本技術涉及一種電池單體、電池裝置及用電裝置。

背景技術：

1、鋰離子電池具有容量高、壽命長等特性，因此廣泛應用于電子設備，例如手機、筆記本電腦、電瓶車、電動汽車、電動飛機、電動輪船和電動工具等等。隨著鋰離子電池應用領域的發展，對鋰離子電池的性能，比如快速充電性能、能量密度等提出了更高的要求。

技術實現思路

1、鑒于上述問題，本技術提供一種電池單體、電池裝置及用電裝置，在提升電池單體的能量密度的同時，還能兼顧良好的循環性能和快速充電性能（簡稱快充性能）。

2、第一方面，本技術提供了一種電池單體，包括電極組件和電解液，電極組件包括正極極片、負極極片和隔離膜，隔離膜位于正極極片和負極極片之間，

3、正極極片包括正極集流體和設置于正極集流體至少一側的正極膜層，正極膜層包括正極活性材料，正極活性材料包括橄欖石結構的含鋰磷酸鹽，

4、正極膜層的單面涂布重量為180mg/1540.25mm2~380mg/1540.25mm2；

5、負極極片包括負極集流體和設置于負極集流體至少一側的負極膜層，負極膜層包括負極活性材料，負極活性材料包括硅基材料，基于負極活性材料的質量計，硅元素的質量含量為0.3%~10.0%；

6、電解液包括第一添加劑，第一添加劑包括碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯酯衍生物中至少一種，基于電解液的總質量計，第一添加劑的質量含量為1%~12%，

7、其中，碳酸乙烯酯衍生物包括式ⅰ所示的化合物，

8、式ⅰ

9、r1、r2、r3、r4各自獨立地包括氫原子、鹵素原子、c1~c5的烷基和c1~c5的鹵代烷基中的任意一種，且r1、r2、r3、r4不同時為氫原子。

10、本技術中，電池單體的正極活性材料包含橄欖石結構的含鋰磷酸鹽，其具有優異的結構穩定性，通過高的涂布重量的正極膜層與含一定量的硅元素的負極膜層相互匹配，在保證電池單體的能量密度提高的同時，能夠有效提升電池單體的快充性能；與此同時，將電池單體的電解液中含有碳酸亞乙烯酯和/或碳酸乙烯酯衍生物的第一添加劑、且第一添加劑的質量含量控制在合適范圍內，能夠在含硅負極界面形成厚度適中、柔韌性和穩定性增強的sei膜，保證含硅負極界面兼顧良好穩定性和低阻抗，從而實現電池單體兼具高能量密度、優異的快充性能和良好的循環性能。

11、綜上，本技術通過將正極膜層的單面涂布重量、負極活性材料中硅元素的質量含量、正極活性材料包含橄欖石結構的含鋰磷酸鹽、電解液中添加劑的種類和質量含量協同控制在合適范圍內，可以實現電池單體的快充性能、循環性能和能量密度的兼顧。

12、在任意實施方式中，基于負極活性材料的質量計，硅元素的質量含量為0.3%~6.0%。

13、硅基材料中的硅元素的質量含量在合適范圍內，能夠在提高電池單體的能量密度的同時，還能減少過多的硅元素對電池單體的循環性能的影響，兼顧電池單體的能量密度和循環性能。

14、在任意實施方式中，r1、r2、r3、r4至少一者包含氟原子。

15、r1、r2、r3、r4中至少一者為氟原子的碳酸乙烯酯衍生物易于開環，在負極表面形成含有較多有機物的sei膜，利于提高整體sei膜的柔韌性，達到改善循環過程中sei膜和負極界面的穩定性的目的，提高電池單體的循環性能。

16、在任意實施方式中，碳酸乙烯酯衍生物包括氟代碳酸乙烯酯、二氟碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯中的一種或多種。

17、合適的碳酸乙烯酯衍生物添加劑能在負極側形成含有較多有機物的sei膜，利于提高整體sei膜的柔韌性，達到改善循環過程中sei膜和負極界面的穩定性的目的，提高電池單體的循環性能，同時氟代碳酸乙烯酯、二氟碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯參與形成的sei膜的阻抗低，也有利于改善電池單體的快充性能。

18、在任意實施方式中，電池單體滿足如下關系式：0.025≤a/b≤6，可選為0.035≤a/b≤2.5，

19、其中a為硅元素的質量含量，基于負極活性材料的質量計；b為第一添加劑的質量含量，基于電解液的總質量計。

20、負極活性材料中硅元素的質量含量與電解液中第一添加劑的質量含量的比值在合適范圍內，通過負極中硅元素與第一添加劑協同作用，能夠在提高電池單體的能量密度的同時，還能兼顧電池單體的循環性能。

