CN115832194B

CN115832194B - 一种电池包和用电装置

Info

Publication number: CN115832194B
Application number: CN202211260409.8A
Authority: CN
Inventors: 董苗苗; 宋佩东; 孙信; 吴李力; 陈兴布; 云亮; 李璇
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-10-11
Anticipated expiration: 2042-10-14
Also published as: CN115832194A

Abstract

本发明涉及一种电池包和用电装置。该电池包包括箱体和设置在箱体中的电池单体，所述箱体包括中央区域和包围所述中央区域设置的周边区域；中央区域内设置的电池单体的正极极片开孔率小于周边区域内设置的电池单体的正极极片开孔率；中央区域内设置的电池单体的电芯容量大于周边区域内设置的电池单体的电芯容量。本发明提供的电池包中电池单体的电芯放电性能得到了改善，并且该电池包在低温条件下仍能够具有整体放电能力优异、续航能力强的优点。

Description

一种电池包和用电装置

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种电池包和用电装置。

背景技术

以锂离子电池为代表的非水系二次电池具有能量密度高、工作电压高等优点，水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。

在上述领域中，锂离子二次电池单体的容量有时无法满足使用需求，此时需要将多个锂离子二次电池单体串联或者并联组成电池包以提高电池包的整体放电量。

现有技术中，往往通过增大正极涂布重量的方式，以提高锂离子二次电池的能量密度，然而这种方式易导致电芯放电性能差；在锂离子二次电池单体组成电池包之后，随着电池包的持续工作，存在局部区域的电池单体放电性能变差，从而使得电池包的整体放电能力降低的缺陷。

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于，提供一种有效改善电芯放电性能，并且在低温下整体放电能力优异、续航能力提高的电池包和用电装置。

为此，第一方面，本发明提供一种电池包，其包括箱体和设置在所述箱体中的电池单体，所述箱体包括中央区域和周边区域，所述周边区域包围所述中央区域设置，所述周边区域与所述箱体的至少一个侧面接触；所述中央区域内设置的电池单体的正极极片开孔率小于所述周边区域内设置的电池单体的正极极片开孔率；所述中央区域内设置的电池单体的电芯容量大于所述周边区域内设置的电池单体的电芯容量。

根据本发明的技术方案，通过在电池包内温升较高的中央区域内设置电芯容量较大且正极极片开孔率较小的电池单体，在温升较低的周边区域内设置电芯容量较小且正极极片开孔率较大的电池单体，可有效改善电池包在低温条件下的放电性能，提升电池包整体放电量。并且，由于在电池单体的正极极片造孔，可以缩短锂离子的固相扩散路径，增大电解液与极片接触面积，从而提高电池单体整体放电性能。

在一些实施方式中，所述中央区域为第一区域，所述周边区域由第二区域和第三区域组成；所述第二区域与所述箱体的一个侧面相接触，所述第三区域与所述箱体的两个相邻侧面相接触；

所述第一区域内设置第一电池单体，所述第二区域内设置第二电池单体，所述第三区域内设置第三电池单体；所述第一电池单体的正极极片具有开孔率t1，所述第二电池单体的正极极片具有开孔率t2，所述第三电池单体的正极极片具有开孔率t3；所述第一电池单体的电芯容量为CAP1，所述第二电池单体的电芯容量为CAP2，所述第三电池单体的电芯容量为CAP3；t1＜t2＜t3，并且CAP1＞CAP2＞CAP3。

根据本发明的技术方案，根据更为精确的电池包温升分布情况，将电池包箱体的内部空间进一步划分为三个区域进行电池包单体的排布，相较于将电池包箱体的内部空间划分为两个区域而言，更有利于电池包整体性能的提升。

在一些实施方式中，CAP1、CAP2、CAP3满足以下关系：0.95≤CAP2/CAP1≤0.99，0.85≤CAP3/CAP1≤0.97。

当CAP1、CAP2、CAP3满足上述关系时，有利于进一步提高电池包在低温条件下的性能。

在一些实施方式中，0≤t1≤0.5％，0.5％≤t2≤6％，6％≤t3≤12％。

采用上述取值范围内的开孔率，不仅使得电池单体的倍率放电性能明显改善，并且对电芯容量的损失较小、工艺上可以实现。

在一些实施方式中，所述正极极片上的开孔的孔间距为200～800μm，开孔深度为18～70μm，开孔孔径为20～120μm。优选地，所述正极极片上的开孔的孔间距为300～800μm，开孔深度为35～70μm，开孔孔径为40～120μm。

