CN117895091A - 电池单体、电池和用电装置 - Google Patents

电池单体、电池和用电装置 Download PDF

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CN117895091A
CN117895091A CN202410294562.5A CN202410294562A CN117895091A CN 117895091 A CN117895091 A CN 117895091A CN 202410294562 A CN202410294562 A CN 202410294562A CN 117895091 A CN117895091 A CN 117895091A
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魏曦晨
王丹丹
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种电池单体、电池和用电装置，电池单体包括壳体、电极组件和端盖组件，壳体具有容纳腔和开口，电极组件置于容纳腔内，端盖组件盖设开口，电极组件包括正极极片，正极极片包括正极集流体以及位于正极集流体至少一侧的正极膜层，正极膜层包括正极活性材料，正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物；壳体与端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa。本申请能减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，并能使电池单体兼具高能量密度和高可靠性。

Description

电池单体、电池和用电装置
技术领域
本申请涉及一种电池单体、电池和用电装置。
背景技术
随着电池的应用范围越来越广泛，人们对电池的使用需求也日益增多，例如对电池能量密度的要求越来越高。电池单体发生热失控时，电极组件内部剧烈的化学反应会放出大量热量和气体等泄放物质，电池单体容易出现爆喷情况，并且随着电池单体能量密度的不断增加，电池单体更容易出现爆喷情况。电池单体爆喷时，其出现爆喷的位置无法进行控制和预测，电池单体容易出现起火、***等安全事故。
发明内容
本申请提供一种电池单体、电池和用电装置，其能减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，并能使电池单体兼具高能量密度和高可靠性。
第一方面，本申请提供一种电池单体，所述电池单体包括壳体、电极组件和端盖组件，所述壳体具有容纳腔和开口，所述电极组件置于所述容纳腔内，所述端盖组件盖设所述开口，所述电极组件包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体以及位于所述正极集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物；所述壳体与所述端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa。
高能量密度是当前电池单体的普遍追求，提高正极的压实密度可以提高电池单体的能量密度。使正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物可以提高正极的压实密度，提高电池单体的能量密度。但是，单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的颗粒尺寸通常很小，由此会增加电池单体使用过程中的产气量，电池单体的产气量增加，电池单体出现热失控的风险增加，电池单体也更容易出现爆喷情况。
本申请通过使电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa，可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性。因此，本申请实施提供的电池单体可以兼具高能量密度和高可靠性。
在一些实施例中，所述端盖组件包括泄压机构，所述壳体与所述端盖组件之间的***强度大于等于所述泄压机构的***强度的1.35倍。由此可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性。
在一些实施例中，所述电池单体为方壳电池单体，所述方壳电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为1.2Mpa-1.5Mpa。由此可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，所述电池单体为方壳电池单体，所述方壳电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为所述方壳电池单体的所述泄压机构的***强度的1.35倍至2倍。由此可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，所述电池单体为圆柱电池单体，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为1.5Mpa-2.8Mpa，可选为1.7Mpa-2.8Mpa。由此可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，所述电池单体为圆柱电池单体，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为所述圆柱电池单体的所述泄压机构的***强度的2倍至4倍，可选为2.2倍至4倍。由此可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，所述泄压机构的***强度为0.6MPa-0.9MPa。由此可以使泄压机构及时起到定向泄压的作用，减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有高可靠性。
在一些实施例中，所述壳体与所述端盖组件焊接连接。
在一些实施例中，所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的熔池深度为300μm-400μm。
在一些实施例中，所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的宽度为910μm-1100μm。
在一些实施例中，所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的深宽比为0.33-0.37。
在一些实施例中，所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的熔池深度为所述端盖组件的厚度的1/2以下。
在一些实施例中，所述壳体的壁厚为0.3mm-0.6mm。
在一些实施例中，所述壳体的材质包括钢、铝合金中的任一种。
在一些实施例中，所述端盖组件的厚度为0.6mm-2.0mm。
在一些实施例中，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比为20%-100%。
在一些实施例中，所述正极活性材料同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比大于等于30%且小于50%，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比大于50%且小于等于70%。通过使正极活性材料同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物，可以提升正极极片的压实密度，提升电池单体的能量密度，还有助于电池单体兼具良好的循环稳定性和良好的功率性能。
在一些实施例中，所述电极组件包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及位于所述负极集流体至少一侧的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
在一些实施例中，所述负极活性材料包括石墨。
在一些实施例中，所述负极活性材料包括石墨，且所述石墨包括人造石墨、天然石墨中的至少一种。
在一些实施例中，所述负极活性材料包括硅基材料。
在一些实施例中，所述电池单体还包括电解液，所述电解液包括有机溶剂，所述有机溶剂包括链状碳酸酯，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯在所述有机溶剂中的质量占比为50%-80%。