21、在任意實施方式中，基于負極活性材料的質量計，負極活性材料中硅元素的質量含量為0.3%~3%；

22、基于電解液的總質量計，第一添加劑的質量含量為2%~7.5%。

23、在硅元素含量相對低的體系中，電池單體循環過程中sei膜的破壞相對小，控制第一添加劑的質量含量在合適范圍內，形成合適厚度的sei膜，在改善sei膜和負極界面的穩定性、提高電池單體的循環性能的同時，還能實現負極界面的低阻抗，有利于提高電池單體的快充性能，更適用于對電池單體的循環性能、快充性能具有更高需求的使用場景。

24、在任意實施方式中，基于負極活性材料的質量計，負極活性材料中硅元素的質量含量大于3%且小于等于6%；

25、基于電解液的總質量計，第一添加劑的質量含量為3%~10%。

26、在硅元素含量相對高的體系中，電池單體循環過程中sei膜的破壞相對嚴重，控制第一添加劑的質量含量在合適范圍內，形成合適厚度的sei膜，達到改善sei膜和負極界面的穩定性、提高電池單體的循環性能的目的，更適用于對電池單體的循環性能、能量密度具有更高需求的使用場景。

27、在任意實施方式中，橄欖石結構的含鋰磷酸鹽包括：

28、含鋰磷酸鹽基體，以及

29、包覆層，包覆層位于含鋰磷酸鹽基體至少部分表面，包覆層包含碳元素。橄欖石結構的含鋰磷酸鹽包括碳包覆層，能夠提高材料的導電性能，有利于提高電池單體的快充性能。

30、在任意實施方式中，基于橄欖石結構的含鋰磷酸鹽的質量計，碳元素的質量含量為0.8%~2.3%。

31、控制包覆層中碳元素的質量含量在合適范圍內，在提高材料的導電性，改善電池的快充性能的同時，還能兼顧材料的克容量，兼顧電池單體的快充性能和能量密度。

32、在任意實施方式中，電池單體滿足如下關系式：0.08≤c/b≤1.15，

33、其中，c為碳元素的質量含量，基于橄欖石結構的含鋰磷酸鹽的質量計；

34、b為所述第一添加劑的質量含量，基于所述電解液的總質量計。

35、控制橄欖石結構的含鋰磷酸鹽中碳元素的質量含量與電解液中第一添加劑的質量含量在合適范圍內，能夠在提高材料的導電性，改善電池單體的快充性能的同時，還能提高材料的循環穩定性，提高電池單體的循環性能。

36、在任意實施方式中，包覆層還包括li3-d1fe2-d1m3d1(pom1)n1的物質，

37、其中，0≤d1≤1，3≤m1≤5，2≤n1≤4；

38、m3包括ti、zr、hf、ge、sn中的一種或多種，可選地，m3為+4價。

39、包覆層包括li3-d1fe2-d1m3d1(pom1)n1物質，該物質具有優異的導離子性，能夠顯著提高材料鋰離子脫/嵌鋰的傳輸速率，提高整體材料的導離子性，有利于提高電池的快充性能。

40、在任意實施方式中，含鋰磷酸鹽基體包括通式為lix1ay1mea1mb1p1-c1xc1yz1的化合物，

41、其中，0.5≤x1≤1.3，0≤y1≤1.3，0.9≤x1+y1≤1.3；0.9≤a1≤1.5，0≤b1≤0.5，0.9≤a1+b1≤1.5；0≤c1≤0.5；3≤z1≤5；

42、其中，a包括na、k和mg中的至少一種；me包括mn、fe、co、ni中的至少一種；m包括b、mg、al、si、p、s、ca、sc、ti、v、cr、cu、zn、sr、y、zr、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce中的至少一種；x包括s、si、cl、b、c、n、p中的至少一種；y包括o、f中的至少一種。

43、在任意實施方式中，含鋰磷酸鹽基體包括磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸錳鐵鋰、磷酸鎳鋰、磷酸鈷鋰以及前述任一種物質的改性形式中的一種或多種，其中，所述改性形式包括摻雜改性和包覆改性中的一種或多種。

