电池及用电设备的制作方法

本技术涉及电池，具体而言，涉及一种电池及用电设备。

背景技术：

1、电池在提升能量密度的过程中，含硅负极极片设计成为重要方向。但是，包括含硅材料的负极极片在充放电的过程中会发生较大的体积膨胀，使得极片的端部容易在相邻极片上留下压痕，形成薄弱区，薄弱区在充放电循环过程中容易产生断裂，影响电池的安全性能。

技术实现思路

1、本技术提供一种电池及用电设备，能够有利于提高电池的安全性能。

2、第一方面，本技术提供一种电池，电池包括电极组件，电极组件为卷绕结构，电极组件包括正极极片、隔离膜和负极极片，隔离膜设置于正极极片和负极极片之间。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层设置于负极集流体的表面，负极活性物质层包括含硅材料。负极活性物质层包括第一段、第二段和第三段，第一段的平均压实密度小于第三段的平均压实密度，第二段的平均压实密度小于第三段的平均压实密度，沿负极极片的卷绕方向，第三段位于第一段和第二段之间，第一段远离第三段的一端位于负极极片的卷绕起始端，第二段远离第三段的一端位于负极极片的卷绕收尾端。

3、在上述技术方案中，通过使得负极活性物质层包括含硅材料，使得负极活性物质层的单位体积内能够容纳更多金属离子，有利于提高电池的能量密度。由于活性物质层的平均压实密度越低，在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量越小，通过使得第一段的平均压实密度小于第三段的平均压实密度，第一段远离第三段的一端位于负极极片的卷绕起始端，能够使得负极极片的卷绕起始端在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量更小，负极极片的卷绕起始端在相邻极片上留下的压痕深度更小甚至不会留下压痕，能够减小相邻极片上形成薄弱区的可能性，进而减小相邻极片在充放电循环过程中产生断裂的风险，提高电池的安全性能。通过使得第二段的平均压实密度小于第三段的平均压实密度，第二段远离第三段的一端位于负极极片的卷绕收尾端，能够使得负极极片的卷绕收尾端在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量更小，负极极片的卷绕收尾端在相邻极片上留下的压痕深度更小甚至不会留下压痕，能够减小相邻极片上形成薄弱区的可能性，进而减小相邻极片在充放电循环过程中产生断裂的风险，提高电池的安全性能。

4、在本技术的一些实施例中，沿负极极片的卷绕方向，第一段自负极极片的卷绕起始端向负极极片的卷绕收尾端延伸超过一圈。

5、在上述技术方案中，通过使得沿负极极片的卷绕方向，第一段自负极极片的卷绕起始端向负极极片的卷绕收尾端延伸超过一圈，使得与负极极片的卷绕起始端相隔一层正极极片、且对应卷绕起始端的负极极片的第一部分位于第一段内，即负极极片的卷绕起始端和第一部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量都更小，能够进一步减小负极极片的卷绕起始端在第一部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

6、在本技术的一些实施例中，沿负极极片的卷绕方向的反方向，第二段自负极极片的卷绕收尾端向负极极片的卷绕起始端延伸超过一圈。

7、在上述技术方案中，通过使得沿负极极片的卷绕方向的反方向，第二段自负极极片的卷绕收尾端向负极极片的卷绕起始端延伸超过一圈，使得与负极极片的卷绕收尾端相隔一层正极极片、且对应卷绕收尾端的负极极片的第二部分位于第二段内，即负极极片的卷绕收尾端和第二部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量都更小，能够进一步减小负极极片的卷绕收尾端在第二部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

8、在本技术的一些实施例中，正极极片的卷绕起始端位于第一段与第三段连接的一端的朝向电极组件的卷绕中心的一侧；沿负极极片的卷绕方向，第一段与第三段连接的一端超出正极极片的卷绕起始端。

9、在上述技术方案中，通过使得正极极片的卷绕起始端位于第一段与第三段连接的一端的朝向电极组件的卷绕中心的一侧；沿负极极片的卷绕方向，第一段与第三段连接的一端超出正极极片的卷绕起始端，能够使得与正极极片的卷绕起始端相邻的负极极片的第三部分位于第一段内，即第三部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量更小，能够进一步减小正极极片的卷绕起始端在第三部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