在一些实施例中，所述有机溶剂还包括环状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种，所述环状碳酸酯在所述有机溶剂中的质量占比为20%-50%。
第二方面，本申请提供一种电池，其包括本申请第一方面的电池单体。
第三方面，本申请提供一种用电装置，其包括本申请第二方面的电池，所述电池用于提供电能。
本申请的用电装置包括本申请提供的电池，因而至少具有与所述电池相同的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。
图2为本申请一些实施例提供的电池的***示意图。
图3为图2所示的电池模块的***示意图。
在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。
附图标记说明如下：1、车辆；2、电池；3、控制器；4、马达；5、箱体；5a、第一箱体部；5b、第二箱体部；5c、容纳空间；6、电池模块；7、电池单体。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电池单体、电池和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤（a）和（b），表示所述方法可包括顺序进行的步骤（a）和（b），也可以包括顺序进行的步骤（b）和（a）。例如，所述提到所述方法还可包括步骤（c），表示步骤（c）可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤（a）、（b）和（c），也可包括步骤（a）、（c）和（b），也可以包括步骤（c）、（a）和（b）等。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中，术语“多个”、“多种”是指两个或两种以上。
在本申请实施例的描述中，如果没有特别的说明，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。
除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测试方法进行测定，例如，可以按照本申请的实施例中给出的测试方法进行测定。除非另有说明，各参数的测试温度均为25℃。
本申请的实施例中所提到的电池可以为包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池单体、电池模块或电池包等。电池单体是组成电池的最小单元，其独自能够实现充放电的功能。电池单体有多个时，多个电池单体通过汇流部件串联、并联或混联。在一些实施例中，电池可以为电池模块；电池单体有多个时，多个电池单体排列并固定形成一个电池模块。在一些实施例中，电池可以为电池包，电池包包括箱体和电池单体，电池单体或电池模块容纳于箱体中。在一些实施例中，箱体可以作为车辆的底盘结构的一部分。例如，箱体的部分可以成为车辆的底板的至少一部分，或者，箱体的部分可以成为车辆的横梁和纵梁的至少一部分。
在一些实施例中，电池可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。
本申请实施例描述的技术方案适用于电池以及使用电池的用电装置。
电池可以用作用电装置的电源，也可以用作用电装置的能量存储单元。用电装置可以但不限于是移动设备（例如手机、平板电脑、笔记本电脑等）、车辆（例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等）、电气列车、船舶及卫星、储能***等。
用电装置可以根据其使用需求来选择电池的类型，例如电池单体、电池模块或电池包。
以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。
如图1所示，车辆1的内部设置有电池2，电池2可以设置在车辆1的底部、头部或尾部。电池2可以用于车辆1的供电，例如，电池2可以作为车辆1的操作电源。
车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制电池2为马达4供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在一些实施例中，电池2不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
图2为本申请一些实施例提供的电池的***示意图。如图2所示，电池2包括箱体5和电池单体（未示出），电池单体容纳于箱体5内。
箱体5用于容纳电池单体，箱体5可以是多种结构。在一些实施例中，箱体5可以包括第一箱体部5a和第二箱体部5b，第一箱体部5a与第二箱体部5b相互盖合，第一箱体部5a和第二箱体部5b共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间5c。第二箱体部5b可以是一端开口的空心结构，第一箱体部5a为板状结构，第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5；第一箱体部5a和第二箱体部5b也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部5a的开口侧盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5。当然，第一箱体部5a和第二箱体部5b可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
为提高第一箱体部5a与第二箱体部5b连接后的密封性，第一箱体部5a与第二箱体部5b之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。
假设第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的顶部，第一箱体部5a亦可称之为上箱盖，第二箱体部5b亦可称之为下箱体。
在电池2中，电池单体可以是一个，也可以是多个。若电池单体为多个，多个电池单体之间可串联、并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联、并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体5内；当然，也可以是多个电池单体先串联、并联或混联组成电池模块6，多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体5内。
图3为图2所示的电池模块的***示意图。
如图3所示，在一些实施例中，电池单体7为多个，多个电池单体7先串联或并联或混联组成电池模块6。多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。
电池模块6中的多个电池单体7之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块6中的多个电池单体7的并联或串联或混联。
本申请实施例提到的电池单体可以包括锂离子电池单体。
本申请实施例提到的电池单体包括壳体、电极组件和端盖组件。
壳体具有容纳腔和开口，电极组件置于容纳腔内，端盖组件盖设开口。电池单体为方壳电池单体或圆柱电池单体。方壳电池单体所含电极组件的数量可以为一个或多个，可根据需求来调节。
电极组件包括正极极片，正极极片包括正极集流体以及位于正极集流体至少一侧的正极膜层，正极膜层包括正极活性材料，正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物。
壳体与端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa。
高能量密度是当前电池单体的普遍追求，提高正极的压实密度可以提高电池单体的能量密度。使正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物可以提高正极的压实密度，提高电池单体的能量密度。但是，单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的颗粒尺寸通常很小，由此会增加电池单体使用过程中的产气量，电池单体的产气量增加，电池单体出现热失控的风险增加，且电池单体更容易出现爆喷情况。
本申请通过使电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa，可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性。因此，本申请实施提供的电池单体可以兼具高能量密度和高可靠性。
