电池单体及其制备方法、电池装置、用电装置与流程

本技术涉及电池，更为具体地，涉及一种电池单体及其制备方法、电池装置、用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着电池的应用范围越来越广泛，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。

2、电池技术的发展需要考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、存储性能、充放电倍率、可靠性等。在电池单体取得极大发展的同时，对其各方面性能也提出了更高的要求。

3、因此，如何提升电池单体的性能，是一项亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种电池单体及其制备方法、电池装置、用电装置，以提升电池单体循环性能和存储性能的同时，能够兼顾容量性能。

2、第一方面，提供了一种电池单体，包括：负极极片，所述负极极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一侧表面的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨；所述石墨的层间距d满足：0.33589nm≤d≤0.3364nm；所述石墨的克容量c满足：330mah/g≤c≤360mah/g。

3、在本技术实施例中，针对同一种克容量不变的条件下，选择上述克容量较高的石墨，并通过设置石墨的层间距，可以增加其层间距，有助于在充放电过程中，减轻由锂离子脱嵌引起的体积膨胀，进而提高电池单体的循环稳定性和容量性能。另一方面，该层间距还可以降低锂离子在石墨层间的扩散能垒，并通过减轻嵌锂时的应变，减少锂离子的滞留，从而提升电池单体的存储性能。同时，该石墨具有较大层间距的同时，由于石墨的晶格条纹呈现弯曲状，不会使得石墨的晶格生长条纹断裂，也不会使得石墨片层剥离。所以，石墨层间的储锂位点不会减少，这能够使得石墨的克容量保持不变，有利于电池单体的容量性能。因此，负极极片中采用上述克容量固定的石墨，能够增大石墨的层间距，有利于提升电池单体循环性能和存储性能的同时，能够兼顾其容量性能。

4、在一些实施方式中，所述石墨的石墨化度g满足：87.9％≤g≤94.2％。

5、在本技术实施例中，石墨具有较大的层间距，使其石墨化度满足上述范围。

6、在一些实施方式中，所述石墨的振实密度t满足：0.9g/cm3≤t≤1.3g/cm3；可选地，所述石墨的振实密度t满足：1.0g/cm3≤t≤1.25g/cm3。

7、在本技术实施例中，石墨的振实密度满足上述范围，有助于提高电池单体的能量密度，并兼顾电池单体的容量性能。通过进一步设置石墨的振实密度，可以进一步提升电池单体的性能。

8、在一些实施方式中，所述石墨的dv50满足：10.0μm≤dv50≤18.0μm；可选地，所述石墨的dv50满足：10.5μm≤dv50≤16.6μm。

9、在本技术实施例中，石墨的dv50满足上述范围，不仅能够减少由于dv50太小使得比表面积过大，影响电池单体的循环存储性能，还能够减少由于dv50太大，使得锂离子在石墨颗粒内部迁移的路径较长，从而影响其倍率性能。

10、在一些实施方式中，所述负极膜层的单侧面密度ρ满足：100mg/1540.25mm2≤ρ≤170mg/1540.25mm2。

11、在本技术实施例中，将负极膜层的涂布重量设置在上述范围内，有利于兼顾电池单体的能量密度和使用寿命。

12、在一些实施方式中，所述石墨包括人造石墨。

13、在本技术实施例中，可以根据电池单体的需求，选择合适的石墨种类。

14、第二方面，提供了一种电池单体的制备方法，包括：将氧化剂溶液添加到石墨原料中进行预氧化处理，得到预氧化石墨溶液；其中，所述氧化剂溶液包括氧化剂；将还原剂溶液添加到所述预氧化石墨溶液中，并在氧化还原反应中产生气体，得到石墨溶液；其中，所述还原剂溶液包括还原剂；对所述石墨溶液进行搅拌、过滤、洗涤和干燥处理，以得到石墨；利用所述石墨，制备负极极片，以得到所述电池单体。