10、在本技术的一些实施例中，正极极片的卷绕收尾端位于第二段与第三段连接的一端的背向电极组件的卷绕中心的一侧；沿负极极片的卷绕方向的反方向，第二段与第三段连接的一端超出正极极片的卷绕收尾端。

11、在上述技术方案中，通过使得正极极片的卷绕收尾端位于第二段与第三段连接的一端的背向电极组件的卷绕中心的一侧；沿负极极片的卷绕方向的反方向，第二段与第三段连接的一端超出正极极片的卷绕收尾端，能够使得与正极极片的卷绕收尾端的相邻的负极极片的第四部分位于第二段内，即第四部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量更小，能够进一步减小正极极片的卷绕收尾端在第四部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

12、在本技术的一些实施例中，沿电极组件的宽度方向，电极组件的宽度为d0，单位为mm，沿负极极片展开后的长度方向，第一段的长度为l1，单位为mm，满足2≤l1/d0≤5。

13、在上述技术方案中，通过使得2≤l1/d0≤5，使得与负极极片的卷绕起始端相隔一层正极极片、且对应卷绕起始端的负极极片的第一部分位于第一段内，即负极极片的卷绕起始端和第一部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量都更小，能够进一步减小负极极片的卷绕起始端在第一部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

14、在本技术的一些实施例中，沿负极极片展开后的长度方向，第二段的长度为l2，单位为mm，满足3≤l2/d0≤6。

15、在上述技术方案中，通过使得3≤l2/d0≤6，使得与负极极片的卷绕收尾端相隔一层正极极片、且对应卷绕收尾端的负极极片的第二部分位于第二段内，即负极极片的卷绕收尾端和第二部分在电池充放电循环的过程中产生的膨胀量都更小，能够进一步减小负极极片的卷绕收尾端在第二部分上留下的压痕深度甚至不会留下压痕。

16、在本技术的一些实施例中，负极活性物质层还包括第一过渡段，第一过渡段连接第一段和第三段，第一过渡段的平均压实密度由靠近第一段的一端向靠近第三段的一端逐渐增大。

17、在上述技术方案中，通过使得第一过渡段的平均压实密度由靠近第一段的一端向靠近第三段的一端逐渐增大，能够实现负极活性物质层厚度连续平缓过渡，减小在第一过渡段因负极活性物质层的厚度突变而形成新的应力和局部电流集中点，减小电池内短路的风险，并且能够便于第一段、第一过渡段、第三段的制备。

18、在本技术的一些实施例中，第一段的平均压实密度为ρ1，第一过渡段任一点的平均压实密度为ρn1，且该点沿负极极片展开后的长度方向与第一过渡段靠近第一段的一端的距离为dn1，满足ρ1+α1*dn1≤ρn1≤ρ1+β1*dn1，其中，ρ1、ρn1的单位均为gcm-3，dn1的单位为mm，α1、β1的单位均为gcm-3mm-1，且α1=0.005，β1=0.03。

19、在上述技术方案中，通过使得ρ1+0.005*dn1≤ρn1≤ρ1+0.03*dn1，既能够使得第一过渡段的平均压实密度变化不会过于平缓，能够减小第一过渡段的长度，使得负极极片的结构更加稳定，又能够使得第一过渡段的平均压密密度变化不会过于急剧，减小在第一过渡段因负极活性物质层的厚度突变而形成新的应力和局部电流集中点，减小电池内短路的风险。

20、在本技术的一些实施例中，负极活性物质层还包括第二过渡段，第二过渡段连接第二段和第三段，第二过渡段的平均压实密度由靠近第二段的一端向靠近第三段的一端逐渐增大。

21、在上述技术方案中，通过使得第二过渡段的平均压实密度由靠近第二段的一端向靠近第三段的一端逐渐增大，能够实现负极活性物质层厚度连续平缓过渡，减小在第二过渡段因负极活性物质层的厚度突变而形成新的应力和局部电流集中点，减小电池内短路的风险，并且能够便于第二段、第二过渡段、第三段的制备。

22、在本技术的一些实施例中，第二段的平均压实密度为ρ2，第二过渡段任一点的平均压实密度为ρn2，且该点沿负极极片展开后的长度方向与第二过渡段靠近第二段的一端的距离为dn2，满足ρ2+α2 *dn2≤ρn2≤ρ2+β2*dn2，其中，ρ2、ρn2的单位均为gcm-3，dn2的单位为mm ，α2、β2的单位均为gcm-3mm-1，且α2=0.005，β2=0.03。

