一种电池单体、电池及用电装置与制备方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种电池单体、电池及用电装置与制备方法，涉及电池领域。电池单体包括外壳，外壳的容纳腔内含有三氟化硼气体。该电池单体的制备方法是将电极组件设置于容纳腔内，并将电解液注入到容纳腔内，再进行封装处理、抽真空处理、化成处理，制成初始电池单体；对初始电池单体的容纳腔进行抽真空处理，再将三氟化硼气体充入到容纳腔内，进行密封处理，制成电池单体。电池单体、电池及用电装置与制备方法能够延缓产热速率，提升电池安全性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种电池单体、电池及用电装置与制备方法


[0001]本申请涉及电池领域，具体涉及一种电池单体、电池及用电装置与制备方法。

技术介绍

[0002]目前，电池的使用安全，尤其是高镍三元等高能量密度锂离子电池池的使用安全对其推广应用起到至关重要的作用。电池在使用的过程中，极端的外部高温或内部短路等因素导致电池内部温度迅速升高，从而引起热失控（thermal runaway，指电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象）。一旦发生热失控后，电池可能会起火，爆炸，严重威胁电池的使用安全。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本申请提供一种电池单体、电池及用电装置与制备方法，能够延缓产热速率，提升电池安全性能。
[0004]第一方面，本申请提供了一种电池单体，其包括外壳，所述外壳具有容纳腔，所述容纳腔内含有三氟化硼气体。
[0005]本申请实施例的技术方案中，电池单体的容纳腔内含有三氟化硼（BF3）气体，三氟化硼具有强路易斯酸性的中心原子——硼原子，可捕获正极释放出的氧活性物质，降低电解液的氧化速率，从而能够延缓产热速率，提升电池安全性能，还能够降低直接在电解液中添加功能添加剂而导致的性能恶化的问题。
[0006]在一些实施例中，所述三氟化硼气体在所述容纳腔内的压强不低于0.1kPa，可选为0.1kPa
‑
100kPa。一定量的三氟化硼气体可以较长时间发挥延缓产热速率的作用，而且对电池单体容纳腔内的环境影响比较小。
[0007]在一些实施例中，所述电池单体还包括位于所述容纳腔内的电极组件，所述电极组件包括正极片和负极片，所述正极片包括集流体以及设置在所述集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性物质层和钝化层，所述正极活性物质层位于所述集流体与所述钝化层之间，所述钝化层中含有硼元素。利用容纳腔内的三氟化硼（BF3）经过化成，能够在正极表面形成含有硼元素的钝化层，能够稳定正极活性物质的表/界面，从而延缓材料的衰退，降低正极界面阻抗，提升电池的循环性能。
[0008]在一些实施例中，所述硼元素在所述钝化层中的原子百分含量不低于0.5%，可选为0.5%
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5%。一定量的硼能够有效降低正极界面阻抗，而且对钝化层自身作用的影响较小。
[0009]在一些实施例中，所述电池单体还包括位于所述容纳腔内的电解液，所述电解液中含有氟硼化合物。电解液中的氟硼化合物能够快速捕获正极释放出的氧活性物质，降低电解液的氧化速率，从而能够延缓产热速率，提升电池安全性能。前述的氟硼化合物包括溶于电解液中的三氟化硼，该三氟化硼能够与溶剂形成的三氟化硼络合物从而稳定的存在，该氟硼化合物不仅能够稳定地存在于电解液内，还能够发挥三氟化硼的作用：当电池在工况使用过程中，若正极材料发生释氧，电解液中的三氟化硼络合物可及时同电解液中的氧
活性物质结合，减缓电解液被氧化产热，降低电池发生热失控的风险。
[0010]在一些实施例中，基于所述电解液的总质量计，所述氟硼化合物的质量百分含量不低于0.1%，可选为0.1%
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5%。一定量的氟硼化合物能够稳定地溶于电解液中并发挥捕获氧活性物质的作用，而且对电解液的影响较小。
[0011]在一些实施例中，所述容纳腔内还含有功能气体，所述功能气体包括N2、CO2、SO2中的至少一种。通过加入其他功能气体，从而提升电池的性能。电池单体内还添加了氮气这种气体，氮气具有对锂枝晶的钝化作用，当电池发生析锂时，可及时与锂枝晶发生反应，对锂枝晶进行修复或直接将锂枝晶去除，从而降低电池短路的风险，提升电池的循环性能。通过含有硼元素的钝化层和CO2气体协同作用，发挥CO2修饰锂枝晶并修饰SEI成膜性质的功能，有利于提高电池循环稳定性。通过SO2，提高反应效率。
[0012]第二方面，本申请提供了一种电池单体的制备方法，其包括以下步骤：将正极片和负极片，制成电极组件；提供具有容纳腔的外壳，将所述电极组件设置于所述容纳腔内，并将电解液注入到所述容纳腔内，再进行封装处理、抽真空处理、化成处理，制成初始电池单体；对所述初始电池单体的所述容纳腔进行抽真空处理，再将三氟化硼气体充入到所述容纳腔内，进行密封处理，制成电池单体。
[0013]本申请实施例的技术方案中，在化成后、出货前提前充入一定量的三氟化硼气体，使出货电池单体内含有三氟化硼，当电池在工况使用过程中在正极材料发生释氧时，可及时将氧活性物质捕获，提升电池热安全性能，同时提升循环性能。而且本申请的添加剂为气体形式，且仅含有所需元素或官能团，减少对电解液性质的影响。
[0014]在一些实施例中，在所述制成初始电池单体步骤中，在所述抽真空处理后，化成处理前，将三氟化硼气体充入到所述容纳腔内。在电池单体制造过程中的化成工序前，先充入一定量的三氟化硼（BF3）气体，使之在化成工序参与成膜反应，可在正极活性物质表面形成稳定的界面膜，阻止正极表/界面的衰退，这种钝化层通过修饰界面、抑制极片界面副反应，抑制阻抗增长，从而延长电池循环寿命。