端盖组件通常包括泄压机构。泄压机构是指电池单体的内部压力达到预定阈值时致动以泄放电池单体内部压力的元件或部件。该阈值根据电池单体设计需求不同而不同。泄压机构可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀或安全阀等形式，并可以具体采用压敏元件或构造，即，当电池单体内部压力达到预定阈值时，泄压机构执行动作或者泄压机构中设有的薄弱结构破裂，从而形成可供内部压力泄放的开口或通道。
本申请中所提到的“致动”是指泄压机构产生动作或被激活至一定的状态，从而使得电池单体内部压力得以被泄放。泄压机构产生的动作可以包括但不限于：泄压机构的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开等等。
泄压机构在致动时，电池单体内部的气体作为排放物会从致动的部位向外排出，以此方式能够在可控压力的情况下使电池单体发生定向泄压，从而可以减少电池单体出现爆喷情况，进而可以减少潜在的更严重的起火、***等安全事故发生。
可选地，壳体与端盖组件之间的***强度可以大于等于泄压机构的***强度的1.35倍。
通过使壳体与端盖组件之间的***强度大于等于泄压机构的***强度的1.35倍，电池单体热失控、泄压机构致动时，不会破碎电池单体的结构，由此可以使泄压机构更好地起到定向泄压的作用，进而可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性。
壳体与端盖组件之间的***强度（又称***压力）可以按照如下方法进行测试：将电池单体的泄压机构用胶粘牢，之后通过电池单体的注液孔向电池单体内部深入一根气管，注液孔周围用胶粘牢，然后持续向电池单体内部通入氮气，直至电池单体爆开，记录峰值数据，作为壳体与端盖组件之间的***强度（或***压力），单位为MPa。
泄压机构的***强度可以按照如下方法进行测试：从电池单体中拆解出端盖组件，将端盖组件置于***检测仪中，记录泄压机构爆开的峰值数据，作为泄压机构的***强度（或***压力），单位为MPa。***检测仪加载的气体为氮气。
在一些实施例中，泄压机构的***强度可以为0.6MPa-0.9MPa，例如可以为0.6MPa、0.62MPa、0.64MPa、0.66MPa、0.68MPa、0.7MPa、0.72MPa、0.74MPa、0.76MPa、0.78MPa、0.8MPa、0.82MPa、0.84MPa、0.86MPa、0.88MPa、0.9MPa、或上述任意数值组成的范围。由此可以使泄压机构及时起到定向泄压的作用，减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有高可靠性。
电池单体制造过程中，电极组件入壳后，需要将壳体与端盖组件连接在一起。在一些实施例中，壳体与端盖组件焊接连接。可选地，壳体与端盖组件通过激光焊接连接。壳体与端盖组件焊接结束后形成焊缝。
通过调节激光焊接工艺参数，如激光功率、光斑直径、激光功率密度、焊接速度、激光波长等参数可以调节壳体与端盖组件之间的***强度以及形成的焊缝参数。例如，激光功率可以为1500W-2500W，光斑直径可以为0.18mm-0.22mm，激光功率密度可以为4.5×106W/cm2 - 6.0×106W/cm2，焊接速度可以为150mm/s-250mm/s，激光波长可以为1050nm-1070nm。进行激光焊接工艺过程中，采用氩气或氮气作为保护气对焊接部位进行气体保护，以防止在高温下熔化的金属被氧化。保护气的流量可以为10L/min-30L/min。
壳体与端盖组件之间的***强度与焊接工艺以及壳体与端盖组件之间的焊缝的熔池深度、焊缝的宽度、焊缝的深宽比等参数相关。
壳体与端盖组件之间的焊缝的熔池深度增加，壳体与端盖组件之间的***强度增加，但是为了避免焊穿端盖组件，端盖组件的设计厚度也会增加，由此会导致电池单体高度方向的空间利用率下降，进而会降低电池单体的体积能量密度。可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的熔池深度可以为300μm-400μm，例如可以为300μm、310μm、320μm、325μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、或上述任意数值组成的范围。更可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的熔池深度可以为310μm-360μm，320μm-360μm，325μm-360μm，330μm-360μm。
熔池深度是指工件熔化部的最深位与工件表面之间的距离。熔池深度可以按照如下方法检测：将工件切割后，通过金相测量的方式观察。
壳体与端盖组件之间的焊缝的宽度增加，壳体与端盖组件之间的***强度增加。可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的宽度为910μm-1100μm，例如可以为910μm、920μm、930μm、940μm、950μm、960μm、970μm、980μm、990μm、1000μm、1010μm、1020μm、1030μm、1040μm、1050μm、1060μm、1070μm、1080μm、1090μm、1100μm、或上述任意数值组成的范围。更可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的宽度为920μm-1100μm，930μm-1100μm，940μm-1100μm，950μm-1100μm，940μm-1000μm，950μm-1000μm。
壳体与端盖组件之间的焊缝的深宽比增加，壳体与端盖组件之间的***强度增加。可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的深宽比为0.33-0.37，例如可以为0.33、0.332、0.334、0.336、0.338、0.34、0.342、0.344、0.346、0.348、0.35、0.352、0.354、0.356、0.358、0.36、0.362、0.364、0.366、0.368、0.37、或上述任意数值组成的范围。更可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的深宽比为0.344-0.37，0.344-0.358。
焊缝的深宽比是指熔池深度与焊缝宽度的比值。
可选地，壳体与端盖组件之间的焊缝的熔池深度可以为端盖组件的厚度的1/2以下。
在一些实施例中，端盖组件的厚度可以0.6mm-2.0mm。
端盖组件的厚度是指端盖组件上下两个表面之间的距离。可以理解的是，端盖组件的厚度不包括电极端子的尺寸。
在一些实施例中，方壳电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为1.2Mpa-1.5Mpa，例如可以为1.2MPa、1.22MPa、1.24MPa、1.26MPa、1.28MPa、1.3MPa、1.32MPa、1.34MPa、1.36MPa、1.38MPa、1.4MPa、1.42MPa、1.44MPa、1.46MPa、1.48MPa、1.5MPa、或上述任意数值组成的范围。由此可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，方壳电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为方壳电池单体的泄压机构的***强度的1.35倍至2倍，例如可以为1.35倍、1.4倍、1.45倍、1.5倍、1.55倍、1.6倍、1.65倍、1.7倍、1.75倍、1.8倍、1.85倍、1.9倍、1.95倍、2倍、或上述任意数值组成的范围。
通过调节方壳电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度与泄压机构的***强度的倍数，电池单体热失控、泄压机构致动时，不会破碎电池单体的结构，由此可以使泄压机构更好地起到定向泄压的作用，进而可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
可选地，电池单体为圆柱电池单体。
在一些实施例中，圆柱电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为1.5Mpa-2.8Mpa，例如可以为1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1Mpa、2.2Mpa、2.3Mpa、2.4Mpa、2.5Mpa、2.6Mpa、2.7Mpa、2.8Mpa、或上述任意数值组成的范围。可选地，圆柱电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为1.6Mpa-2.8Mpa、1.7Mpa-2.8Mpa、1.8Mpa-2.8Mpa、1.9Mpa-2.8Mpa、2.0Mpa-2.8Mpa。