在一些实施方式中，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层的涂布重量为400～700mg/1540.25mm²。

根据本发明的技术方案，正极极片厚涂布，有利于提高电池单体的能量密度，并且，由于本发明采取了正极极片开孔的方式，避免了现有技术中因为正极极片厚涂而造成的电阻升高、恶化正极动力学性能、使电池单体放电性能变差的缺点。

在一些实施方式中，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层含有高镍正极材料。

在一些实施方式中，所述高镍正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yM_zO₂，其中，M选自Mn、Al、Zr、Ti、V、Mg、Fe、Mo、Ta、W、Nb、Sb、La中的一种或两种以上的组合，1≤a≤2；且x+y+z＝1，0.9≤x＜1，0≤y＜0.1。

在一些实施方式中，所述高镍正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0.9≤x＜1，0≤y＜0.1，且x+y+z＝1。

在一些实施方式中，所述电池单体、所述第一电池单体、所述第二电池单体、所述第三电池单体的负极极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层含有石墨和硅基材料；所述硅基材料在负极活性物质层中的质量占比为30％～60％。

在一些实施方式中，所述负极极片经过预补锂处理，例如经过原位预补锂处理。

在一些实施方式中，所述电池单体、所述第一电池单体、所述第二电池单体、所述第三电池单体中，电解液的导电率为7～20mS/cm，优选为8.8～12mS/cm。

本发明的第二方面，提供一种用电装置，其包括本发明第一方面所述的电池包。

根据本发明的技术方案，所述用电装置即使在低温下也能长时间地正常使用，并且具有整体放电能力优异、续航能力提高的优点。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

采用本发明的技术方案，通过在电池包箱体内部的温升不同的区域配置具有不同正极极片开孔率和电芯容量的电池单体，能够使温升不同的区域的电池单体在低温条件下也能具有良好的放电性能，从而可以有效提升电池包整体的放电量。并且，由于在电池单体的正极极片造孔，可以缩短锂离子的固相扩散路径，增大电解液与极片接触面积，从而提高电池单体整体放电性能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一实施方式的电池包的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的电池包除去箱体后的结构组件的俯视图；

图3为本发明另一实施方式的电池包除去箱体后的结构组件的俯视图；

图4为本发明一实施方式的电池包作为电源的用电装置的示意图。

附图标记说明

1电池包；2盖板；3侧板；g1、g1’、g2、g2’间隙；BL1’中央边界线；BL2’周边边界线；BL1第一边界线；BL2第二边界线；R1’中央区域；R2’周边区域；R1第一区域；R2第二区域；R3第三区域；51中央区域电池单体；52周边区域电池单体；61第一电池单体；62第二电池单体；63第三电池单体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明所公开的“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，如果列出了最小范围值1和2，并且列出了最大范围值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。在本发明中，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，本发明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。

如果没有特别的说明，本发明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。

如果没有特别的说明，本发明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，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，本发明所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。

如果没有特别的说明，在本发明中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。

发明人注意到，往往通过增大正极涂布重量的方式，以提高锂离子二次电池的能量密度，然而这种方式易导致电芯放电性能差；在锂离子二次电池单体组成电池包之后，随着电池包的持续工作，存在局部区域的电池单体放电性能变差，从而使得电池包的整体放电能力降低的缺陷。

为了解决上述问题，发明人首先对造成上述缺陷的原因进行了探究。随着电池包的持续工作，由于电池包不同位置的散热能力及保温效果不一样，导致各位置电池单体的温升不一样。通常电池包中央区域的温升较高，而电池包外圈区域的温升较低。相同容量的电池单体组装电池包时，由于各电池单体的放电能力相同，且电池单体具有随温度降低，可放电量降低的特点，因此位于电池包外圈的电池单体由于温升较低，导致可放电量减少，提前达到截止电压，成为整个电池包的短板。此外，由于正极极片的厚涂布设计，使极片厚度增大，导致正极电阻升高，从而使电池单体的放电性能变差。