[0015]在一些实施例中，在所述制成初始电池单体的步骤中，充入的所述三氟化硼气体的质量占所述电解液的质量的0.1%
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5%，可选为0.1%
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3%。化成前充入一定量的三氟化硼，有助于钝化层的形成。
[0016]在一些实施例中，在所述制成电池单体的步骤中，所述容纳腔内充入的所述三氟化硼气体的压强不低于0.1kPa，可选为0.1kPa
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800kPa。出货前电池单体充入一定量的三氟化硼，有助于在工况使用中捕获氧活性物质。
[0017]在一些实施例中，在所述制成电池单体的步骤中，在所述抽真空处理后，还向所述容纳腔内充入功能气体，所述功能气体包括N2、CO2、SO2中的至少一种。出货前提前充入功能气体，使出货电池单体内含有适量功能气体，能够提升电池性能。
[0018]在一些实施例中，充入的所述功能气体还满足（1）
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（3）中的至少一项：（1）所述容纳腔内充入的所述三氟化硼气体和所述N2的压强之比为（20
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99）：（1
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80）；（2）所述容纳腔内充入的所述三氟化硼气体和所述CO2的压强之比为（50
‑
99）：（1
‑
50）；
（3）所述容纳腔内充入的所述三氟化硼气体和所述SO2的压强之比为（50
‑
99）：（1
‑
50）。
[0019]本申请实施例的技术方案中，在电池单体内同时充入一定量的功能气体，能够提升电池性能，例如充入一定量的氮气，氮气能够发挥对锂枝晶的钝化作用，而且减小对电池单体内部环境的影响。
[0020]第三方面，本申请提供了一种电池，包括前述实施例的电池单体或者前述实施例的制备方法制得的电池单体。
[0021]第四方面，本申请提供了一种用电装置，包括前述实施例的电池。
[0022]上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池单体，其特征在于，其包括外壳，所述外壳具有容纳腔，所述容纳腔内含有三氟化硼气体。2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述三氟化硼气体在所述容纳腔内的压强不低于0.1kPa。3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述三氟化硼气体在所述容纳腔内的压强为0.1kPa
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100kPa。4.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体还包括位于所述容纳腔内的电极组件，所述电极组件包括正极片和负极片，所述正极片包括集流体以及设置在所述集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性物质层和钝化层，所述正极活性物质层位于所述集流体与所述钝化层之间，所述钝化层中含有硼元素。5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述硼元素在所述钝化层中的原子百分含量不低于0.5%。6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述硼元素在所述钝化层中的原子百分含量为0.5%
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5%。7.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体还包括位于所述容纳腔内的电解液，所述电解液中含有氟硼化合物。8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，基于所述电解液的总质量计，所述氟硼化合物的质量百分含量不低于0.1%。9.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于，所述氟硼化合物的质量百分含量为0.1%
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5%。10.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，所述容纳腔内还含有功能气体，所述功能气体包括N2、CO2、SO2中的至少一种。11.一种电池单体的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将正极片和负极片，制成电极组件；提供具有容纳腔的外壳，将所述电极组件设置于所述容纳腔内，并将电解液注入到所述容纳腔内，再进行封装处理、抽真空处理、化成处理，制成初始电池单体；对所述初始电池单体的所述容纳腔进行抽真空处理，再将三氟化硼气体充入到所述容纳腔内，进行密封处理，制成电池单体。12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，谢岚，沙莹，宋帅，林真，李伟，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：