CN108400337B - 锂离子电池用集流体和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开锂离子电池用集流体和包括该集流体的锂离子电池，通过将现有的涂层结构或者光箔结构的集流体改为格状缠绕结构，集流体包括由导电金属丝缠绕而成的单层或者多层格状结构，正极集流体所用金属丝可以是铝丝，钛丝，钛铝合金丝，负极为铜丝。本发明缠绕结构有多个面可以与活性物质接触，增加了活性物质与集流体的粘结面，利于彼此粘接，较少粘结剂的使用量，而且增加活性物质与集流体的接触面积，减小内阻；此外，缠绕并且均匀分布的格状结构，增加了集流体的力学性能，使其受力更加均衡，降低加工难度。比较网状结构及冲孔状集流体，缠绕结构提供更强的力学性能，与活性物更大的接触面积，与钛丝配合应用大大提升了电池的循环性能。

Description

锂离子电池用集流体和锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池集流体和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池集流体如铜箔、铝箔。其功用主要是将电池活性物质固定在集流体上，同时将活性物质产生的微电流汇集起来对外输出或为活性物质提供电化学反应微电流对内输入。因此，集流体应与活性物质粘接能力应足够大，足够紧密。

当前锂离子电池所用的集流体通常为光箔集流体和涂层集流体，这两种集流体主要存在以下缺陷：集流体与活性物质的粘结性能差，粘结剂的使用量较多，从而导致电池比能量密度低及活性物质的导电性能较差；锂电池的应用成本居高不下，集流体在单体电芯制造成本占有较高比例。

发明内容

本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了锂离子电池用集流体和锂离子电池。

本发明采取的技术方案如下：

一种锂离子电池用集流体，包括由导电金属丝缠绕而成的单层或者多层格状结构。

作为一种可实施方式，每层格状结构均包括多个第一导电金属丝和多个第二导电金属丝，同层格状结构中，各第一导电金属丝平行间隔设置，所述第二导电金属丝缠绕在各第一导电金属丝上。

作为一种可实施方式，所述第二导电金属丝包括非缠绕部以及缠绕在第一导电金属丝上的缠绕部，第二导电金属丝的各缠绕部的长度和为A，第二导电金属丝的各非缠绕部的长度和为B，第一导电金属丝未被缠绕部的长度和为C，A与(A+C+B)的比值为缠绕比率，所述缠绕比率的范围为1％-100％。

缠绕部的长度为a，第二导电金属丝的各缠绕部的长度和

第二导电金属丝的非缠绕部位于相邻两根第一导电金属丝之间，第二导电金属丝的非缠绕部的长度为b，第二导电金属丝的各非缠绕部的长度和

第一导电金属丝的非缠绕部位于相邻两个非缠绕部之间，第一导电金属丝的非缠绕部的长度为c，

作为一种可实施方式，所述第一导电金属丝为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝的一种；所述第二导电金属丝为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝的一种。

作为一种可实施方式，所述集流体为正极集流体，所述第一导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝，所述第二导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝。

作为一种可实施方式，所述集流体为负极集流体，所述第一导电金属丝和第二导电金属丝均为铜丝。

作为一种可实施方式，所述导电金属丝的横截面面积为0.000001-100平方毫米。

作为一种可实施方式，所述导电金属丝的横截面为圆形、椭圆形或封闭的多边形。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述的集流体；

所述锂离子电池的正极集流体采用铝丝、钛丝、或钛铝合金丝一种或多种形成；

所述锂离子电池的负极集流体采用铜丝形成。

本发明的有益效果是：本发明提供的锂离子电池用集流体和包括该集流体的锂离子电池，通过将现有的涂层结构或者光箔结构的集流体改为格状缠绕结构，格状结构有多个面可以与活性物质接触，增加了活性物质与集流体的粘结面，利于彼此粘接，较少粘结剂的使用量，而且增加活性物质与集流体的接触面积，减小内阻；此外，缠绕并且均匀分布的格状结构，增加了集流体的力学性能，使其受力更加均衡，降低加工难度。比较网状结构及冲孔状集流体，缠绕结构提供更强的力学性能，与活性物更大的接触面积，与钛丝配合应用大大提升了电池的循环性能。

附图说明：

图1是本发明实施例提供的锂离子电池用集流体金属缠绕的结构示意图。

图中各附图标记为：

1、第一导电金属丝；2、第二导电金属丝；3、缠绕部；4、第二导电金属丝的非缠绕部；5、第一导电金属丝的非缠绕部。

具体实施方式：

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

参见图1，本发明实施例一提供的锂离子电池用集流体，包括由导电金属丝缠绕而成的单层或者多层格状结构，每层格状结构均包括多个第一导电金属丝1和多个第二导电金属丝2，同层格状结构中，各第一导电金属丝1平行间隔设置，第二导电金属丝2缠绕在各第一导电金属丝1上。于本实施例中为单层格状结构，实际运用时可以为多层。