基于此，本发明提出了以下技术方案和具体实施方式。

本发明提供一种电池包，其包括箱体和设置在所述箱体中的电池单体，所述箱体包括中央区域和周边区域，所述周边区域包围所述中央区域设置，所述周边区域与所述箱体的至少一个侧面接触；所述中央区域内设置的电池单体的正极极片开孔率小于所述周边区域内设置的电池单体的正极极片开孔率；所述中央区域内设置的电池单体的电芯容量大于所述周边区域内设置的电池单体的电芯容量。

根据本发明的技术方案，由于随时电池包的持续工作，其中央区域的温升较高，而周边区域的温升较低；因此通过在中央区域内配置电芯容量较大且正极极片开孔率较小的电池单体，在周边区域内配置电芯容量较小且正极极片开孔率较大的电池单体，从而可以实现在电池包外圈温升低的情况下，放电性能更优的电池单体实际放电量更多，从而能够提升电池包整体放电量。并且，与此同时，由于在电池单体的正极极片造孔，可以缩短锂离子的固相扩散路径，增大电解液与极片接触面积，从而提高电池单体整体放电性能。

术语“开孔率”指，正极极片表面开孔的孔面积总和除以正极极片总面积的比率。可通过以下方法检测开孔率：

取固定大小的极片，在光学显微镜下观测极片表面孔大小，并测量孔的直径R和孔间距L，电芯整体极片长度l和宽度w，计算开孔率公式为：

开孔率＝π(R/2)²*n/(l*w)

其中，n为孔个数，极片孔个数n＝(l/L)*(w/L)。

电池包

在一些实施方式中，以电池包的内部空间具有两个区域为例，对本发明的电池包进行具体说明。

图1是本发明一实施方式的电池包1的结构示意图。图2是某一实施例中图1所示的电池包除去箱体后的结构组件的俯视图。

如图1和图2所示，电池包1包括箱体和设置在箱体中的多个电池单体。箱体可以是由侧板3和相对设置的底板与盖板2围合形成的封闭空间。

如图2所示，对于箱体内电池单体的排布，中央区域R1’是由中心边界线BL1’包围的大致矩形区域，位于箱体的内部空间的矩形形状的中心部(例如，中央区域R1’的矩形形状的长和宽可以分别为箱体的内部空间的矩形形状的长和宽的大致二分之一)；周边区域R2’包围中央区域R1’设置，周边区域R2’可以是由中心边界线BL1’与周边边界线BL2’之间的大致环形区域，周边区域R2’与箱体的四个侧面相接触，其中，中央边界线BL1’和周边边界线BL2’是为了清楚地表示中央区域R1’和周边区域R2’而画的虚拟线。

进一步地，在所述中央区域R1’中设置有中央区域电池单体51，在所述周边区域R2’中设置有周边区域电池单体52；周边区域电池单体52包围中央区域电池单体51的周围排布。中央区域电池单体51的正极极片开孔率小于周边区域电池单体52的正极极片开孔率；并且，中央区域电池单体51的电芯容量大于周边区域电池单体52的电芯容量。

电池包中不同位置的温升情况不同，通常，越靠外侧的区域温升越低，越靠近中心的区域温升越高。电池单体具有随温度降低，可放电量降低的特点。如整个电池包中都采用相同放电能力的电芯，则位于低温升区域的电芯易由于放电量降低而提前达到截止电压，成为整个电池包的短板。本发明通过在低温升圈层(即周边区域R2’)配置放电性能更好的电池单体，使得其在外圈温升低的情况下，即使实际放电量有所下降也不至于成为电池包的短板，从而可以有效提升电池包整体的放电量。

在一些实施方式中，以电池包的箱体具有三个区域为例，对本发明的电池包进行具体说明。

图3是某一实施例中图1所示的电池包除去箱体后的结构组件的俯视图。

如图1和图3所示，电池包1包括箱体和设置在箱体中的多个电池单体。箱体可以是由侧板3和相对设置的底板与盖板2围合形成的封闭空间。

如图3所示，对于箱体内电池单体的排布，第一区域R1是由第一边界线BL1包围的大致矩形的区域，位于箱体的内部空间的矩形形状的中心部(例如，第一区域R1的矩形形状的长和宽可以分别为箱体的内部空间的矩形形状的长和宽的大致二分之一)；第二区域R2和第三区域R3共同包围第一区域R1设置，第二区域R2和第三区域R3位于第一边界线BL1与第二边界线BL2之间的大致环形区域，其中，第二区域R2与箱体的侧板3的一个侧面相接触，第三区域R3与侧板3的两个相邻侧面相接触；其中，第一边界线BL1、第二边界线BL2是为了清楚地表示各区域而画的虚拟线。

