圆柱电池和用电装置的制作方法

本申请涉及电池，具体涉及一种圆柱电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，圆柱锂离子电池可以在有限的壳体内部容积下，同时实现高容量、高倍率放电能力和可靠的热安全性等。为了进一步开发圆柱电池，在圆柱电池的壳体高度缩短的前体下，可以通过调整极片来维持容量，例如增加极片长度或优化活性物质担载量。然而，单独依赖绝对尺寸参数难以准确反映电池在短高结构下的实际综合性能，尤其是在40a级别的大电流放电条件下，极片长度与壳体高度的匹配关系对电芯内部的热聚集和浓差极化具有显著影响。如此，易导致无法有效避免因长度配置不当而引起的温升加剧、极化增大或壳体空间被过度压缩的问题。

2、因此，如何使圆柱电池能够在兼顾高容量需求的同时，确保倍率性能和热安全性处于合理窗口，是一项重要研究课题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种圆柱电池和用电装置，可以解决因单纯评价极片长度或壳体尺寸而无法准确反映电芯倍率响应特性的问题，使得电池在保持合理温升和极化水平的前提下，能够匹配大电流放电需求，实现了对短高圆柱电池倍率性能、热安全性和结构设计的协同控制。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、根据本发明的一个方面，本发明提供一种圆柱电池，包括：壳体，与设于所述壳体中的电芯，所述电芯包括依次层叠设置的正极片、隔膜和负极片；

4、所述正极片包括正极集流体和设于所述正极集流体厚度方向一侧表面上的正极活性涂层；

5、所述壳体在高度方向上的总尺寸为h1，单位：mm；所述正极片的长度尺寸为lp，单位：mm；

6、所述圆柱电池在25℃，40a恒流放电条件下满足：kt≤1.8，且kv≤1.00；

7、kt=(t40-t0)/ρp，kv=100×δv40/ρp；

8、其中，ρp为所述正极片的长度密度，ρp=lp/h1且ρp≠0，h1＞0；t0为所述圆柱电池在40a恒流放电开始时，所述壳体外表面的温度，单位：℃；t40为40a恒流放电过程中，所述壳体外表面的最高温度，单位：℃；δv40为所述圆柱电池在1a恒流放电曲线30%~70%放电容量区间的平均平台电压，与在40a恒流放电曲线在30%~70%放电容量区间的平均平台电压的差值，单位：v。