23、在上述技术方案中，通过使得ρ2+0.005 *dn2≤ρn2≤ρ2+0.03*dn2，既能够使得第二过渡段的平均压实密度变化不会过于平缓，能够减小第二过渡段的长度，使得负极极片的结构更加稳定，又能够使得第二过渡段的平均压密密度变化不会过于急剧，减小在第二过渡段因负极活性物质层的厚度突变而形成新的应力和局部电流集中点，减小电池内短路的风险。

24、在本技术的一些实施例中，第一段的平均压实密度为ρ1，单位为gcm-3，第三段的平均压实密度为ρ3，单位为gcm-3，满足85%≤ρ1/ρ3≤90%。

25、在上述技术方案中，由于负极材料的涂布量不变的情况下，负极活性物质层的压实密度越低，其厚度越高。当85%≤ρ1/ρ3≤90%，既能够使得第一段的平均压实密度不会过小，第一段的厚度不会过大，有利于减小第一段占用的空间，提高电池的能量密度，又能够使得第一段的平均压实密度不会过大，第一段的膨胀量较小，减小负极极片的卷绕起始端在相邻极片上留下压痕的风险。

26、在本技术的一些实施例中，第二段的平均压实密度为ρ2，单位为gcm-3，满足80%≤ρ2/ρ3≤85%。

27、在上述技术方案中，当80%≤ρ2/ρ3≤85%，既能够使得第二段的平均压实密度不会过小，第二段的厚度不会过大，有利于减小第二段占用的空间，提高电池的能量密度，又能够使得第二段的平均压实密度不会过大，第二段的膨胀量较小，减小负极极片的卷绕收尾端在相邻极片上留下压痕的风险。

28、在本技术的一些实施例中，第一段中含硅材料的重量含量为k1，第三段中含硅材料的重量含量为k3，满足90%≤k1/k3≤95%。

29、在上述技术方案中，当90%≤k1/k3≤95%，既能够使得第一段中含硅材料的重量含量不会过小，使得第一段的单位体积内能够容纳更多金属离子，有利于提高电池的能量密度，又能够使得第一段中含硅材料的重量含量不会过大，减小第一段的膨胀量，减小负极极片的卷绕起始端在相邻极片上留下压痕的风险。

30、在本技术的一些实施例中，第二段中含硅材料的重量含量为k2，满足85%≤k2/k3≤90%。

31、在上述技术方案中，当85%≤k2/k3≤90%，既能够使得第二段中含硅材料的重量含量不会过小，使得第二段的单位体积内能够容纳更多金属离子，有利于提高电池的能量密度，又能够使得第二段中含硅材料的重量含量不会过大，减小第二段的膨胀量，减小负极极片的卷绕收尾端在相邻极片上留下压痕的风险。

32、在本技术的一些实施例中，第三段中含硅材料的重量含量k3为5%-98%，石墨的重量含量为0%-95%，助剂或添加剂的重量含量为2%-5%。

33、在上述技术方案中，通过使得k3为5%-98%，既能够使得第三段的单位体积内能够容纳更多金属离子，有利于提高电池的能量密度，又能够使得第三段中含硅材料的重量含量不会过大，减小第三段的膨胀量，有利于提高电池的循环寿命。通过使得石墨的重量含量为0%-95%，能够便于金属离子的嵌入，进而便于电池的充放电循环。通过使得助剂或添加剂的重量含量为2%-5%，能够便于将活性材料（包括含硅材料和石墨）固定于负极集流体上，提高负极极片的稳定性。

34、在本技术的一些实施例中，第三段的平均压实密度为ρ3，单位为gcm-3，当5%≤k3≤35%时，1.4≤ρ3≤1.65；当35%＜k3≤70%时，1.2≤ρ3＜1.4；当70%＜k3≤98%时，1≤ρ3＜1.2。