进一步地，在所述第一区域R1中设置有第一电池单体61，其正极极片的开孔率为t1，电芯容量为CAP1；在所述第二区域R2中设置有第二电池单体62，其正极极片的开孔率为t2，电芯容量为CAP2；在所述第三区域R3中设置有第三电池单体63，其正极极片的开孔率为t3，电芯容量为CAP3；t1＜t2＜t3，并且CAP1＞CAP2＞CAP3。

本发明通过进一步研究发现，通过仿真的方法对电池包温升分布进行确定得到更为精确的电池包温升分布情况，在中央区域R1’温升高于周边区域R2’的基础上，进一步地，周边区域R2’靠近箱体顶角的区域(即第三区域R3，其同时与侧板3的两个相邻侧面相接触)的温升高于靠近箱体侧边的区域(即第二区域R2，其仅与侧板3的一个侧面相接触)。因此，在本发明的一实施方式中，将电池包箱体的内部空间进一步划分为三个区域并进行电池单体的排布，相较于将电池包箱体的内部空间划分为两个区域而言，更有利于电池包整体性能的提升。

如图2、图3所示，多个电池单体中位于较外侧的电池单体可以是与电池包箱体的底板、盖板2、侧板3的内表面接触，也可以是与设置在电池包箱体的内表面上的结构件相接触。在图2、图3的俯视图中，在最外侧的电池单体与电池包箱体的内表面之间任选地形成有间隙g1、g1’、g2、g2’，在这些间隙中可以设置电池包的各种结构件，例如隔热垫等。在不同的电池单体之间的空隙中，可以任选地设置电容器等，以提高电池包整体的能量密度。

根据本发明的技术方案，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极极片上的开孔设置于所述正极活性物质层上，并且，所述开孔为盲孔。即，所述正极极片上的开孔设置于所述正极活性物质层上，但未贯通所述正极活性物质层。

通过在电池单体的正极极片造孔，可以缩短锂离子的固相扩散路径，增大电解液与极片接触面积，从而提高电池单体整体放电性能。通过使电池包中不同区域内的电池单体具有不同的开孔率，可实现对不同区域内电池单体放电性能的调节。

在一些实施方式中，0≤t1≤0.5％，0.5％≤t2≤6％，6％≤t3≤12％；例如，在满足t1＜t2＜t3的前提下，t1可选自0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等，t2可选自0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％等，t3可选自6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％等。

在一些实施方式中，0＜t1≤0.5％，0.5％≤t2≤6％，6％≤t3≤12％。

当开孔率由零开始提高时，有利于改善因正极极片厚涂布造成的动力学问题，从而改善倍率放电性能，然而，随时开孔率的进一步提高，将会对电芯容量造成负面影响，如果开孔率太高，则可能导致电芯容量损失严重影响实际应用，更严重者还可能导致正极极片损伤，使得电芯在充放电的收缩膨胀过程中发生断裂。据此，本发明提供了上述t1、t2、t3的取值范围，以保证开孔率的设置可使得电池单体的倍率放电性能明显改善，并且对电芯容量的损失较小、工艺上可以实现。

在一些实施方式中，所述正极极片上的开孔的孔间距为200～800μm，开孔深度为18～70μm，开孔孔径为20～120μm。

正极极片上开孔的孔间距、开孔深度和开孔孔径是与开孔率相匹配的，不同的开孔率对应于不同的孔间距、开孔深度和开孔孔径的范围值。例如当开孔率为0.5～12％时，所述正极极片上的开孔的孔间距为300～800μm，开孔深度为35～70μm，开孔孔径为40～120μm。本领域技术人员可根据目标开孔率选择相应的孔间距、开孔深度和开孔孔径，这是容易实现的。优选地，本领域技术人员可根据开孔率在本发明所述的孔间距、开孔深度、开孔孔径的范围值内进行选择，这将更有利于加工、电芯性能等。

采用上述孔间距、开孔深度、开孔孔径，既能保证极片加工性能又能保证对电芯动力学性能有提升。如果开孔均低于三种参数的下限，则极片开孔对电芯放电性能的改善作用不大或无改善，反而由于开孔导致的活性物质损失从而使得实际放电容量下降；如果开孔均高于三种参数的上限，则极片在加工过程中容易出现断带情况导致无法卷绕，且由于开孔导致的活性物质损失过大从而使得动力学改善幅度无法弥补实际容量的损失。

