电芯、圆柱锂离子电池和用电装置的制作方法

本发明涉及电池，具体涉及一种电芯、圆柱锂离子电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池采用高镍正极活性材料与石墨/硅基负极材料制备圆柱电芯，用于在有限体积内同时提升电芯比能量和单位质量负极可逆容量。然而，高镍正极表面活性较高，硅基负极在充放电过程中体积变化较大，二者共同作用会加剧电解液分解、界面膜修复以及局部阻抗离散。因此，需要在正、负极活性界面形成并维持稳定的界面膜，以兼顾循环寿命、直流内阻、大电流温升、低温放电能力及界面一致性。但是，现有技术中不能同时反映前驱体存量、正负极实际界面规模以及硅碳负极的界面需求，也难以体现石墨与硅基材料因克容量差异对负极界面保护需求产生的实际影响。

2、因此，如何得到一种电芯，可以在包含界面成膜前驱体存量、正负极实际界面面积和硅容量需求进行评估，使不同圆柱平台能够进行边界判定，以共同约束循环、阻抗、温升、低温放电和界面一致性，成为一项重要研究课题。

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，本发明提供一种电芯、圆柱锂离子电池和用电装置，可以避免了质量百分数或容量归一化在不同面积电芯中掩盖前驱体过量或不足，有效兼顾了循环寿命、直流内阻、大电流温升、低温放电和界面一致性。

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，本发明提供一种电芯，包括：电解液，以及至少部分浸润在所述电解液中的极组组件，所述极组组件包括层叠设置的正极片、隔膜和负极片；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活性层，所述正极活性层包括高镍正极活性材料；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活性层，所述负极活性层包括负极材料，所述负极材料包括石墨和硅基材料中的至少一种；

4、所述电芯在25±2℃、50%荷电状态静置48h后，所述电芯中含有二氟磷酸锂的摩尔含量为n1，单位：mmol；所述电芯中含有硫酸乙烯酯的摩尔含量为n2，单位：mmol；所述电芯中含有双硫酸乙烯酯的摩尔含量为n3，单位：mmol；

5、所述电芯满足：0.29≤ep≤0.81，0.83≤es≤2.20；

6、其中，ep=n1/a，es=(n2+2n3)/a；a为厚度方向所述正极活性层的总表面积，与所述负极活性层的总表面积之和，单位：m2。

7、在其中的一些实施方式中，还满足：0.90≤ep/r≤1.40；和/或，2.60≤es/r≤3.80；

8、其中，r=qsi/(qsi+qg)，qsi为负极材料对锂半电池在0.30～0.75v电位区间的脱锂容量，qg为所述负极材料对锂半电池在0.005～0.30v电位区间的脱锂容量，qsi和qg的单位均为mah/g。

9、在其中的一些实施方式中，所述r满足：0.320≤r≤0.580。

10、在其中的一些实施方式中，所述a满足0.340m2≤a≤0.440m2。

11、在其中的一些实施方式中，所述ep的取值范围为0.29～0.81mmol/m2。

12、在其中的一些实施方式中，所述es的取值范围为0.83～2.20mmol/m2。

13、在其中的一些实施方式中，所述ep/r的取值范围为1.00～1.30mmol/m2。

14、在其中的一些实施方式中，所述es/r的取值范围为2.90～3.50mmol/m2。

15、在其中的一些实施方式中，所述r的取值范围为0.400～0.500。

16、在其中的一些实施方式中，所述电解液包括六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二氟磷酸锂、硫酸乙烯酯和双硫酸乙烯酯中的至少一种。

17、在其中的一些实施方式中，所述正极活性层的总表面积为0.165～0.215m2。

18、在其中的一些实施方式中，所述负极活性层的总表面积为0.175～0.225m2。

19、在其中的一些实施方式中，所述高镍正极活性材料包括镍钴锰铝四元材料，所述镍钴锰铝四元材料中镍元素占镍元素、钴元素、锰元素和铝元素总摩尔数的88.0%～93.0%。

20、在其中的一些实施方式中，在25±2℃、50%荷电状态静置48h后，所述电芯中含有s前驱体，所述s前驱体由硫酸乙烯酯和双硫酸乙烯酯中的至少一种组成，且以环状硫酸酯前驱体等价摩尔数计，所述硫酸乙烯酯和所述双硫酸乙烯酯的比例为100:0～0:100。

21、在其中的一些实施方式中，所述负极片的所述负极活性层表面形成界面膜，在所述负极片的长度方向，分别测得所述界面膜的s/p原子比，所述s/p原子比的变异系数小于或等于10.0%。

22、根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种圆柱锂离子电池，包括：上述任意实施方式中所述的电芯。

23、根据本发明的又一个方面，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锂离子电池。

24、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

25、本发明中，通过以正极活性层总表面积与负极活性层总表面积之和a为统一面积，将二氟磷酸锂摩尔含量n1与a之比定义为ep，将硫酸乙烯酯摩尔含量n2与双硫酸乙烯酯摩尔含量n3的两倍之和与a之比定义为es，并限定ep为0.29～0.81mmol/m2、es为0.83～2.20mmol/m2，使成品电芯能够反向测得单位活性面积前驱体量并获得统一判定，从而避免了质量百分数或容量归一化在不同面积电芯中掩盖前驱体过量或不足，有效兼顾了循环寿命、直流内阻、大电流温升、低温放电和界面一致性。

26、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。

1.一种电芯，其特征在于，包括：电解液，以及至少部分浸润在所述电解液中的极组组件，所述极组组件包括层叠设置的正极片、隔膜和负极片；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活性层，所述正极活性层包括高镍正极活性材料；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活性层，所述负极活性层包括负极材料，所述负极材料包括石墨和硅基材料中的至少一种；

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，还满足：0.90≤ep/r≤1.40；和/或，2.60≤es/r≤3.80；

3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述r满足：0.320≤r≤0.580；

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述ep的取值范围为0.29～0.81mmol/m2；

5.根据权利要求2或3所述的电芯，其特征在于，所述ep/r的取值范围为1.00～1.30mmol/m2；

6.根据权利要求1~4任意一项所述的电芯，其特征在于，所述电解液包括六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二氟磷酸锂、硫酸乙烯酯和双硫酸乙烯酯中的至少一种；

7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在25±2℃、50%荷电状态静置48h后，所述电芯中含有s前驱体，所述s前驱体由硫酸乙烯酯和双硫酸乙烯酯中的至少一种组成，且以环状硫酸酯前驱体等价摩尔数计，所述硫酸乙烯酯和所述双硫酸乙烯酯的比例为100:0～0:100。

8.根据权利要求1或7所述的电芯，其特征在于，所述负极片的所述负极活性层表面形成界面膜，在所述负极片的长度方向，分别测得所述界面膜的s/p原子比，所述s/p原子比的变异系数小于或等于10.0%。

9.一种圆柱锂离子电池，其特征在于，包括：权利要求1~8任意一项所述的电芯。

10.一种用电装置，其特征在于，包括：权利要求9所述的圆柱锂离子电池。