一种锂离子圆柱电池及用电装置的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种锂离子圆柱电池及用电装置。

背景技术：

1、随着科技水平的提高，高功率电器在人们工作和生活中逐渐普及，同时电器使用的二次电池安全性问题越来越受到人们的关注。市场上现有的圆柱电池产品中，由于内阻较大，伴随着电池放电过程中损耗了大量的热量，导致能量利用率偏低。由于电池结构和体系的设计问题，导致电池的温升系数也偏高。在升高同样的温度区间内，电池电量放出率偏低。

2、圆柱电池的外壳的主要成分是铁，其巨大的机械强度保证了电池的安全。但由于电池循环过程中极片的膨胀、体系的产气，会使得外壳承受巨大的应力，长期的应力应变会使得钢壳发生变形甚至开裂，降低电池的循环性能和安全性。电池的外观越接近圆形，则电池的抗应变能力越好；此外，通过体系的合理优化，控制极片合理的膨胀及体系合理的产气，可以降低电池在不同soc态下的卷芯外形的形变，极大的提升卷芯的抗疲劳性；此外，圆柱电池中的主要机械支撑源于铜箔和铝箔，设计一定延展率范围的极片，将有利于提升卷芯的机械强度，保证应变下的卷芯结构均匀性。从而改善电池的循环和安全性能。

3、因此，需要开发出一种综合形变范围、产气量和延展率的新型圆柱电池，以解决现有锂离子圆柱电池内阻过大而温升系数较高的问题。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种锂离子圆柱电池及用电装置。

2、本发明的技术方案是：

3、一种锂离子圆柱电池，包括壳体、位于壳体内的圆柱卷芯和电解液，所述圆柱电池在充放电过程中满足如下关系式：

4、（|△a|+|△b|）/((a+b)/2)≤3%，

5、其中a和b分别为圆柱电池满放态的最长直径和最短直径；△a和△b分别为所述最长直径和最短直径在0%和100%soc状态下的变化值。

6、进一步的，所述圆柱电池各段直径比还满足如下关系式：

7、|h1-h2|+|h2-h3|+|h1-h3|≤12%，

8、其中在电池满充态的情况下，将所述圆柱电池从底部到顶部的长度方向分成6等份，并分别测试接近底部的3个等份的中心位置对应的方向的直径，并分别计算各自位置的|a-b|/(a+b)，所得值记为h1、h2、h3。

9、进一步的，所述圆柱电池的气体含量之比还满足如下关系式：

10、1.05≤3vg/v≤2.1，

11、其中所述圆柱电池的总容积为v ml，其在常温下的内部气体含量为vg ml。

12、进一步的，所述圆柱电池的材料延展率还满足如下关系式：

13、6%≤ecu+eal≤12%，

14、其中所述ecu为铜箔的延展率，所述eal为铝箔的延展率。

15、进一步的，所述圆柱电池包括正极片、负极片和位于两者之间的隔膜，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一个表面的正极活性物质涂层，所述正极集流体包括正极活性物质涂覆区和正极活性物质未涂覆区，所述负极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一个表面的负极活性物质涂层，所述负极集流体包括负极活性物质涂覆区和负极活性物质未涂覆区；其中所述正极活性物质未涂覆区的一部分用作正极极耳，且所述正极活性物质未涂覆区占正极集流体表面积的2-15%；所述负极活性物质未涂覆区的一部分用作负极极耳，且所述负极活性物质未涂覆区占负极集流体表面积的2-15%；以及所述负极片与所述正极片容量n/p比为1.02-1.15。

16、进一步的，所述正极片包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，所述正极活性物质包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，其中镍钴锰酸锂的化学式为lianixcoymnzmbo2，0.8<a<1.2，0.81≤x≤0.95，0.1≤y<0.4，0.05≤z<0.4，0≤b≤0.1，m包括zr，ti，w，al，sr，la，nd，b中的任意一种或多种的组合。

17、进一步的，所述负极片包括负极活性物质、粘结剂和导电剂，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、软碳、硬碳、硅氧材料、硅碳材料中的至少两种，且所述负极活性物质中硅元素质量占比为2-30%。

