在氩气气氛手套箱中（H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm），将有机溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）按照体积比3:7混合均匀得到有机溶剂，将LiPF6溶解于上述溶剂中，搅拌均匀，得到浓度为1mol/L的电解液。
4、隔离膜
使用市售的厚度为20μm、平均孔径为80nm的PP-PE共聚物微孔薄膜（来自卓高电子科技公司，型号20）。
5、二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极中间起到隔离的作用，并卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，注入上述电解液并封装，得到锂离子电池。
实施例2-19以及对比例1-5的锂离子电池的制备方法同于实施例1，区别在于制备负极极片的过程不同，具体如表1所示。
实施例20的锂离子电池的制备方法同于实施例1，区别在于制备负极极片的过程不同，具体包括：将负极活性材料人造石墨、导电剂乙炔黑、复合粘结剂SBR（丁苯橡胶）、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、第一介电材料颗粒钛酸钡按照重量比为94:1:1:1:3溶于溶剂去离子水中，搅拌混合均匀后制备成第一负极浆料；将负极活性物质人造石墨（Dv50为10.2μm）、导电剂乙炔黑、复合粘结剂SBR（丁苯橡胶）、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、第二介电材料颗粒钛酸钡按照重量比为97:1:1:1：0溶于溶剂去离子水中，搅拌混合均匀后制备成第二负极浆料；将负极活性物质人造石墨（Dv50为10.2μm）、导电剂乙炔黑、复合粘结剂SBR（丁苯橡胶）、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）按照重量比为97:1:1:1溶于溶剂去离子水中，搅拌混合均匀后制备成第三负极浆料，将第三负极浆料涂布在负极集流体沿厚度方向的相对两侧上，然后将第一负极浆料涂布在第三负极浆料上卷绕为电芯后处于拐角区位置上沿其厚度方向的相对的两侧的整个区域，将第二负极浆料涂覆在第三负极浆料上卷绕为电芯后处于平直区位置上沿其厚度方向的相对的两侧的整个区域，经过烘干、冷压、分切得到负极极片（第三负极活性物质层的厚度为60μm；第一负极活性物质层40μm和第二负极活性物质层厚度60μm）。
表1
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对实施例1-20和对比例1-5电池的析锂情况以及循环性能进行表征，表征结果如表3所示。
（1）负极极片析锂情况测试：
将电池在4C条件下充电到4.4V，静置5min，然后在1C条件下放电到2.8V，静置5min，按照上述充放电流程循环500圈，然后拆解负极极片，采用背向散射电子衍射技术（EBSD）在真空条件下对拆解负极极片拐角区表面进行扫描（其中采用的扫描式电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）的扫描角度为70度），分别收集拐角区析锂面积信号和拐角区未析锂面积信号，拐角区析锂面积占比=拐角区析锂面积信号的强度/（拐角区析锂面积信号的强度+拐角区未析锂面积的信号强度）。
（2）循环性能测试：
在25℃下，将电池以4C倍率充电恒流充电至截止电压4V，然后以1C倍率放电至截止电压2.8V，记录初始容量为C0，然后按照表2所示策略充电，以1C倍率放电，记录每次循环的放电容量Cn，直至电池的容量保持率（容量保持率=Cn/C0×100%）为80%，记录循环圈数。循环圈数越多，则代表二次电池的循环性能越好。
表2
图12为实施例1所得电池循环后拆解负极极片图片（按照上述循环性能测试的循环条件循环300圈），图13为对比例5所得电池循环后拆解负极极片图片（按照上述循环性能测试的循环条件循环300圈），对比图12和13，实施例1所得电池循环后拆解负极极片其拐角区表面未有锂枝晶产生，而对比例5所得电池循环后拆解负极极片其拐角区表面有明显的锂枝晶。由此表明实施例1中在拐角区的第一负极活性物质层中加入体积平均粒径为210nm，第一负极活性物质层中质量占比为3%且相对介电常数为1610的介电材料颗粒，可以降低拐角区表面聚集而产生金属枝晶的风险。
表3
结论，实施例1-20与对比例1-5相比，实施例1-20电池的负极极片的拐角区第一负极活性物质层中第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为200nm-2000nm，并且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为0.5%-10%，对比例1电池的负极极片拐角区第一负极活性物质层中第一介电材料的体积平均粒径Dv50为101nm，相对介电常数为817，且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为3%；对比例2电池的负极极片拐角区第一负极活性物质层中第一介电材料的体积平均粒径Dv50为2530nm，相对介电常数为4803，且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为3%；对比例3电池的负极极片拐角区第一负极活性物质层中第一介电材料的体积平均粒径Dv50为820nm，相对介电常数为2213，且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为0.2%；对比例4电池的负极极片拐角区第一负极活性物质层中第一介电材料的体积平均粒径Dv50为820nm，相对介电常数为2213，且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为13%；对比例5电池的负极极片的第一负极活性物质层中未加入介电材料颗粒。由表3可知，实施例1-20电池循环拆解后的负极极片的析锂面积明显小于对比例1-5，并且实施例1-20电池的循环性能也高于对比例1-5。由此表明，本申请的负极极片的拐角区上的第一负极活性物质层中采用包括第一介电材料颗粒（第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，并且基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为0.5%-10%），不仅可以降低负极极片拐角区的析锂风险，而且可以提高电池的快充过程的循环性能。