44、在任意實施方式中，正極活性材料在30000n下的粉體壓實密度2.43g/cm3~2.85g/cm3，可選為2.48g/cm3~2.80g/cm3。

45、正極活性材料在30000n下的粉體壓實密度在上述范圍時，能夠提升電池單體的能量密度，且由于正極膜層中的正極活性材料堆積能夠更為緊密，顆粒與顆粒間接觸電阻較小，能夠進一步降低極片的電阻，也有利于提高電池單體的快充性能。

46、在任意實施方式中，電池單體于100%荷電狀態下，正極膜層的壓實密度為2.50g/cm3~2.80g/cm3。

47、正極膜層的壓實密度在合適范圍內，電池單體具有高的能量密度。

48、在任意實施方式中，負極活性材料包括碳基材料，碳基材料包括石墨。

49、石墨具有良好的導電性和循環穩定性，有利于提高電池單體的快充性能和循環性能。

50、在任意實施方式中，所述石墨包括復合石墨顆粒，所述復合石墨顆粒包括石墨本體顆粒和包覆于石墨本體顆粒表面的碳包覆層，石墨本體顆粒包括二次顆粒，碳包覆層包括無定形碳。

51、二次顆粒具有優異的離子傳輸性能，有利于鋰離子的嵌入和脫出，有利于提高材料的離子傳導性，另外碳包覆層包括無定形碳，能夠提高復合石墨顆粒的導電性，內核的二次顆粒與無定形碳的包覆層共同改善材料的導電子性能和導離子性能，有助于提高電池單體的快充性能。

52、在任意實施方式中，復合石墨顆粒滿足如下條件中的至少一個：

53、（1）基于復合石墨顆粒的總質量計，無定形碳的質量含量為2%~5%；

54、（2）復合石墨顆粒的粉末電阻率為0.005ω?cm-0.04ω?cm。

55、控制復合石墨顆粒中的無定形碳的質量含量在合適范圍內，能夠提高材料的導電性，提高電池的快充性能。

56、復合石墨顆粒的粉末電阻率較小，復合石墨顆粒具有優異的導電性，有利于提高電池單體的快充性能。

57、在任意實施方式中，第一負極膜層和第二負極膜層，所述第一負極膜層設置于所述集流體和所述第二負極膜層之間，所述第一負極膜層和第二負極膜層均包括所述復合石墨顆粒。

58、在任意實施方式中，第一負極膜層中復合石墨顆粒的體積平均粒徑dv50大于等于第二負極膜層中復合石墨顆粒的體積平均粒徑dv50。

59、在電池單體快速充電過程中，遠離集流體的第二負極膜層的過電勢通常較高，負極膜層中影響電池單體快充性能的瓶頸主要在于第二負極膜層，本技術控制第二負極膜層中的復合石墨顆粒的粒徑相對更小，可以縮短鋰離子的傳輸路徑，提高第二負極膜層的鋰離子傳輸性能，改善電池單體的快充性能。

60、在任意實施方式中，第一負極膜層中復合石墨顆粒的體積平均粒徑dv50為8.5μm~14.8μm，和/或，

61、第二負極膜層中復合石墨顆粒的體積平均粒徑dv50為7.8μm~12.8μm。

62、控制第一負極膜層和/或第二負極膜層中的復合石墨顆粒的粒徑在合適范圍內，能夠縮短負極膜層中鋰離子的傳輸路徑，提高電池單體的快充性能。

63、在任意實施方式中，基于第一負極膜層和第二負極膜層的總厚度計，第二負極膜層的厚度占比為30%~70%。

64、第二負極膜層的厚度占比在合適范圍內，能夠兼顧第二負極膜層對電池的快充性能的貢獻和第一負極膜層對電池的能量密度的貢獻，獲得具有優異的快充性能和高能量密度的電池單體。

65、在任意實施方式中，負極極片還包括負極導電層，負極導電層位于負極集流體和至少一側的負極膜層之間，負極導電層包括導電劑，導電劑包括超導碳、導電石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳點、碳納米管、石墨烯、碳納米纖維中的一種或多種。