由此可以减少电池单体热失控过程中出现爆喷情况，提高电池单体的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，圆柱电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为圆柱电池单体的泄压机构的***强度的2倍至4倍，例如可以为2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、2.9倍、3倍、3.1倍、3.2倍、3.3倍、3.4倍、3.5倍、3.6倍、3.7倍、3.8倍、3.9倍、4倍、或上述任意数值组成的范围。可选地，圆柱电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度可以为圆柱电池单体的泄压机构的***强度的2.2倍至4倍，2.4倍至4倍，2.6倍至4倍。
通过调节圆柱电池单体的壳体与端盖组件之间的***强度与泄压机构的***强度的倍数，电池单体热失控、泄压机构致动时，不会破碎电池单体的结构，由此可以使泄压机构更好地起到定向泄压的作用，进而可以进一步减少电池单体出现爆喷情况，使电池单体具有更高的可靠性，还可以使电池单体具有高体积能量密度。
在一些实施例中，圆柱电池单体的直径可以大于等于35mm，可选为40mm-60mm。由此可以使电池单体具有高容量。
在一些实施例中，圆柱电池单体轴向方向的尺寸可以大于等于70mm，可选为80mm-135mm。由此可以使电池单体具有高容量。
圆柱电池单体轴向方向指的是圆柱体旋转中心轴的方向，即与中心轴共同的方向，圆柱电池单体的径向方向垂直于轴向方向，圆柱电池单体的径向方向即圆柱体端面圆的直径方向。圆柱电池单体轴向方向的尺寸通常称为圆柱电池单体的长度。
圆柱电池单体轴向方向的尺寸是指电池单体的顶部外表面与底部外表面之间的距离。可以理解的是，圆柱电池单体轴向方向的尺寸不包括电极端子的尺寸。
在一些实施例中，壳体的壁厚可以小于等于0.6mm，可选为0.3mm-0.6mm，0.3mm-0.5mm。
在一些实施例中，壳体的材质为金属，可选为包括钢、铝合金中的任一种。
在一些实施例中，端盖组件包括端盖，端盖盖合于壳体的开口处，端盖的材质可以包括金属，可选为包括钢、铝合金中的任一种。
在一些实施例中，端盖组件还可以包括电极端子，电极端子安装于端盖上。电极端子可以为两个，两个电极端子分别定义为正极电极端子和负极电极端子，正极电极端子和负极电极端子均用于与电极组件电连接，以输出电极组件所产生的电能。
在另一些实施例中，壳体为相对的两侧开口的空心结构，端盖组件的数量为两个，一个端盖组件对应盖合于壳体的一个开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件的容纳腔。在这种结构中，可以在一个端盖组件上设有两个电极端子，而另一个端盖组件上未设置电极端子，也可以两个端盖组件各设置一个电极端子。
电极组件包括主体部和从主体部延伸出的极耳部，极耳部用于将主体部产生的电流引出。主体部是电池单体实现充放电功能的核心部分。
极耳部的数量可以为两个。两个极耳部分别定义为正极极耳部和负极极耳部。两个极耳部电分别连接于正极电极端子和负极电极端子。正极极耳部可以是多个正极极耳层叠在一起形成，负极极耳部可以是多个负极极耳层叠在一起形成。
[正极极片]
正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物。层状含锂过渡金属氧化物的示例可以包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、及其各自的改性化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，层状含锂过渡金属氧化物可以包括Ni元素。Ni元素的摩尔量可以占层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属元素的总摩尔量的70%以上；可选地，Ni元素的摩尔量可以占层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属元素的总摩尔量的80%以上；更可选地，Ni元素的摩尔量可以占层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属元素的总摩尔量的90%以上。
在一些实施例中，层状含锂过渡金属氧化物可以包括LiaNibCocMdOeAf，0＜a≤1.2；0.5≤b＜1；0＜c＜1；0＜d＜1；1≤e≤2；0≤f≤1；M包括但不限于Mn、Al、Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti和B中的一种或多种；A包括但不限于N、F、S和Cl中的一种或多种。可选地，0.7≤b＜1，0.8≤b＜1，0.9≤b＜1。由此可以进一步提高电池单体的能量密度。
在一些实施例中，作为示例，层状含锂过渡金属氧化物可以包括但不限于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2、LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2、LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2、LiNi0.96Co0.02Mn0.02O2中的一种或多种。
电池单体充放电过程中会伴随Li的脱嵌及消耗，电池单体在放电到不同状态时Li的摩尔含量不同。本申请实施例关于正极活性材料的列举中，Li的摩尔含量为材料初始状态，即投料前状态，正极活性材料应用于电池单体中，经过充放电循环，Li的摩尔含量可能会发生变化。
本申请实施例关于正极活性材料的列举中，O的摩尔含量仅为理论状态值，晶格释氧会导致O的摩尔含量发生变化，实际O的摩尔含量会出现浮动。
层状含锂过渡金属氧化物中Ni元素的含量越高，电池单体的能量密度也更高。
上述各正极活性材料的改性化合物可以是对正极活性材料进行掺杂改性和/或表面包覆改性。
在一些实施例中，单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在正极活性材料中的数量占比可以为20%-100%。
在一些实施例中，正极活性材料可以同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物。
为了获得更高的能量密度，通常会对正极极片的压实密度提出更高的要求。通常，单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径Dv50小于多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径Dv50。通过使正极活性材料同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物，可以提升正极极片的压实密度，提升电池单体的能量密度。
层状含锂过渡金属氧化物种类相同、电池单体的充电上限截止电压相同时，单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的循环稳定性要高于多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的循环稳定性。多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的锂离子扩散系数较高、电解液浸润性较好，可以更好地提升电池单体的功率性能。
因此，正极活性材料同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物，还有助于电池单体兼具良好的循环稳定性和良好的功率性能。
可选地，单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在正极活性材料中的数量占比大于等于30%且小于50%，多晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在正极活性材料中的数量占比大于50%且小于等于70%。