如图1所示，于本实施例中，第二导电金属丝2包括非缠绕部4以及缠绕在第一导电金属丝上的缠绕部3，第二导电金属丝的各缠绕部的长度和为A(即集流体中全部第二导电金属丝缠绕部的和)，第二导电金属丝的各非缠绕部的长度和为B(即集流体中全部第二导电金属丝非缠绕部的和)，第一导电金属丝未被缠绕部5的长度和为C(即集流体中全部第一导电金属丝非缠绕部的和)，A与(A+C+B)的比值为缠绕比率，缠绕比率的范围为1％-100％。

缠绕部3的长度为a，第二导电金属丝的各缠绕部的长度和

第二导电金属丝的非缠绕部4位于相邻两根第一导电金属丝之间，第二导电金属丝的非缠绕部4的长度为b，第二导电金属丝的各非缠绕部的长度和

第一导电金属丝的非缠绕部5位于相邻两个非缠绕部之间，第一导电金属丝的非缠绕部5的长度为c，

上述的第一导电金属丝可以为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝，第二导电金属丝可以为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝。当集流体为正极集流体时，第一导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝，第二导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝。当集流体为负极集流体时，第一导电金属丝和第二导电金属丝均为铜丝。

实际运用时，当正极集流体采用铝丝和钛丝时，铝丝和钛丝的使用比例可以为(1：0)-(0：100)；当正极集流体采用铝丝和钛铝合金丝时，铝丝和钛铝合金丝的使用比例可以为(1：0)-(0：100)。

于本实施例中，导电金属丝的横截面面积为0.000001-100平方毫米；导电金属丝的横截面为圆形、椭圆形或封闭的多边形。

本发明实施例二还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述实施例一提供的锂离子电池用集流体，正极集流体采用铝丝、钛丝、或钛铝合金丝一种或多种形成，负极集流体采用铜丝形成。

下面列举几种具体的实施方式对本发明提供的锂离子电池用集流体的性能进行对比说明：

实施方式一(现有的光铝箔+光铜箔)

负极配料：按照97：3：120的比例配置石墨、粘结剂、去离子水为负极浆料，高速搅拌20h后，利用涂布机将浆料涂在厚度为0.03mm光铜箔上，双面涂层，涂敷烘干后极片厚度为1.5mm，干燥后将极片进行辊压得到的极片厚度约为0.3mm，得到光箔负极极片；

正极配料：按照92：2：6：100的比例配置磷酸铁锂、导电剂、PVDF粘结剂、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)为正极浆料，高速搅拌16h后，利用涂布机将正极浆料均匀涂在在厚度为0.05mm光铝箔上，双面涂层，涂敷烘干后极片厚度为1.80mm，干燥后将极片进行辊压得到的活性物质厚度约为0.36mm，得到光箔正极极片；利用上述光箔正极极片，光箔负极极片，隔膜，电解液等做成18650圆形电池。

实施方式二(现有的编织铝箔+编织铜箔)

选取直径0.03mm的铝丝和0.01mm的铜丝编织成长为10000mm，宽为150mm的编织网状集流体，其中网格为正方形，铝网网格边长L₁＝0.15mm，铜网网格边长L₂＝0.03。依据实施方式一涂布方法制备出规格相同的网状电池极片。

利用上述极片、隔膜、电解液等做成18650圆形电池。

实施方式三(现有的开孔铝箔+开孔铜箔)

选取厚度为0.03mm的铝箔和厚度为0.01mm的铜箔，采用打孔方式在箔片上均匀，成排打孔，孔为圆，铝箔孔直径为0.03mm，铜箔孔直径为0.01mm，所打孔的面积占总箔片面积的30％，制备成长为10000mm，宽为150mm的冲孔状集流体。依据实施方式一涂布方法制备出规格相同的极片。

利用上述极片和光箔负极极片、隔膜、电解液等做成18650圆形电池。

实施方式四(本发明的一实施方式：缠绕铝丝+光铜箔)

选取直径为0.05mm铝丝和0.03mm的铝丝，两者使用比例分别为1：5，缠绕比率为10％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为150mm的缠绕格状正极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.15mm。依据实施方式一正极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状正极极片。

利用上述缠绕格状正极极片和光箔负极极片、隔膜、电解液等做成18650圆形电池。

实施方式五(本发明的另一实施方式：光铝箔+缠绕铜丝)

选取直径为0.02mm的铜丝和0.01mm的铜丝，两者使用比例分别为1：5，缠绕比率为7％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为152mm的缠绕格状负极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.06mm。依据实例1负极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状负极极片。

利用上述光箔正极极片和缠绕格状负极极片、隔膜、电解液等做成18650圆形电池。

实施方式六(本发明的另一实施方式缠绕钛丝、铝丝+缠绕铜丝)