66、通過在集流體和負極膜層之間設置包含導電劑的負極導電層，能夠提高負極極片的導電性，提高電池單體的快充性能。

67、在任意實施方式中，負極導電層的厚度為0.5μm~2μm。

68、控制負極導電層的厚度在合適范圍內，可以兼顧電池單體的快充性能和能量密度。

69、在任意實施方式中，電池單體于100%荷電狀態下，負極膜層的壓實密度為1.15g/cm3~1.45g/cm3，和/或，

70、負極膜層的單面涂布重量為70mg/1540.25mm2~135mg/1540.25mm2。

71、負極膜層的單面涂布重量或壓實密度在合適范圍內，有利于提升電池單體的快充性能。

72、在任意實施方式中，電解液還包括有機溶劑，有機溶劑包括第一有機溶劑、第二有機溶劑中的一種或多種，

73、其中，第一有機溶劑包括環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯中至少一種，可選為環狀碳酸酯；

74、第二有機溶劑包括r5-coo-r6，

75、其中，r5包括氫原子、鹵素原子、c1~c5的烷基、c1~c5的鹵代烷基中的任意一種，r6包括c1~c5的烷基、c1~c5的鹵代烷基中的任意一種。

76、環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯的第一有機溶劑具有相對高的介電常數和優異的離子電導率，有利于提高電解液的電導率，第二有機溶劑具有低粘度，有利于提高電解液的電導率，電解液包含第一有機溶劑和/或第二有機溶劑，有利于提高鋰離子的遷移，提高電池單體的快充性能。

77、在任意實施方式中，環狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯中的一種或多種；和/或，

78、鏈狀碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中一種或多種；和/或，

79、第二有機溶劑包括甲酸甲酯、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、丁酸乙酯中的一種或多種。

80、在任意實施方式中，基于電解液的總質量計，第一有機溶劑的質量含量為20%~72%。

81、合適含量的環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯的第一有機溶劑能夠進一步提高電解液的電導率，有利于鋰離子的遷移，改善電池單體的快充性能。

82、在任意實施方式中，電解液還包括第二添加劑，第二添加劑包括含硫添加劑、鋰鹽類添加劑中的一種或多種。

83、含硫添加劑、鋰鹽類添加劑能夠改善正極側和/或負極側的界面膜性能，改善正極和/或負極與電解液的界面化學，提高電池的快充性能和循環性能。

84、在任意實施方式中，含硫添加劑包括硫酸乙烯酯、雙硫酸乙烯酯、亞硫酸丁烯酯、1,3-丙磺酸內酯、亞硫酸乙烯酯、甲基二磺酸亞甲酯中的一種或多種；和/或，

85、鋰鹽類添加劑包括二氟磷酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰一種或多種。

86、在任意實施方式中，電解液還包括鋰鹽，鋰鹽包括含氟磺酰亞胺鹽、六氟磷酸鋰中的一種或兩種。

87、含氟磺酰亞胺鹽和六氟磷酸鋰易于解離，有利于鋰離子的快速遷移，有利于改善電池單體的快充性能，且含氟磺酰亞胺鹽和六氟磷酸鋰在電解液體系中相對穩定，能夠提升電池單體的循環性能。

88、在任意實施方式中，含氟磺酰亞胺鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰中一種或兩種。

89、在任意實施方式中，鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰和六氟磷酸鋰，雙氟磺酰亞胺鋰的摩爾濃度與六氟磷酸鋰的摩爾濃度的比值為0.2~1.0。

90、在任意實施方式中，雙氟磺酰亞胺鋰的摩爾濃度為0.2mol/l~0.5mol/l，六氟磷酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/l~1.2mol/l。

91、在任意實施方式中，隔離膜滿足如下條件中的至少一個：

92、（1）隔離膜的厚度為4μm~12μm，可選為5μm~9μm；

93、（2）隔離膜的孔隙率為20%~70%，可選為35%~60%。

94、隔離膜的厚度在合適范圍內，鋰離子在隔離膜中的遷移路徑較短，能夠降低電池單體的內阻，提高電池單體的快充性能。

95、隔離膜的孔隙率在合適范圍內，能夠提升鋰離子在隔離膜中的遷移速率，降低電池單體的內阻，提高電池單體的快充性能。

96、在任意實施方式中，電池單體被配置為從10%荷電狀態至80%荷電狀態的充電時間為5min~10.5min。

97、電池單體的充電速度較快，電池單體具有優異的快充性能。

98、在任意實施方式中，電池單體的體積能量密度為395wh/l~530wh/l。

99、第二方面，本技術提供一種電池裝置，包括第一方面的電池單體。

100、在任意實施方式中，電池裝置被配置為從10%荷電狀態至80%荷電狀態的充電時間為5min~10.5min。

101、電池裝置的充電速度較快，電池裝置具有優異的快充性能。

102、第三方面，本技術提供了一種用電裝置，包括第二方面的電池裝置。