术语“单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物”、“多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物”均为本领域公知的含义。“单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物”还包括准单晶（又称类单晶）形貌的层状含锂过渡金属氧化物，准单晶（类单晶）为本领域公知的含义，通常是指由少量（例如2-5个）一次颗粒团聚而成的颗粒。多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物是指多个（例如大于5个）一次颗粒团聚而成的二次颗粒形貌的层状含锂过渡金属氧化物。“单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物”和“多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物”可以通过扫描电子显微镜进行区分。
正极活性材料中单晶（或多晶）形貌的层状含锂过渡金属氧化物的数量占比为本领域公知的含义，可以用本领域已知的仪器及方法进行测定。例如，可将正极活性材料铺设并粘于导电胶上，制成长×宽为6cm×1.1cm的待测样品；使用扫描电镜&能谱仪（如ZEISSSigma300）对颗粒形貌进行测试。测试可参考JY/T010-1996。为了确保测试结果的准确性，可在待测样品中随机选取20个不同区域进行扫描测试，并在一定放大倍率（例如1000倍以上）下，统计各区域中单晶（或多晶）形貌的层状含锂过渡金属氧化物的数量与总颗粒数量的比值，即为该区域中单晶（或多晶）形貌的层状含锂过渡金属氧化物的数量占比；取20个测试区域的测试结果的平均值作为正极活性材料中单晶（或多晶）形貌的层状含锂过渡金属氧化物的数量占比。
在一些实施例中，正极活性材料的粒度分布曲线具有两个体积分布峰，具有最大峰强的体积分布峰记为第一峰，第一峰的最大峰强处对应的体积分布粒径记为Dv1，具有次最大峰强的体积分布峰记为第二峰，第二峰的最大峰强处对应的体积分布粒径记为Dv2，Dv1在7μm至12μm之间，Dv2为2μm至5μm之间。
由此可以提升正极活性材料的实际堆积密度，提升正极极片的压实密度，进而还可以使电池单体具有更高的能量密度。
可选地，Dv1在8μm至11μm之间，Dv2为2μm至4μm之间。
在一些实施例中，单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径Dv50可以小于等于5μm，可选为2μm-4μm。
在一些实施例中，多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的体积分布粒径Dv50可以为7μm-12μm，可选为8μm-11μm。
在一些实施例中，正极活性材料的体积分布粒径Dv50可以为6μm-10μm，可选为7μm-9.5μm。
材料的体积分布粒径Dv50为本领域公知的含义，其表示材料累计体积分布百分数达到50%时所对应的粒径，可以用本领域已知的仪器及方法进行测定。例如可以参照GB/T19077-2016，采用激光粒度分析仪方便地测定。测试仪器可以为英国马尔文仪器有限公司的Mastersizer 3000型激光粒度分析仪。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极导电剂。作为示例，正极导电剂可以包括但不限于超导碳、导电石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或多种。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极粘结剂。作为示例，正极粘结剂可以包括但不限于聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和含氟丙烯酸酯类树脂中的一种或多种。
在一些实施例中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铝箔。复合集流体可以包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层。作为示例，金属材料可以包括铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种。作为示例，高分子材料基层可以包括但不限于聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）中的一种或多种。
正极膜层通常是将正极浆料涂布于正极集流体上，经干燥、冷压而成的。正极浆料通常是将正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂以及任意的其他组分分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP），但不限于此。
[负极极片]
在一些实施例中，负极极片包括负极集流体以及位于负极集流体至少一侧的负极膜层，负极膜层包括负极活性材料。
在一些实施例中，负极活性材料可以包括石墨，可选地，石墨可以包括人造石墨、天然石墨中的至少一种。
可选地，石墨在负极活性材料中的质量占比可以大于等于75%，例如可以大于等于75%、大于等于80%、大于等于85%、大于等于90%、大于等于95%。
在一些实施例中，负极活性材料还可以包括硅基材料，由此可以提升电池单体的能量密度。
可选地，硅基材料可以包括硅氧化物、硅碳材料中的一种或多种。
可选地，硅基材料在负极活性材料中的质量占比可以为5%-25%。
在一些实施例中，负极膜层还可以包括负极导电剂。作为示例，负极导电剂可以包括但不限于超导碳、导电石墨、乙炔黑、碳黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或多种。
在一些实施例中，负极膜层还可以包括负极粘结剂。作为示例，负极粘结剂可以包括但不限于丁苯橡胶（SBR）、水溶性不饱和树脂SR-1B、水性丙烯酸类树脂（例如，聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚丙烯酸钠PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）和羧甲基壳聚糖（CMCS）中的一种或多种。
在一些实施例中，负极膜层还可以包括其他助剂。作为示例，其他助剂可以包括增稠剂，例如，羧甲基纤维素钠（CMC）、PTC热敏电阻材料等。
在一些实施例中，负极集流体可以采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铜箔、铜合金箔、铝箔、铝合金箔。复合集流体可以包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一侧的金属材料层。作为示例，金属材料可以包括但不限于铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种。作为示例，高分子材料基层可以包括但不限于聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）中的一种或多种。
负极极片并不排除除了负极膜层之外的其他附加功能层。例如，在一些实施例中，负极极片还可以包括夹在负极集流体和负极膜层之间、位于负极集流体表面的导电底涂层，例如可由导电剂和粘结剂组成；在一些实施例中，负极极片还可以包括覆盖在负极膜层表面的保护层。
负极极片可以按照如下方法制备：将负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂、任选的其他助剂等分散于溶剂中并搅拌均匀形成负极浆料；将负极浆料涂布在负极集流体上，经干燥、辊压等工序后，形成负极极片。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水，但不限于此。
[电解质]
电池单体包括电解质。
在一些实施例中，电解质采用电解液（即液体电解质），电解液包括有机溶剂，有机溶剂包括链状碳酸酯。
可选地，链状碳酸酯可以包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的一种或两种。
可选地，链状碳酸酯在有机溶剂中的质量占比可以为50%-80%，可选为55%-80%。
电池单体的能量密度越来越高，故电池单体的尺寸设计也越来越大，由此更容易产生电解液浸润困难的问题。通过使电解液有机溶剂中的链状碳酸酯具有较大的质量占比，可以使电解液具有低粘度，便于电解液的流动，由此可以更好地改善电极组件的电解液浸润性，进而可以使电池单体具有良好的循环性能。
在一些实施例中，有机溶剂还包括环状碳酸酯，环状碳酸酯可以包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种。
链状碳酸酯可以使电解液具有低粘度，便于电解液的流动，但是其介电常数小、溶解电解质盐的能力较弱，通过将链状碳酸酯与环状碳酸酯混合使用，可以使电解液在具有良好的流动性的同时，还具有高离子电导率和较宽的电化学窗口，进而可以使电池单体具有更好的循环性能。