CAP1、CAP2和CAP3的上述关系与极片上的开孔率相关，当CAP1、CAP2、CAP3满足上述关系时，可以保证电池包低温性能更高；如果由于开孔率过高导致CAP2/CAP1和CAP3/CAP1均低于下限值，则可能导致高开孔率带来的放电性能提升无法弥补其导致的容量损失，此时电池包外圈放电量仍与内圈电芯存在较大差异，电池包放电量仍较低；如果CAP2/CAP1和CAP3/CAP1均高于上限值，则三种电芯在初始涂布过程涂布重量即存在差异，使电池生产更复杂。

在一些实施方式中，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层的涂布重量为400～700mg/1540.25mm²；例如，所述涂布重量可选自400mg/1540.25mm²、450mg/1540.25mm²、500mg/1540.25mm²、550mg/1540.25mm²、600mg/1540.25mm²、650mg/1540.25mm²、700mg/1540.25mm²等。

当采用上述涂布重量时，有利于提高电池单体的能量密度，使电池的质量能量密度达到350wh/kg以上。同时，由于采用了正极极片开孔的方式，避免了现有技术中因为正极极片厚涂而造成的电阻升高、恶化正极动力学性能、使电池单体放电性能变差的缺点。

本领域技术人员知晓，在制备电池极片时，可通过机器参数设置涂布重量；此外，对于已经制备得到的电池极片，可通过以下方法检测涂布重量：将涂布后烘干的极片或从电芯中拆出后，将烘干的极片冲成面积为1540.25mm²的小圆片，称重记录重量m1；将空铝箔/空铜箔冲成面积为1540.25mm²的小圆片，称重记录重量m0，涂布重量即为m1-m0。

在一些实施方式中，所述电池单体的正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层含有高镍正极材料。

通过采用高镍正极材料，其高克容量更有利于提高电池能量密度。

在一些实施方式中，所述电池单体的负极极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层含有石墨和硅基材料；所述硅基材料在负极活性物质层中的质量占比为30％～60％。

通过采用含有石墨和硅基材料的负极活性物质层，有利于提高电池单体及电池包整体的能量密度。

在一些实施方式中，所述硅基材料选自硅氧、硅碳等。

在一些实施方式中，所述电池单体的负极极片经过预补锂处理，例如经过原位预补锂处理。

可通过本领域常规方法进行预补锂，例如：通过补锂装置给已涂布冷压后的负极极片进行补锂；补锂装置中锂带输送结构用于输送锂带，基材输送结构用于输送负极极片，将锂带和负极极片进行辊压，辊压后锂带附着于阳极极片表面，完成预补锂。

通过预补锂处理，可以弥补由于负极掺硅导致的首效低的问题，提高电芯放电容量。

在一些实施方式中，所述电池单体中，电解液的导电率为7～20mS/cm，优选为8.8～12mS/cm；例如，所述导电率可选自7mS/cm、8mS/cm、8.8mS/cm、9mS/cm、10mS/cm、11mS/cm、12mS/cm、13mS/cm、14mS/cm、15mS/cm、16mS/cm、17mS/cm、18mS/cm、19mS/cm、20mS/cm等。

以上电芯设计体系为厚涂布设计体系，动力学性能较差，电解液对电芯动力学性能影响较大，采用电导率在7～20mS/cm的电解液，可以有效兼顾电芯寿命和动力学性能。而电导率提升时，在提高动力学性能的同时，也导致电芯高温产气，因此8.8～12mS/cm的电导率范围的电解液能够更好地平衡电芯寿命和动力学性能。

用电装置

另外，本发明还提供一种用电装置，所述用电装置包括本发明的电池包。所述电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(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、储能系统等，但不限于此。

作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择电池单体或电池包。

图4是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置在低温条件下对续航能力的需求，可以采用本发明的电池包。

实施例

以下说明本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

(一)电池单体的制备

I.第一电池单体的制备

[制备例I-1]

1)正极极片的制备

将作为正极活性材料的LiNi_0.92Co_0.04Mn_0.04O₂、作为导电剂的石墨和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料；其中，正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比为96:2:2。将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，涂布重量为600mg/1540.25mm²，经烘干、冷压后，通过激光打孔进行均匀造孔，使正极极片的开孔率为0.3％(对应于该开孔率，采用孔间距200μm，孔径20μm，孔深度18μm)，然后再经分条、裁片后；得到正极极片。