15、在本技术实施例中，采用上述制备方法，通过预氧化处理，能够将石墨原料的边缘层进行微扩。一方面，这能够去除石墨原料表面的部分缺陷位点，从而提升电池单体的存储性能。另一方面，还有利于后续还原剂更容易插层进入到石墨的层间。随后，再通过氧化还原反应过程中产生的气体，增大石墨的层间距。这能够减少石墨在循环过程中的体积膨胀，从而减少由于石墨颗粒在循环过程中，膨胀收缩导致sei膜的破裂再修复，使其产生过多活性锂的损失，影响其循环性能。此外，上述石墨具有较大层间距的同时，气体的产生使得石墨的晶格条纹呈现弯曲状，不会使得石墨晶格生长条纹断裂，也不会使得石墨片层剥离。这使得石墨层间的储锂位点没有减少，其克容量不变，从而有利于电池单体的容量性能。因此，上述制备方法可以提升电池单体循环性能和存储性能的同时，可以兼顾容量性能。

16、在一些实施方式中，所述氧化剂包括硝酸、硫酸、过硫酸铵、高锰酸钾、重铬酸钾、双氧水和臭氧中的至少一种。

17、在本技术实施例中，这些氧化剂均具有较强的氧化性，能够选择性地氧化刻蚀石墨的边缘活性位点，从而在石墨的边缘或者层间引入含氧官能团。

18、在一些实施方式中，所述还原剂包括有机酸，所述有机酸包括羧酸基团和磺酸基团中的至少一种。

19、在本技术实施例中，采用这些弱酸性的有机酸，能够与上述含氧官能团发生氧化还原反应，使得上述边缘活性位点转变为更稳定的sp2共轭结构，从而有效减少石墨表面的活性位点。这样，可以降低sei成膜过程中，锂的不可逆消耗，有利于提升电池单体的循环性能。

20、在一些实施方式中，所述还原剂包括甲酸、乙酸、丙酸、草酸、柠檬酸、苯甲酸、对甲苯磺酸和苯磺酸中的至少一种。

21、在本技术实施例中，采用这些具有较强还原性的还原剂，有利于进一步扩大层间距，还有利于增强其稳定性。

22、在一些实施方式中，基于所述石墨溶液的总质量计，所述还原剂的质量含量a满足：16％≤a≤50.4％；可选地，所述还原剂的质量含量a满足：16％≤a≤20％。

23、在本技术实施例中，将还原剂的质量含量设置在上述范围内，有利于对石墨的扩层效果和层间结构，从而提升电池单体的性能。

24、在一些实施方式中，基于所述石墨溶液的总质量计，所述氧化剂的质量含量b满足：20％≤b≤75％；可选地，所述氧化剂的质量含量b满足：55％≤b≤68％。

25、在本技术实施例中，氧化剂的质量含量满足上述范围，可以提升对石墨的扩层效果，还可以提高循环性能。

26、在一些实施方式中，所述预氧化处理的温度e满足：20℃≤e≤60℃。

27、在本技术实施例中，预氧化处理的温度满足上述范围，可以实现表面活性位点消除并扩大层间距，还可以减少因为过度氧化使得石墨颗粒破碎，从而暴露更多的活性位点。

28、在一些实施方式中，所述氧化剂溶液的浓度w满足：50％≤w≤90％。

29、在本技术实施例中，通过控制氧化剂溶液的浓度，可以进一步提高对石墨的扩层效果。

30、在一些实施方式中，所述氧化剂的分子量大于所述还原剂的分子量。

31、在本技术实施例中，选择较大分子量的氧化剂，能够有效撑开石墨的层间，有利于较小的还原剂更容易渗透进入已经被扩大的石墨层间，从而有利于扩大石墨的层间距。

32、在一些实施方式中，所述石墨原料包括人造石墨、天然石墨改性材料、中间相碳微球、石油焦和针状焦中的至少一种。

33、在本技术实施例中，根据负极极片的实际使用需求，可以选择合适的石墨原料。

34、在一些实施方式中，所述预氧化处理的时间f满足：10min≤f≤24h，所述搅拌的速度v满足：100rpm≤v≤800rpm。

35、在本技术实施例中，采用上述预氧化处理的时间和搅拌的速度，可以进一步提升扩层效果，从而提高电池单体的性能。

36、第三方面，提供了一种电池装置，包括第一方面及其中任一种可能的实现方式中的电池单体，和/或，第二方面及其中任一种可能的实现方式中的制备方法得到的电池单体。

37、第四方面，提供了一种用电装置，包括第三方面中的电池装置。