35、在上述技术方案中，由于负极活性物质层的压实密度越高，其膨胀量越大；负极活性物质层中含硅材料的重量含量越大，其膨胀量也越大。当5%≤k3≤35%时，第三段中含硅材料的重量含量较小，第三段在循环过程中产生的膨胀量较小，能够允许第三段的平均压实密度处于1.4≤ρ3≤1.65这个较高的范围内，使得第三段占用的体积更小，有利于提高电池的能量密度。当35%＜k3≤70%时，第三段中含硅材料的重量含量适中，第三段的平均压实密度处于1.2≤ρ3＜1.4范围内，既能够使得第三段在循环过程中产生的膨胀量较小，又能够使得第三段占用的体积较小。当70%＜k3≤98%时，第三段中含硅材料的重量含量较大，第三段在循环过程中产生的膨胀量较大，通过使得第三段的平均压实密度处于1≤ρ3＜1.2这个较低的范围内，能够缓解第三段的膨胀量，有利于提高电池的循环寿命。

36、在本技术的一些实施例中，电极组件包括平直区，负极极片包括位于平直区的第一极片段，正极极片包括位于平直区的第二极片段，沿电极组件的厚度方向，第一极片段与第二极片段之间间隔一层隔离膜，且第二极片段位于第一极片段朝向电极组件的卷绕中心的一侧，第二极片段的一端为正极极片的卷绕起始端。负极活性物质层设置有第一凹槽，第一凹槽的至少部分位于第一极片段，沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和/或负极极片的卷绕起始端的端面的投影落入第一凹槽内。

37、在上述技术方案中，通过使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和/或负极极片的卷绕起始端的端面的投影落入第一凹槽内，能够使得正极极片的卷绕起始端和/或负极极片的卷绕起始端在第一极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，进一步减小第一极片段在充放电循环过程中产生断裂的风险。

38、在本技术的一些实施例中，沿负极极片展开后的长度方向，第一凹槽的长度为s1，单位为mm，沿电极组件的宽度方向，负极极片的卷绕起始端与正极极片的卷绕起始端的距离为s2，单位为mm，满足s2+1mm≤s1≤2s2+10mm。

39、在上述技术方案中，通过使得s2+1mm≤s1≤2s2+10mm，既能够使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和负极极片的卷绕起始端的端面的投影都能够落入第一凹槽内，又能够使得第一凹槽的长度较小，减小负极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

40、在本技术的一些实施例中，第一凹槽的至少部分设置于第一段，第一凹槽的深度为h1，单位为μm，第一段的平均压实密度为ρ1，单位为gcm-3，第一段的涂布重量为w1，单位为mg/1540.25mm2，满足0.2*w1/ρ1≤h1≤0.5*w1/ρ1。

41、在上述技术方案中，当0.2*w1/ρ1≤h1≤0.5*w1/ρ1，既能够使得正极极片的卷绕起始端和/或负极极片的卷绕起始端在第一极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，又能够减小负极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

42、在本技术的一些实施例中，正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层设置于正极集流体的表面，正极极片包括位于平直区的第三极片段，沿电极组件的厚度方向，第一极片段位于第二极片段和第三极片段之间，正极活性物质层设置有第二凹槽，第二凹槽的至少部分位于第三极片段，沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和/或负极极片的卷绕起始端的端面的投影落入第二凹槽内。

43、在上述技术方案中，通过使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和/或负极极片的卷绕起始端的端面的投影落入第二凹槽内，能够使得正极极片的卷绕起始端和/或负极极片的卷绕起始端在第一极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，减小第一极片段在充放电循环过程中产生断裂的风险。

44、在本技术的一些实施例中，沿电极组件的宽度方向，负极极片的卷绕起始端与正极极片的卷绕起始端的距离为s2，单位为mm，沿正极极片展开后的长度方向，第二凹槽的长度为s3，单位为mm，满足s2+1mm≤s3≤2s2+10mm。

45、在上述技术方案中，通过使得s2+1mm≤s3≤2s2+10mm，既能够使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕起始端的端面的投影和负极极片的卷绕起始端的端面的投影都能够落入第二凹槽内，又能够使得第二凹槽的长度较小，减小正极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

46、在本技术的一些实施例中，第二凹槽的深度为h2，单位为μm，正极活性物质层的平均压实密度为ρ4，单位为gcm-3，正极活性物质层的涂布重量为w2，单位为mg/1540.25mm2，满足0.2*w2/ρ4≤h2≤0.5*w2/ρ4。