9、在其中的一些实施方式中，1.50≤kt≤1.70。

10、在其中的一些实施方式中，0.78≤kv≤0.93。

11、在其中的一些实施方式中，所述负极片包括负极集流体和设于所述负极集流体厚度方向一侧表面上的负极活性涂层；

12、所述负极片的长度尺寸为ln，单位：mm；所述负极片的长度密度为ρn，1.01≤ρn/ρp≤1.08；其中，ρn=ln/h1。

13、在其中的一些实施方式中，所述隔膜的长度尺寸为ls，单位：mm；所述隔膜的长度密度为ρs，1.04≤ρs/ρp≤1.12，1.02≤ρs/ρn≤1.08。

14、在其中的一些实施方式中，23.8≤ρp≤26.1。

15、在其中的一些实施方式中，所述lp的取值范围为1500mm~1700mm。

16、在其中的一些实施方式中，所述h1的取值范围为63.5mm~66.5mm。

17、在其中的一些实施方式中，所述壳体的直径为d，单位：mm；所述h1和d满足：3.06≤h1/d≤3.14。

18、在其中的一些实施方式中，24.6≤ρn≤26.8。

19、在其中的一些实施方式中，26.0≤ρs≤28.2。

20、在其中的一些实施方式中，所述ln的取值范围为1560mm~1750mm。

21、在其中的一些实施方式中，所述ls的取值范围为1680mm~1830mm。

22、在其中的一些实施方式中，所述d的取值范围为20.6mm~21.5mm。

23、在其中的一些实施方式中，在25℃、40a放电条件下，以1a恒流放电容量为基准，所述圆柱电池至少满足特征（1）~（2）中的一项：

24、（1）所述圆柱电池的容量保持率大于或等于97.0%；

25、（2）所述圆柱电池的能量保持率大于或等于91.0%，且所述t40≤66.5℃。

26、在其中的一些实施方式中，在25℃，0.2c放电条件下，所述圆柱电池的放电容量为4.8ah~5.2ah，所述圆柱电池的放电能量为17.8wh~18.3wh。

27、在其中的一些实施方式中，在25℃，100%soc条件下，所述圆柱电池直流内阻dcr为7.5mω~9.5mω。

28、在其中的一些实施方式中，在25℃，8a充电/40a放电循环条件下，所述圆柱电池循环后的容量保持率大于或等于89.0%。

29、在其中的一些实施方式中，所述正极活性涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状高镍锂过渡金属氧化物，所述层状高镍锂过渡金属氧化物中镍元素的摩尔含量为88mol%~93mol%。

30、在其中的一些实施方式中，所述壳体的肩高为h2，63.2mm≤h2≤66.2mm。

31、在其中的一些实施方式中，所述电芯在高度方向上的尺寸为h5，60.8mm≤h5≤63.8mm。

32、在其中的一些实施方式中，2.3mm≤h1-h5≤3.4mm。

33、根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种用电装置，包括：上述任意实施方式中所述的圆柱电池。

34、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

35、1、本发明中的圆柱电池，其限定壳体在高度方向上的总尺寸h1，并定义正极长度密度ρp=lp/h1，将单位壳体高度内的正极有效反应长度进行归一化表征，将绝对尺寸转化为与高度耦合的相对密度，为评价短高型电芯提供了基础；同时，为圆柱电池在25℃，40a恒流放电条件下设立归一化响应判据，即设定温升归一化系数kt=(t40-t0)/ρp≤1.80以及极化归一化系数kv=100×δv40/ρp≤1.00，将40a大电流放电下的温升行为和极化行为与正极长度密度ρp绑定，形成了“热-电-结构”的协同约束窗口。从而，解决了因单纯评价极片长度或壳体尺寸而无法准确反映短高电芯倍率响应特性的问题，使得电池在保持合理温升和极化水平的前提下，能够匹配大电流放电需求，实现了对短高圆柱电池倍率性能、热安全性和结构设计的协同控制。

36、2、本发明优选的实施方式中，通过限定圆柱电池的壳体的高度和直径范围，有利于兼顾壳体容积利用率、端部装配余量和侧壁散热面积，减少高度缩短后因卷芯过度压缩导致的浸润和散热劣化。

37、本发明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，或通过本发明的实践了解到。

1.一种圆柱电池，其特征在于，包括：壳体，与设于所述壳体中的电芯，所述电芯包括依次层叠设置的正极片、隔膜和负极片；

2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，1.50≤kt≤1.70；

3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和设于所述负极集流体厚度方向一侧表面上的负极活性涂层；

4.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，还满足特征（1）~（4）中的至少一项：（1）23.8≤ρp≤26.1；

5.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，24.6≤ρn≤26.8；和/或，26.0≤ρs≤28.2。

6.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，满足特征（1）~（3）中的至少一项：

7.根据权利要求1~6任意一项所述的圆柱电池，其特征在于，在25℃、40a放电条件下，以1a恒流放电容量为基准，所述圆柱电池至少满足特征（1）~（2）中的至少一项：

8.根据权利要求1~6任意一项所述的圆柱电池，其特征在于，在25℃，0.2c放电条件下，所述圆柱电池的放电容量为4.8ah~5.2ah，所述圆柱电池的放电能量为17.8wh~18.3wh；

9.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极活性涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状高镍锂过渡金属氧化物，所述层状高镍锂过渡金属氧化物中镍元素的摩尔含量为88mol%~93mol%；

10.一种用电装置，其特征在于，包括：权利要求1~9任意一项所述的圆柱电池。