2)负极极片的制备

将负极活性材料石墨和SiO(其中SiO在负极活性材料中的占比为50％)、作为导电剂的超导电炭黑SP、作为粘结剂的SBR和作为增稠剂的CMC-Na按照质量比96:1:1:2分散在作为溶剂的去离子水中混合均匀，得到负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，涂布重量为169mg/1540.25mm²；经烘干、冷压、预补锂、分条、裁片后，得到负极极片。

3)隔离膜

选用聚乙烯膜作为隔离膜。

4)电解液的制备

将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)按照体积比1:1:1混合均匀得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF₆溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液，然后将电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)充分溶解与电解液中，其导电率为10.9mS/cm。

5)电池单体的制备

将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序层叠，使隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形工序，获得第一电池单体I-1。

[制备例I-2]

除了正极极片的涂布重量为578mg/1540.25mm²，负极极片的涂布重量为164mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-2。

[制备例I-3]

除了正极极片的涂布重量为658mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为0％，负极极片的涂布重量为187mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-3。

[制备例I-4]

除了负极极片的涂布重量为170mg/1540.25mm²，电解液电导率为8.9mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-4。

[制备例I-5]

除了正极极片的开孔率为0％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-5。

[制备例I-6]

除了正极极片的开孔率为0.2％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-6。

[制备例I-7]

除了正极极片的开孔率为4.8％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-7。

[制备例I-8]

除了正极极片的涂布重量为495mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为10％，负极极片的涂布重量为140mg/1540.25mm²，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第一电池单体I-8。

II.第二电池单体的制备

[制备例II-1]

除了正极极片的开孔率为4.8％以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-1。

[制备例II-2]

除了正极极片的涂布重量为588mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为4.8％，SiO在负极活性材料中的占比为45％，负极极片的涂布重量为176mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-2。

[制备例II-3]

除了正极极片的涂布重量为555mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为4.8％，负极极片的涂布重量为157mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-3。

[制备例II-4]

除了正极极片的开孔率为4.8％，负极极片的涂布重量为170mg/1540.25mm²，电解液电导率为8.9mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-4。

[制备例II-5]

除了电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-5。

[制备例II-6]

除了正极极片的开孔率为13％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-6。

[制备例II-7]

除了正极极片的开孔率为0％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-7。

[制备例II-8]

除了正极极片的开孔率为4.8％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第二电池单体II-8。

III.第三电池单体的制备

[制备例III-1]

除了正极极片的开孔率为10％以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-1。

[制备例III-2]

除了正极极片的涂布重量为590mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为10％，SiO在负极活性材料中的占比为40％，负极极片的涂布重量为188mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-2。

[制备例III-3]

除了正极极片的涂布重量为405mg/1540.25mm²，正极极片的开孔率为10％，负极极片的涂布重量为115mg/1540.25mm²以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-3。

[制备例III-4]

除了正极极片的开孔率为10％，负极极片的涂布重量为170mg/1540.25mm²，电解液电导率为8.9mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-4。

[制备例III-5]

除了正极极片的开孔率为10％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-5。

[制备例III-6]

除了正极极片的开孔率为20％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-6。

[制备例III-7]

除了正极极片的开孔率为0％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-7。

[制备例III-8]

除了正极极片的开孔率为4.8％，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-8。

[制备例III-9]

除了正极极片的涂布重量为690mg/1540.25mm²，负极极片的涂布重量为196mg/1540.25mm²，电解液电导率为7.5mS/cm以外，与制备例I-1同样地操作，获得第三电池单体III-9。

(二)电池包的组装

[实施例1]

如图3所示，电池包箱体的内部空间划分为第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3，在第一区域R1中配置第一电池单体I-1作为第一电池单体61，在第二区域R2中配置第二电池单体II-1作为第二电池单体62，在第三区域R3中配置第三电池单体III-1作为第三电池单体63，组装成电池包。其中，第一电池单体61的数量:第二电池单体62的数量:第三电池单体63的数量＝32：76：24。

[实施例2]

除了使用第一电池单体I-2代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-2代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-2代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[实施例3]

除了使用第一电池单体I-3代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-3代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-3代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[实施例4]