可选地，环状碳酸酯同时包括碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。
氟代碳酸乙烯酯能够在负极活性材料表面参与形成SEI膜，改善SEI膜的组成和特性，从而能够有效保护负极活性材料，尤其是在负极活性材料含有硅基材料的情况下，由于硅基材料体积膨胀的特性，更加需要对SEI膜的组成进行优化。
氟代碳酸乙烯酯在负极的还原产物主要有-CHF-OCO2型化合物和LiF，在充放电过程中-CHF-OCO2型化合物形成了初始SEI膜包覆在硅基材料表面，该层SEI膜的柔韧性好、不易破裂，能够有效的阻隔硅基材料和电解液接触，由此可以减少电解液的分解，还可以减少SEI膜的重建；同时，氟代碳酸乙烯酯的另一还原产物LiF则有助于促进锂离子在SEI膜内的传导。由此，通过使环状碳酸酯同时包括碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，可以使电池单体具有长循环寿命。
可选地，环状碳酸酯在有机溶剂中的质量占比可以为20%-50%，可选为20%-45%。
在一些实施例中，电解液含有阳离子和阴离子。
阳离子包括锂离子、钠离子中的一种或两种。
阴离子包括六氟磷酸根阴离子、式1所示的阴离子中的一种或多种，R1、R2分别独立地包括氟原子或C1-C6氟代烷基。
R1、R2分别独立地包括氟原子或C1-C6氟代烷基。C1-C6氟代烷基表示C1-C6烷基中的至少一个氢原子被氟原子取代，也可以是全部氢原子被氟原子取代，例如可以为三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基等。
可选地，R1、R2分别独立地包括氟原子或三氟甲基。
可选地，式1所示的阴离子可以包括双氟磺酰亚胺根阴离子（FSI-）、双三氟甲磺酰亚胺根阴离子（TFSI-）中的一种或两种。更可选地，式1所示的阴离子可以包括双氟磺酰亚胺根阴离子（FSI-）。
在一些实施例中，阴离子同时包括六氟磷酸根阴离子和式1所示的阴离子。
式1所示的阴离子是以N为中心的弱配位阴离子，含有共轭基团和强吸电性的氟原子和/或氟代烷基，阴离子电荷高度离域，且阴离子与阳离子之间的作用力较弱，由此还有助于提高电解液的离子电导率。但是，式1所示的阴离子存在腐蚀正极集流体（例如，铝箔）的问题，由此会导致正极活性材料与正极集流体接触不良。六氟磷酸根阴离子的热稳定性不如式1所示的阴离子，但是可以钝化正极集流体，减少式1所示的阴离子对正极集流体的腐蚀；同时，六氟磷酸根阴离子的负极成膜性要好于式1所示的阴离子。
因此，通过使阴离子同时包括六氟磷酸根阴离子和式1所示的阴离子，可以发挥二者之间的协同作用，从而可以减少电池单体循环充放电过程中对电解液的消耗，进而可以使电池单体具有长循环寿命；另外，还可以使电池单体具有较低的生产成本。
可选地，式1所示的阴离子的摩尔浓度可以大于六氟磷酸根阴离子的摩尔浓度。
通过使式1所示的阴离子的摩尔浓度大于六氟磷酸根阴离子的摩尔浓度，有助于电池单体具有长循环寿命、良好的功率性能和高可靠性。这是由于，电池单体的热失控基本过程如下：高温下负极的SEI膜分解，温度进一步升高，充电态的正极活性材料层状含锂过渡金属氧化物剧烈分解并释放出氧气，电解液将发生剧烈的氧化反应。通过使式1所示的阴离子的摩尔浓度大于六氟磷酸根阴离子的摩尔浓度，可以提升电解液的耐氧化还原性。
可选地，式1所示的阴离子的摩尔浓度可以为0.6mol/L-0.9mol/L。
可选地，六氟磷酸根阴离子的摩尔浓度可以为0.3mol/L-0.5mol/L。
在一些实施例中，阴离子还可以包括其他阴离子，例如可以包括但不限于四氟硼酸根阴离子（BF4 -）、高氯酸根阴离子（ClO4 -）、六氟砷酸根阴离子（AsF6 -）、三氟甲磺酸根阴离子（TFS-）、二氟草酸硼酸根阴离子（DFOB-）、二草酸硼酸根阴离子（BOB-）、二氟磷酸根阴离子（PO2F2 -）、二氟二草酸磷酸根阴离子（DFOP-）和四氟草酸磷酸根阴离子（TFOP-）中的一种或多种。
在一些实施例中，阴离子的摩尔浓度可以为1mol/L-1.3mol/L，可选为1.05mol/L-1.15mol/L。
在一些实施例中，电解液在25℃下的粘度可以小于等于5mPa·s，可选为小于等于3mPa·s。由此有助于改善电极组件的电解液浸润性，使电池单体具有良好的循环性能。
电解液的粘度可以使用粘度计进行测试。转子在样品中以恒定转速持续旋转时受到的剪切力使弹簧产生扭矩，扭矩与粘度成正比，由此得到样品的粘度值。
例如，电解液的粘度可以按照如下方法测试：在环境湿度＜80%条件下，取30mL样品恒温在25℃的水浴锅中至少30min，将转子（例如18号转子）装入样品杯，加入样品至离杯口约0.3cm处，启动连接着的粘度计，选择70RPM的转速转动5min即可读数，获得粘度值。测试时可以采集10个数据点，取平均值。测试仪器可以为博勒飞DV-2TLV粘度计。
在一些实施例中，电解液在25℃下的电导率可以为8mS/cm-16mS/cm，可选为9mS/cm-12mS/cm。
电解液的电导率可以通过电导率仪测试获得。示例性地，可以取适量电解液，平均分成3份，然后采用电导率仪在25℃下测定各个样品的电导率，再将所得测试结果取平均值，作为电解液的电导率。测试仪器可以为DDS-307型电导率仪。
电解液的制备方法是公知的。在一些实施例中，可将电解质盐、有机溶剂、添加剂混合均匀得到电解液。各物料的加入顺序没有特别的限制，可以根据实际情况进行选择。可选地，电解质盐的摩尔浓度可以为1mol/L-1.3mol/L，可选为1.05mol/L-1.15mol/L。
电解质盐在有机溶剂中可以解离出阳离子和阴离子。
电解质盐可以包括六氟磷酸锂（LiPF6）、式2所示的电解质盐中的一种或多种，R1、R2分别独立地包括氟原子或C1-C6氟代烷基，M1为Li。可选地，式2所示的电解质盐可以包括双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）中的一种或两种。更可选地，式2所示的电解质盐可以包括双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）。
进一步地，电解质盐可以进一步包括四氟硼酸锂（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiTFS）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟磷酸锂（LiPO2F2）、二氟二草酸磷酸锂（LiDFOP）和四氟草酸磷酸锂（LiTFOP）中的一种或多种。
电解液中的各组分及其含量可以按照本领域常规的方法测定。例如，采用离子色谱（IC）可以对电解液中的电解质盐的种类和含量进行定性或定量分析，测试标准可以参考JY/T020-1996；采用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）可以对电解液中的有机溶剂进行定性和定量分析，测试标准可以参考GB/T9722-2006。
电解液可以在制备过程中取样分析，也可以将制备好的电池放电后，拆解、离心获得。
[隔离膜]
电池单体还包括隔离膜。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止内部短路的作用。
本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施例中，隔离膜可以包括基膜和设置在基膜至少一侧的涂层。
在一些实施例中，基膜的材质可以包括但不限于玻璃纤维、无纺布、聚烯烃中的一种或多种。可选地，基膜的材质可以包括聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯等，更可选为包括聚乙烯。
在一些实施例中，基膜的厚度可以小于等于12μm，可选为3μm-9μm，3μm-7μm，3μm-5μm。
在一些实施例中，基膜的穿刺强度可以大于等于390gf，可选为400gf-480gf。
基膜的穿刺强度越高，其耐穿刺性能越好，能够有效避免正负极颗粒、以及金属异物颗粒刺穿隔离膜而导致正极和负极短接。因此，基膜的穿刺强度在上述范围内，可以提高电池单体短路测试通过率，提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中，基膜105℃、1h下纵向（MD）热收缩率可以小于3%，可选为1%-2.5%。
在一些实施例中，基膜105℃、1h下横向（TD）热收缩率可以小于2%，可选为1%-1.8%。
基膜的热收缩率降低，代表基膜的耐热性好，由此还可以提高电池单体短路测试通过率，提高电池单体的可靠性。
基膜的热收缩率具有本领域公知的含义，可以采用本领域已知的方法进行测量。例如，可参照GB/T 36363-2018进行测试。