18、进一步的，所述正极活性物质涂层区的至少一个边缘区涂覆有无机陶瓷涂层，所述无机陶瓷涂层包括三氧化二铝、二氧化锰、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、三氧化二铁、勃姆石、方解石中的任意一种或多种的组合。

19、进一步的，所述无机陶瓷涂层中的无机材料颗粒的平均粒径dv50为0.5-3μm，所述无机陶瓷涂层的宽度方向沿着所述正极极片的宽度方向设置，所述无机陶瓷涂层的宽度占整个正极极片宽度的1-3%。

20、进一步的，所述电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的任意一种或多种的组合，所述添加剂包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯中的任意一种或多种的组合，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的任意一种或多种的组合。

21、本发明的另一技术方案是：

22、一种用电装置，包括如前所述的锂离子圆柱电池。

23、本发明提供了一种锂离子圆柱电池及用电装置，有益效果为：

24、1、通过限定圆柱电池的外观形变量，获取特定的初始内应力，为圆柱电池后期的化成循环预留形变释放空间，避免内应力过大导致局部极片发生扭曲甚至断裂；

25、2、通过进一步限定圆柱电池的各区间直径比、产气量和延展率，为圆柱电池后期应力发生变化后预留形变释放空间，以克服后续材料活化发生脱嵌锂反应、电解液负极成膜导致的极片膨胀、延展及气体生成发生的应力变化问题；

26、3、通过采用特定内应力的电池，配合全极耳设计，进一步对锂离子圆柱电池的材质、形状进行优化，由此获取高倍率、低温升的锂离子圆柱电池，在同样的温度范围内，其10c放电的温升系数低，发热少，在常规1c/1c的倍率下，循环性能发挥较优，600圈循环保持率为86-99.1%，在3c/6c的循环条件下的循环性能得到显著的提升，安全性能高，热箱实验通过率大于等于80%。

技术特征：

1.一种锂离子圆柱电池，包括壳体、位于壳体内的圆柱卷芯和电解液，其特征在于，所述圆柱电池在充放电过程中满足如下关系式：

2.根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池各段直径比满足如下关系式：

3.根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池的气体含量之比满足如下关系式：

4.根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池的材料延展率满足如下关系式：

5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池包括正极片、负极片和位于两者之间的隔膜，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一个表面的正极活性物质涂层，所述正极集流体包括正极活性物质涂覆区和正极活性物质未涂覆区，所述负极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一个表面的负极活性物质涂层，所述负极集流体包括负极活性物质涂覆区和负极活性物质未涂覆区；其中

6.根据权利要求5所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述正极片包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，所述正极活性物质包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，其中镍钴锰酸锂的化学式为lianixcoymnzmbo2，0.8<a<1.2，0.81≤x≤0.95，0.1≤y<0.4，0.05≤z<0.4，0≤b≤0.1，m包括zr，ti，w，al，sr，la，nd，b中的任意一种或多种的组合。

7.根据权利要求5所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述负极片包括负极活性物质、粘结剂和导电剂，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、软碳、硬碳、硅氧材料、硅碳材料中的至少两种，且所述负极活性物质中硅元素质量占比为2-30%。

8.根据权利要求5所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述正极活性物质涂层区的至少一个边缘区涂覆有无机陶瓷涂层，所述无机陶瓷涂层包括三氧化二铝、二氧化锰、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、三氧化二铁、勃姆石、方解石中的任意一种或多种的组合；以及

9.根据权利要求5所述的锂离子圆柱电池，其特征在于，所述电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的任意一种或多种的组合，所述添加剂包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯中的任意一种或多种的组合，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的任意一种或多种的组合。

10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的锂离子圆柱电池。

技术总结本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子圆柱电池及用电装置，包括壳体、位于壳体内的圆柱卷芯和电解液，所述圆柱电池在充放电过程中满足如下关系式：（|△a|+|△b|）/((a+b)/2)≤3%，其中a和b分别为圆柱电池满放态的最长直径和最短直径；△a和△b分别为所述最长直径和最短直径在0%和100%SOC状态下的变化值；本发明提供的圆柱电池通过限定圆柱电池的外观形变量，获取特定的初始内应力，为圆柱电池后期的化成循环预留形变释放空间，避免内应力过大导致局部极片发生扭曲甚至断裂。技术研发人员：请求不公布姓名受保护的技术使用者：江苏睿恩新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29