圆柱电池和用电装置的制作方法

本发明涉及电池，具体涉及一种圆柱电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着电动汽车和储能系统对锂离子电池能量密度的要求不断提高，将高镍三元正极材料与高硅负极材料匹配使用已成为提升电芯整体能量密度的重要技术路径。圆柱电池为兼顾空间利用率与能量密度，需要正、负极材料特性和极片工艺参数之间实现精准匹配，才能同时满足对高能量密度、长循环寿命和高安全性的综合性能要求。因此，通常以经验性选取n/p比范围（如1.10~1.15）的方式进行电池设计，但高硅负极在充放电过程中的巨大体积膨胀会引发不可逆容量损失，高镍正极也存在结构稳定性较差、与电解液副反应严重等问题，两者耦合使用时体系性能对参数匹配十分敏感。仅依赖经验n/p比设计，难以体现正极镍含量变化带来的容量补偿能力差异以及硅含量变化引入的不可逆容量损耗规模。

2、鉴于此，如何得到一种圆柱电池，可以实现参数的精确匹配和可逆设计，有效平衡了硅膨胀预留容量与能量密度，提升了电池设计的精确性和循环性能，变得越来越重要。

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，可以实现了容量匹配的精确设计，有效平衡了硅膨胀预留容量与能量密度，提升了电池设计的精确性和循环性能。

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：壳体和设于所述壳体中的电芯，所述电芯包括正极片、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至少一侧表面上的正极涂层，所述正极涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料中镍元素的摩尔含量为x，无量纲；

5、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至少一侧表面上的负极涂层，所述负极涂层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅碳复合材料，所述硅碳复合材料中硅的质量分数为y，无量纲；

6、所述圆柱电池满足：1.08≤n/p≤1.30；

7、其中，n/p=(ρn×tn×cn)/(ρp×tp×cp)，且ρp、tp和cp中任一者不为0；ρn为所述负极片的压实密度，单位：g/cm3；ρp为所述正极片的压实密度，单位：g/cm3；tn为单侧所述负极涂层的厚度，单位：μm；tp为单侧所述正极涂层的厚度，单位：μm；cn为所述负极活性材料的可逆比容量，cn=360+3500y，单位：mah/g；cp为所述正极活性材料的可逆比容量，cp=180+25(x-0.80)，单位：mah/g。

8、在其中的一些实施方式中，所述ρp、ρn和n/p还满足：ρp×ρn×(n/p-1)≥0.60。

9、在其中的一些实施方式中，所述x和y还满足：2.0≤(x-0.80)/y≤4.0。

10、在其中的一些实施方式中，所述ρp和ρn还满足：1.80≤ρp/ρn≤2.40，ρn≠0。

11、在其中的一些实施方式中，所述壳体的总高度为h，64.8mm≤h≤65.4mm。

12、在其中的一些实施方式中，在所述壳体的高度方向上，所述壳体内腔的尺寸为hin，64.5mm≤hin≤65.1mm。

13、在其中的一些实施方式中，所述壳体的外直径为d，19.8mm≤d≤21.2mm。

14、在其中的一些实施方式中，在所述壳体的高度方向上，所述电芯的尺寸为h，58.0mm≤h≤62.3mm。

15、在其中的一些实施方式中，所述tn和tp还满足：0.80≤tn/tp≤1.10。

16、在其中的一些实施方式中，所述正极活性材料的化学式为linixco(1-x)/2mn(1-x)/2o2，80%≤x≤95%。

17、在其中的一些实施方式中，5%≤y≤25%。

18、在其中的一些实施方式中，所述硅碳复合材料包括硅/石墨复合材料，所述硅/石墨复合材料的粒径dv50为3.0μm~10.0μm。

19、在其中的一些实施方式中，1.40g/cm3≤ρn≤1.70g/cm3。

20、在其中的一些实施方式中，3.20g/cm3≤ρp≤3.60g/cm3。

21、在其中的一些实施方式中，80μm≤tp≤140μm。

22、在其中的一些实施方式中，70μm≤tn≤130μm。

23、在其中的一些实施方式中，88%≤x≤92%。

24、在其中的一些实施方式中，12%≤y≤18%。

25、在其中的一些实施方式中，1.45g/cm3≤ρn≤1.65g/cm3。

26、在其中的一些实施方式中，3.30g/cm3≤ρp≤3.50g/cm3。

27、在其中的一些实施方式中，当2.5≤(x-0.80)/y≤3.5，且所述硅碳复合材料的粒径dv50为5.0μm~8.0μm时，所述圆柱电池1000次的循环容量保持率大于或等于80%。

28、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。

29、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

30、本发明中，通过构建n/p比与正极镍含量x、负极硅含量y、正负压实密度ρp、ρn和涂层厚度tp、tn之间的定量计算公式，将n/p比的确定从经验试凑转变为基于材料特性和工艺参数的精确计算，从而能够根据目标n/p比反向推导所需的涂层厚度，实现了电池参数的“设计-验证”闭环可逆工程，同时将n/p比严格控制在1.08至1.30的范围内，有效平衡了硅膨胀预留容量缓冲与能量密度，提升了电池设计的精确性和循环性能。

31、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：壳体和设于所述壳体中的电芯，所述电芯包括正极片、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，所述ρp、ρn和n/p还满足：ρp×ρn×(n/p-1)≥0.60。

3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述x和y还满足：2.0≤(x-0.80)/y≤4.0。

4.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述ρp和ρn还满足：1.80≤ρp/ρn≤2.40，ρn≠0；且所述壳体满足特征（1）~（4）至少一项：

5.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述tn和tp还满足：0.80≤tn/tp≤1.10。

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

8.根据权利要求6或7所述的圆柱电池，其特征在于，88%≤x≤92%；

9.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，当2.5≤(x-0.80)/y≤3.5，且所述硅碳复合材料的粒径dv50为5.0μm~8.0μm时，所述圆柱电池1000次的循环容量保持率大于或等于80%。

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。