47、在上述技术方案中，当0.2*w2/ρ4≤h2≤0.5*w2/ρ4，既能够使得正极极片的卷绕起始端和/或负极极片的卷绕起始端在第一极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，又能够减小正极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

48、在本技术的一些实施例中，电极组件包括平直区，负极极片包括位于平直区的第四极片段，正极极片包括位于平直区的第五极片段，沿电极组件的厚度方向，第四极片段与第五极片段之间间隔一层隔离膜，且第五极片段位于第四极片段背向电极组件的卷绕中心的一侧，第五极片段的一端为正极极片的卷绕收尾端。负极活性物质层设置有第三凹槽，第三凹槽的至少部分位于第四极片段，沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和负极极片的卷绕收尾端的端面的投影均落入第三凹槽内。

49、在上述技术方案中，通过使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和负极极片的卷绕收尾端的端面的投影均落入第三凹槽内，能够使得正极极片的卷绕收尾端和/或负极极片的卷绕收尾端在第四极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，减小第四极片段在充放电循环过程中产生断裂的风险。

50、在本技术的一些实施例中，沿负极极片展开后的长度方向，第三凹槽的长度为s4，单位为mm，沿电极组件的宽度方向，负极极片的卷绕收尾端与正极极片的卷绕收尾端的距离为s5，单位为mm，满足s5+1mm≤s4≤2s5+10mm。

51、在上述技术方案中，通过使得s5+1mm≤s4≤2s5+10mm，既能够使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和负极极片的卷绕收尾端的端面的投影都能够落入第三凹槽内，又能够使得第三凹槽的长度较小，减小负极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

52、在本技术的一些实施例中，第三凹槽的至少部分设置于第二段，第三凹槽的深度为h3，单位为μm，第二段的平均压实密度为ρ2，单位为gcm-3，第二段的涂布重量为w3，单位为mg/1540.25mm2，满足0.5*w3/ρ2≤h3≤0.8*w3/ρ2。

53、在上述技术方案中，当0.5*w3/ρ2≤h3≤0.8*w3/ρ2，既能够使得正极极片的卷绕收尾端和/或负极极片的卷绕收尾端在第四极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，又能够减小负极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

54、在本技术的一些实施例中，正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层设置于正极集流体的表面，正极极片包括位于平直区的第六极片段，沿电极组件的厚度方向，第四极片段位于第五极片段和第六极片段之间，正极活性物质层设置有第四凹槽，第四凹槽的至少部分位于第六极片段，沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和/或负极极片的卷绕收尾端的端面的投影落入第四凹槽内。

55、在上述技术方案中，通过使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和/或负极极片的卷绕收尾端的端面的投影落入第四凹槽内，能够使得正极极片的卷绕收尾端和/或负极极片的卷绕收尾端在第四极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，减小第四极片段在充放电循环过程中产生断裂的风险。

56、在本技术的一些实施例中，沿电极组件的宽度方向，负极极片的卷绕收尾端与正极极片的卷绕收尾端的距离为s5，单位为mm，沿正极极片展开后的长度方向，第四凹槽的长度为s6，单位为mm，满足s5+1mm≤s6≤2s5+10mm。

57、在上述技术方案中，通过使得s5+1mm≤s6≤2s5+10mm，既能够使得沿电极组件的厚度方向，正极极片的卷绕收尾端的端面的投影和负极极片的卷绕收尾端的端面的投影都能够落入第四凹槽内，又能够使得第四凹槽的长度较小，减小正极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

58、在本技术的一些实施例中，第四凹槽的深度为h4，单位为μm，正极活性物质层的平均压实密度为ρ4，单位为gcm-3，正极活性物质层的涂布重量为w2，单位为mg/1540.25mm2，满足0.5*w2/ρ4≤h4≤0.8*w2/ρ4。

59、在上述技术方案中，当0.5*w2/ρ4≤h4≤0.8*w2/ρ4，既能够使得正极极片的卷绕收尾端和/或负极极片的卷绕收尾端在第四极片段上留下的压痕深度较小甚至不会留下压痕，又能够减小正极活性物质层的体积损失，有利于提高电池的能量密度。

60、第二方面，本技术提供一种用电设备，包括如上述的电池。