在一些实施例中，基膜的纵向拉伸强度可以大于等于2700kgf/cm2，可选为2800kgf/cm2-3500kgf/cm2。
在一些实施例中，基膜的横向拉伸强度可以大于等于2500kgf/cm2，可选为2600kgf/cm2-3200kgf/cm2。
基膜的拉伸强度增加，有利于对正负极颗粒进行有效的包覆，进而可以有效减少正极和负极短接，提升电池单体的可靠性。
基膜的拉伸强度具有本领域公知的含义，可以采用本领域已知的方法进行测量。例如，均可参照GB/T 36363-2018进行测试。
在一些实施例中，基膜的平均孔径可以为10nm-60nm，可选为20nm-40nm。
基膜的平均孔径具有本领域公知的含义，可以采用本领域已知的方法进行测量。例如可以使用毛细流动孔径分析仪进行测试，测试仪器可以为PMI Porometer孔径测试仪。
在一些实施例中，基膜的孔隙率可以为20%-60%，可选为30%-50%。
基膜的孔隙率具有本领域公知的含义，可以采用本领域已知的方法进行测量。例如，均可参照GB/T 36363-2018进行测试。
在一些实施例中，涂层可以包括颗粒状的无机填料。颗粒状的无机填料可以包括但不限于勃姆石、氧化铝、硅氧化合物SiOx（0＜x≤2）、氧化锌、氧化镁、二氧化锡、氧化钛、氧化钙、氧化锆、氧化钇、氧化镍、二氧化铪、氧化铈、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氟化镁、氟化钙、氟化钡、硫酸钡、硅酸镁铝、硅酸镁锂、硅酸镁钠、膨润土、水辉石、钛酸锆、钛酸钡中的一种或多种。
在一些实施例中，涂层还包括非颗粒状的粘结剂。本申请对非颗粒状的粘结剂的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好粘结性的材料，例如可以包括线型粘结剂、乳液型粘结剂以及线型与乳液型混合粘结剂。
可选地，非颗粒状的粘结剂可以具有至少一个选自如下的极性基团：羟基（-OH）、羧基（-COOH）、酯基（-COO-）、氰基（-CN）、酰亚胺基（-CO-NH-CO-）、马来酸酐基（-COOOC-）、磺酸酯基（-SO3H）和吡咯烷酮基（-NCO-）。
可选地，非颗粒状的粘结剂可以包括选自以下单体的均聚物或共聚物：烯丙基聚醚硫酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯醇、丙烯腈、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸锂盐、丙烯酸钠盐、甲基丙烯酸锂盐、异丁烯、马来酸酐。
可选地，非颗粒状的粘结剂可以包括以下的至少一种：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-共-丙烯酸丁酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰多糖、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺。
可选地，涂层中的非颗粒状的粘结剂的质量含量可以小于等于10wt%，基于涂层的总质量计。
电池单体的制备方法是公知的。在一些实施例中，可将正极极片、隔离膜、负极极片和电解液组装形成电池单体。作为示例，可将正极极片、隔离膜、负极极片制成电极组件，将电极组件置于壳体中，烘干后注入电解液，经过静置、化成等工序，得到电池单体。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比和比值都是基于质量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1-1
正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2、粘结剂聚偏二氟乙烯、导电剂Super P按照质量比97:2:1混合，加入适量溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀，获得正极浆料。将正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两个表面上，经干燥、冷压后，获得正极极片。
正极活性材料同时包括单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2和多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2。单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的数量占比为30%，多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的数量占比为70%。单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的体积分布粒径Dv50为4.0μm，多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的体积分布粒径Dv50为11.0μm。混合后的正极活性材料的体积分布粒径Dv50为8.9μm。
负极极片的制备
负极活性材料采用人造石墨和硅氧化物的混合物，二者质量比为93:7。硅氧化物的体积分布粒径Dv50为8μm，人造石墨的体积分布粒径Dv50为10μm，混合后的负极活性材料的体积分布粒径Dv50为8.9μm。将负极活性材料、导电剂Super P、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠按照质量比96.2:0.6:1.3:1.9在适量的溶剂去离子水中充分搅拌混合，获得负极浆料。将负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两个表面上，经干燥、冷压后，获得负极极片。
隔离膜的制备
基膜采用PE多孔膜，厚度为7μm。将氧化铝、粘结剂聚丙烯酸按照质量比94:6在适量的溶剂去离子水中混合均匀，得到涂层浆料。将所配制的涂层浆料用涂布机涂布于PE多孔膜的两个表面上，再通过干燥、分切工序，得到隔离膜。位于PE多孔膜单侧的涂层厚度为1.5μm，涂层总厚度为3μm，隔离膜的总厚度为10μm。
电解液的制备
将碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸乙烯酯（EC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）按照质量比15:45:35:5进行混合得到有机溶剂，然后将LiPF6溶解于上述有机溶剂中，得到电解液。LiPF6的浓度为1.1mol/L。
电池单体的制备
将正极极片、隔离膜和负极极片依次叠放后连接至卷针，然后转动卷针，以使正极极片、隔离膜和负极极片卷绕在卷针上，在卷绕完成后，将卷针抽出，以形成圆柱状的电极组件。
将电极组件置于一端开口的圆柱壳体内，对壳体与端盖组件的接触部分进行激光焊接。焊接结束后，壳体与端盖组件之间形成焊缝，焊缝的熔池深度为350μm、宽度为1000μm、深宽比为0.35。壳体与端盖的材质均为钢。端盖组件设有泄压机构，泄压结构为防爆阀，泄压机构的***强度A为0.75MPa。壳体与端盖组件之间的***强度B为2.8MPa。
通过调节激光焊接参数调节壳体与端盖组件之间的***强度以及壳体与端盖组件之间的焊缝参数。激光波长为1064nm，激光功率密度为6.0×106W/cm2，光斑直径为200μm。
焊接结束后，向电极组件内部注入电解液，经过静置、化成等工序，得到圆柱电池单体。圆柱电池单体的直径为46mm、长度为95mm，壳体的壁厚为0.45mm。
实施例1-2至实施例1-5
除壳体与端盖组件接触部分激光焊接工艺参数不同、壳体与端盖组件之间的焊缝参数不同之外，电池单体的制备与实施例1-1相同，具体参数详见表1。
对比例1-1
除壳体与端盖组件接触部分激光焊接工艺参数不同、壳体与端盖组件之间的焊缝参数不同之外，电池单体的制备与实施例1-1相同，具体参数详见表1。
电池单体的穿钉测试
在25℃下，将电池单体以0.33C恒流恒压充电至上限截止电压4.25V，然后恒压充电至电流为0.05C，此时电池单体为满充状态；将满充的电池单体固定在夹具上，使用直径为5mm的耐高温钢针以25mm/s的速度垂直穿过电池单体的大面，并观察壳体变化情况。电池单体样品数量为10个，统计电池单体穿钉测试后壳体完好个数，即壳体完好率。壳体的完好的判断标准为：防爆阀正常开启、壳体与端盖未裂开、未爆开。
穿钉测试可以模拟电池单体内部短路导致的热失控情况，测试后壳体完好、防爆阀正常开启，则泄压机构定向泄压的作用不受影响，且电池单体不会出现爆喷情况。
表1