除了使用第一电池单体I-4代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-4代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-4代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[实施例5]

除了使用第一电池单体I-5代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-5代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-5代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[实施例6]

除了使用第一电池单体I-6代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-6代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-6代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[对比例1]

除了使用第一电池单体I-5代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-7代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-7代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[对比例2]

除了使用第一电池单体I-7代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-8代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-8代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

[对比例3]

除了使用第一电池单体I-8代替第一电池单体I-1，使用第二电池单体II-8代替第二电池单体II-1，使用第三电池单体III-9代替第三电池单体III-1以外，与实施例1同样地操作，组装成电池包。

(三)相关测试

1、电池单体的电芯容量测试

25℃下电池容量测试如下：将电池置于25℃环境下静置至电池温度为25℃恒定；以1/3C的电流充电到充电终止电压；静置10分钟；以0.05C的电流充电到充电终止电压；静置10分钟；以1/3C的电流放电到放电终止电压，记录此步放电容量作为25℃@0.33C的电池放电容量C0，对应放电能量为E0。电芯容量的测试结果如表1所示。

2、电池包低温放电测试

100％SOC放电@-10℃测试如下：(1)将电池包置于25℃环境下静置至电池温度为25℃恒定；(2)以1/3C的电流充电到充电终止电压；(3)静置10分钟；(4)以0.05C的电流充电到充电终止电压；(5)静置10分钟；(6)以1/3C的电流放电至放电截止电压，记录此步放电容量为C1，对应放电能量为E1；(6)计算-10℃放电容量保持率C1/C0，放电能量保持率E1/E0。电池包整体放电量的测试结果如表1所示。

表1

根据表1的结果可知，在实施例1～6中，第一电池单体、第二电池单体、第三电池单体均满足t1＜t2＜t3，且CAP1＞CAP2＞CAP3的关系，电池包在-10℃整体放电量达到61.7％～69.3％。其中，实施例1～4中，还满足0≤t1≤0.5％，0.5％≤t2≤6％，6％≤t3≤12％，相对于实施例5～6，具有更优的电池包放电性能。

而在对比例1和对比例2中，各电池单体的开孔率相同，其电池包在-10℃整体放电量显著差于实施例。对比例3中，各电池单体的开孔率和电芯容量不同，然而其不满足本发明限定的关系，其电池包在-10℃整体放电量也显著差于实施例。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电池包，其特征在于，包括箱体和设置在所述箱体中的电池单体，所述箱体包括中央区域和周边区域，所述周边区域包围所述中央区域设置，所述周边区域与所述箱体的至少一个侧面接触；所述中央区域内设置的电池单体的正极极片开孔率小于所述周边区域内设置的电池单体的正极极片开孔率；所述中央区域内设置的电池单体的电芯容量大于所述周边区域内设置的电池单体的电芯容量。

2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述中央区域为第一区域，所述周边区域由第二区域和第三区域组成；所述第二区域与所述箱体的一个侧面相接触，所述第三区域与所述箱体的两个相邻侧面相接触；

3.如权利要求2所述的电池包，其特征在于，CAP1、CAP2、CAP3满足以下关系：0.95≤CAP2/CAP1≤0.99，0.85≤CAP3/CAP1≤0.97。

4.如权利要求2所述的电池包，其特征在于，0≤t1≤0.5％，0.5％≤t2≤6％，6％≤t3≤12％，

t1和t2不同时为0.5%，且t2和t3不同时为6%。

5.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述正极极片上的开孔的孔间距为200～800μm，开孔深度为18～70μm，开孔孔径为20～120μm。

6.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层的涂布重量为400～700mg/1540.25mm²。

7.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层含有高镍正极材料。

8.如权利要求7所述的电池包，其特征在于，所述高镍正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yM_zO₂，其中，M选自Mn、Al、Zr、Ti、V、Mg、Fe、Mo、Ta、W、Nb、Sb、La中的一种或两种以上的组合，1≤a≤2；且x+y+z＝1，0.9≤x＜1，0≤y＜0.1。

9.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述电池单体的负极极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层含有石墨和硅基材料；所述硅基材料在负极活性物质层中的质量占比为30％～60％。

10.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述电池单体的负极极片经过预补锂处理。

11.如权利要求1～4任一项所述的电池包，其特征在于，所述电池单体中，电解液的导电率为7～20mS/cm。

12.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1～11任一项所述的电池包。