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 (30)

1.一种电极组件，其特征在于，包括负极极片，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，W1为1%-3%。
3.根据权利要求1或2所述的电极组件，其特征在于，D1为600nm-1000nm。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1500-5000。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一介电材料颗粒包括钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，所述第一介电材料颗粒包括掺杂离子，所述掺杂离子包括三价稀土金属离子、Nb5+、W5+、Mo5+、Al3+、Ga3+、Cr3+、Mn3+、Mg2+、Si4+或Ca2+中的至少之一。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述第一介电材料颗粒包括三价稀土金属离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸钡、五价离子掺杂的钛酸铅或五价离子掺杂的锆钛酸铅中的至少之一。
8.根据权利要求6或7所述的电极组件，其特征在于，所述三价稀土金属离子包括Sc3+、Y3+或Yb3+中的至少之一。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一介电材料颗粒的BET比表面积为0.8m2/g-7m2/g。
10.根据权利要求5-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述钛酸钡包括四方晶型。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一负极活性物质层还包括第一负极活性材料，所述第一负极活性材料的体积平均粒径Dv50为D2，D1≤D2。
12.根据权利要求11所述的电极组件，其特征在于，D2为2μm-20μm。
13.根据权利要求11或12所述的电极组件，其特征在于，D2为8μm-13μm。
14.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述拐角区的长度为5mm-30mm。
15.根据权利要求11所述的电极组件，其特征在于，所述负极极片还包括平直区，所述拐角区设在所述平直区的两端，所述平直区设有第二负极活性物质层，所述第二负极活性物质层包括第二介电材料颗粒，基于所述第二负极活性物质层的总质量，所述第二介电材料颗粒的占比为W2，W1≥W2。
16.根据权利要求15所述的电极组件，其特征在于，W2为0-5%。
17.根据权利要求15或16所述的电极组件，其特征在于，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一负极活性材料的质量占比为K1；
所述第二负极活性物质层包括第二负极活性材料，基于所述第二负极活性物质层的总质量，所述第二负极活性材料的质量占比为K2，K1≤K2。
18.根据权利要求17所述的电极组件，其特征在于，K1为90%-98%。
19.根据权利要求17所述的电极组件，其特征在于，K2为90%-98%。
20.根据权利要求17所述的电极组件，其特征在于，所述负极极片还包括负极集流体和第三负极活性物质层，所述第三负极活性物质层设在所述负极集流体的至少一侧，所述第一负极活性物质层和所述第二负极活性物质层设在所述第三负极活性物质层上远离所述负极集流体的一侧。
21.根据权利要求20所述的电极组件，其特征在于，所述第一负极活性物质层的厚度为H1，所述第三负极活性物质层的厚度为H3，H1/H3为4%-30%。
22.根据权利要求20所述的电极组件，其特征在于，所述第一负极活性物质层的厚度不高于所述第二负极活性物质层的厚度。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的电极组件，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：
所述第一负极活性物质层的厚度为20μm-100μm；
所述第二负极活性物质层的厚度为20μm-100μm；
所述第三负极活性物质层的厚度为40μm-200μm。
24.根据权利要求17所述的电极组件，其特征在于，所述第一负极活性材料的至少部分表面设有第一包覆层，所述第一包覆层包括所述第一介电材料颗粒；和/或
所述第二负极活性材料的至少部分表面设有第二包覆层，所述第二包覆层包括所述第二介电材料颗粒。
25.根据权利要求20所述的电极组件，其特征在于，所述第一负极活性材料、所述第二负极活性材料和第三负极活性物质层中的第三负极活性材料分别独立地包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料或钛酸盐中的至少之一。
26.一种制备电极组件的方法，其特征在于，包括：
将正极极片和负极极片层叠并沿卷绕方向卷绕形成所述电极组件，所述负极极片包括拐角区，所述拐角区包括第一负极活性物质层，所述第一负极活性物质层包括第一介电材料颗粒，所述第一介电材料颗粒的体积平均粒径Dv50为D1，D1为200nm-2000nm，所述第一介电材料颗粒的相对介电常数为1000-10000，基于所述第一负极活性物质层的总质量，所述第一介电材料颗粒的占比为W1，W1为0.5%-10%。
27.一种电池单体，其特征在于，包括权利要求1-25中任一项所述的电极组件或采用权利要求26所述的方法得到的电极组件。
28.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-25中任一项所述的电极组件或采用权利要求26所述的方法得到的电极组件或权利要求27所述的电池单体。
29.根据权利要求28所述的电池，其特征在于，所述电池包括锂离子电池或钠离子电池。
30.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求28或29所述的电池。
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