由表1测试结果可知，通过使壳体与端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa，可以使电池单体具有高可靠性，电池单体热失控、泄压机构致动时，不会破碎电池单体的结构，由此可以使泄压机构更好地起到定向泄压的作用，进而可以进一步减少电池单体出现爆喷情况。
通过进一步调节壳体与端盖组件之间的***强度和/或壳体与端盖组件之间的***强度与泄压机构的***强度的倍数，可以使圆柱电池单体具有更高的可靠性。
实施例2-1
除以下不同之外，电池单体的制备与实施例1-1相同。
正极活性材料同时包括单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2和多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2。单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的数量占比为60%，多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的数量占比为40%。单晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的体积分布粒径Dv50为4.0μm，多晶形貌的LiNi0.9Co0.06Mn0.04O2的体积分布粒径Dv50为11.0μm。混合后的正极活性材料的体积分布粒径Dv50为6.9μm。
电池单体的能量密度测试
在25℃下，将电池单体以0.33C恒流充电至4.25V，然后恒压充电至电流为0.05C；静置5min之后，将电池单体以0.33C恒流放电至2.8V，得到放电能量Q。电池单体的体积能量密度（Wh/L）=放电能量Q/电池单体的体积V。电池单体的体积V可以根据圆柱体的体积公式计算获得，V = (π × d × d) × L × 0.25。L为电池单体轴向方向的尺寸，d为电池单体的直径。
电池单体的循环性能测试
在25℃下，将电池单体以1C恒流充电至4.25V，然后恒压充电至电流为0.05C；静置5min之后，将电池单体以1C恒流放电至2.8V，记录此时的放电容量，即为第1圈放电容量。将电池单体按照上述方法进行循环充放电测试，直至电池单体的容量衰减为第1圈放电容量的80%，记录电池单体的循环圈数。
表2
由表2测试结果可知，通过调节正极活性材料中单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物的数量占比，可以使电池单体兼具高能量密度和良好的循环性能。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (17)

1.一种电池单体，其特征在于，
所述电池单体包括壳体、电极组件和端盖组件，所述壳体具有容纳腔和开口，所述电极组件置于所述容纳腔内，所述端盖组件盖设所述开口，所述电极组件包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体以及位于所述正极集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物；
所述壳体与所述端盖组件之间的***强度大于等于1.2Mpa。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述端盖组件包括泄压机构，所述壳体与所述端盖组件之间的***强度大于等于所述泄压机构的***强度的1.35倍。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体为方壳电池单体，所述方壳电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为1.2Mpa-1.5Mpa；和/或，所述方壳电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为所述方壳电池单体的所述泄压机构的***强度的1.35倍至2倍。
4.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体为圆柱电池单体，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为1.5Mpa-2.8Mpa；和/或，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为所述圆柱电池单体的所述泄压机构的***强度的2倍至4倍。
5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为1.7Mpa-2.8Mpa；和/或，所述圆柱电池单体的所述壳体与所述端盖组件之间的***强度为所述圆柱电池单体的所述泄压机构的***强度的2.2倍至4倍。
6.根据权利要求2-5任一项所述的电池单体，其特征在于，所述泄压机构的***强度为0.6MPa-0.9MPa。
7.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述壳体与所述端盖组件焊接连接。
8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体满足如下条件（1）至（4）中的至少一者：
（1）所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的熔池深度为300μm-400μm；
（2）所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的宽度为910μm-1100μm；
（3）所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的深宽比为0.33-0.37；
（4）所述壳体与所述端盖组件之间的焊缝的熔池深度为所述端盖组件的厚度的1/2以下。
9.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，
所述壳体的壁厚为0.3mm-0.6mm；和/或，
所述壳体的材质包括钢、铝合金中的任一种；和/或，
所述端盖组件的厚度为0.6mm-2.0mm。
10.根据权利要求1所述电池单体，其特征在于，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比为20%-100%。
11.根据权利要求1所述电池单体，其特征在于，所述正极活性材料同时包括单晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物和多晶形貌的层状含锂过渡金属氧化物，所述单晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比大于等于30%且小于50%，所述多晶形貌的层状含锂过渡金属层状氧化物在所述正极活性材料中的数量占比大于50%且小于等于70%。
12.根据权利要求1所述电池单体，其特征在于，所述电极组件包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及位于所述负极集流体至少一侧的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
13.根据权利要求12所述电池单体，其特征在于，所述负极活性材料满足如下条件（1）至（3）中的至少一者：
（1）所述负极活性材料包括石墨；
（2）所述负极活性材料包括石墨，且所述石墨包括人造石墨、天然石墨中的至少一种；
（3）所述负极活性材料包括硅基材料。
14.根据权利要求1所述电池单体，其特征在于，所述电池单体还包括电解液，所述电解液包括有机溶剂，所述有机溶剂包括链状碳酸酯，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯在所述有机溶剂中的质量占比为50%-80%。
15.根据权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述有机溶剂还包括环状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种，所述环状碳酸酯在所述有机溶剂中的质量占比为20%-50%。
16.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-15任一项所述的电池单体。
17.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求16所述的电池，所述电池用于提供电能。
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