选取直径为0.05mm的钛丝和0.03mm铝丝，两者使用比例分别为1：5，利用钛丝缠绕，缠绕比率为7％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为150mm的正极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.15mm。依据实施方式一正极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状正极极片。

选取直径为0.02mm的铜丝和0.01mm的铜丝，两者使用比例分别为1：5，缠绕比率为7％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为152mm的缠绕格状负极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.06mm。依据实例1负极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状负极极片。

实施方式七(本发明的另一实施方式缠绕铝丝+缠绕铜丝)

选取直径为0.03mm铝丝，缠绕比率为25％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为150mm的正极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.03mm。依据实施方式一正极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状正极极片。

选取直径为0.01mm的铜丝，缠绕比率为25％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为152mm的缠绕格状负极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.01mm。依据实例1负极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状负极极片。

实施方式八(本发明的另一实施方式缠绕铝丝+缠绕铜丝)

选取直径为0.03mm钛丝和0.03mm铝丝，两者适用比例为1：5，缠绕比率为50％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为150mm的正极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.06mm。依据实施方式一正极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状正极极片。

选取直径为0.01mm的铜丝，缠绕比率为50％，采用图1缠绕方式制备成长为10000mm，宽为152mm的缠绕格状负极集流体，其中格子为正方形，边长L＝0.02mm。依据实例1负极涂布方法制备出规格相同的缠绕格状负极极片。

利用上述缠绕格状正极极片、缠绕格状负极极片，隔膜，电解液等做成18650圆形电池。

对上述实施方式一至实施方式八所制备的集流体和极片以及电池，分别进行力学性能测试，结果详见表1：

表1

显而易见，本发明提供的具有缠绕的集流体，其拉伸强度及粘接强度均优于其它类型集流体。(粘接强度测试：用1mm的画格器画格，格子尺寸为1±0.01mm，查看活性物质脱落格数，脱落格子越少，粘接强度越好。)

对上述实施方式一至实施方式八所制备的集流体和极片以及电池，分别进行电化学性能测试，结果详见表2：

表2

由表2可知，本发明提供的钛丝缠绕结构的集流体，电池的循环性能更好，缠绕比率高的内阻小。

此外，实施方式四～八相对于传统的铝箔和铜箔来说，可以减少金属用量，降低箔材使用成本。

由此可见，本实施例提供的缠绕结构的集流体，能大大提高电池的循环性能，降低内阻，提高集流体力学性能，降低箔材使用成本。

本发明提供的锂离子电池用集流体和包括该集流体的锂离子电池，通过将现有的涂层结构或者光箔结构的集流体改为格状缠绕结构，格状结构有多个面可以与活性物质接触，增加了活性物质与集流体的粘结面，利于彼此粘接，较少粘结剂的使用量，而且增加活性物质与集流体的接触面积，减小内阻；此外，缠绕并且均匀分布的格状结构，增加了集流体的力学性能，使其受力更加均衡，降低加工难度。比较网状结构及冲孔状集流体，缠绕结构提供更强的力学性能，与活性物更大的接触面积，与钛丝配合应用大大提升了电池的循环性能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池用集流体，其特征在于，包括由导电金属丝缠绕而成的单层或者多层格状结构；

每层格状结构均包括多个第一导电金属丝和多个第二导电金属丝，同层格状结构中，各第一导电金属丝平行间隔设置，所述第二导电金属丝缠绕在各第一导电金属丝上；

所述第二导电金属丝包括非缠绕部以及缠绕在第一导电金属丝上的缠绕部，第二导电金属丝的各缠绕部的长度和为A，第二导电金属丝的各非缠绕部的长度和为B，第一导电金属丝未被缠绕部的长度和为C，A与(A+C+B)的比值为缠绕比率，所述缠绕比率的范围为：大于等于7%且小于100%。

2.如权利要求1所述的锂离子电池用集流体，其特征在于，所述第一导电金属丝为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝的一种；所述第二导电金属丝为铝丝、钛丝、钛铝合金丝或铜丝的一种。

3.如权利要求2所述的锂离子电池用集流体，其特征在于，所述集流体为正极集流体，所述第一导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝，所述第二导电金属丝为铝丝、钛丝或钛铝合金丝。

4.如权利要求2所述的锂离子电池用集流体，其特征在于，所述集流体为负极集流体，所述第一导电金属丝和第二导电金属丝均为铜丝。

5.如权利要求1所述的锂离子电池用集流体，其特征在于，所述导电金属丝的横截面面积为0.000001-100平方毫米。

6.如权利要求1所述的锂离子电池用集流体，其特征在于，所述导电金属丝的横截面为圆形、椭圆形或封闭的多边形。

7.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1、5或6任意一项所述的集流体；

所述锂离子电池的正极集流体采用铝丝、钛丝、或钛铝合金丝一种或多种形成；

所述锂离子电池的负极集流体采用铜丝形成。

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