CN109233652B

CN109233652B - 导电胶带、使用该导电胶带的极片、电芯和二次电池

Info

Publication number: CN109233652B
Application number: CN201710383181.4A
Authority: CN
Inventors: 郭培培; 何平; 赵义; 彭业军; 谢斌
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: CN109233652A

Abstract

本申请涉及一种导电胶带，以及使用该导电胶带的极片、电芯和二次电池。该导电胶带包括粘接基体层和离型纸，离型纸的一面与粘接基体层贴合，粘接基体层包括粘接剂和导电剂，导电剂分散于粘接剂内；导电剂在粘接基体层中的质量百分数为10％～30％。当该导电胶带用于粘接用于二次电池的极片本体和极耳时，既可以使极耳与极片本体之间粘接牢固，避免极耳脱落，又可以保证极耳和极片本体之间的电连接，从而保证了电池的品质。

Description

导电胶带、使用该导电胶带的极片、电芯和二次电池

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，具体讲，涉及一种导电胶带，以及使用该导电胶带的极片、电芯和二次电池。

背景枝术

锂离子电池被广泛应用于移动终端、电动工具、电动汽车等各类电子产品中。锂离子电池主要包括电芯和保护电路板。其中，电芯作为蓄电部分，主要结构包括正极片、负极片、隔膜和电解液。电芯的质量直接决定了锂离子电池的质量，是整个锂离子电池的心脏。

电芯的正极片或负极片均包括极片本体和极耳。其中，极片本体包括集流体层和设置于集流体层外的活性物质层，且极片本体上设置有曝露出集流体层的空箔区。极耳与极片本体的空箔区焊接，从而实现与极片本体的电连接。

上述现有技术存在的缺陷在于，极耳与极片本体采用焊接方式连接，易产生虚焊或过焊等现象，从而导致极耳脱落。此外，焊接产生的毛刺也极易刺穿隔膜引起电芯内部短路，这些都严重影响到锂离子电池的产品品质。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请的首要发明目的在于提出一种导电胶带。

本申请的第二发明目的在于提出使用该导电胶带的极片。

本申请的第三发明目的在于提出使用该二次电池极片的电芯。

本申请的第四发明目的在于提出使用该电芯的二次电池。

为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：

本申请涉及一种导电胶带，包括粘接基体层和离型纸，所述离型纸的一面与所述粘接基体层贴合，所述粘接基体层包括粘接剂和导电剂，所述导电剂分散于所述粘接剂内；所述导电剂在所述粘接基体层中的质量百分数为10％～30％。

可选地，所述导电剂在所述粘接基体层中的质量百分数为15％～20％。

可选地，所述粘接剂选自硅橡胶、氯丁橡胶、SIS、SBS、萜烯树脂中的至少一种。

可选地，所述导电剂包含导电颗粒和导电纤维中的至少一种。

可选地，所述导电剂的材料选自金、银、铜、铝、镍中的至少一种。

可选地，所述金属颗粒的粒径、所述金属纤维的长度和径向尺寸均小于等于微米级。

可选地，所述导电胶带包括两层所述粘接基体层以及位于所述两层粘接基体层之间的导电基层。

可选地，所述导电基层的材料为金属，所述金属选自金、银、铜、铝、镍中的至少一种。

本申请还涉及一种极片，包括极片本体和设置在所述极片本体上的极耳，所述极片本体上设置有至少一个用于粘接所述极耳的极耳粘接部，所述极耳粘接部和所述极耳通过前述的导电胶带粘接。

本申请还涉及一种电芯，包括隔膜、第一极片和第二极片，第一极片与第二极片极性相反，隔膜位于第一极片与第二极片之间，所述第一极片和第二极片中的至少一者为前述的极片。

本申请还涉及一种二次电池，包括包装壳、容纳于所述包装壳内的电芯和所述包装壳内的电解质，所述电芯为前述的电芯。

本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：

本申请提供了一种导电胶带，其包括离型纸和粘接基体层。由于粘接基体层是由粘结剂和均匀分散在粘接剂中的导电剂构成，能够同时兼顾导电胶带的粘接性能和导电性能。当该导电胶带用于粘接用于二次电池的极片本体和极耳时，既可以使极耳与极片本体之间粘接牢固，避免极耳脱落，又可以保证极耳和极片本体之间的电连接，从而保证了电池的品质。

附图说明

图1为本申请一种导电胶带的剖面示意图；

图2为本申请另一种导电胶带的剖面示意图；

图3为本申请导电胶带的平面示意图；

图4为采用本申请的导电胶带粘结极耳和集流体后，粘有极耳的集流体的剖视图；

图5为采用本申请的导电胶带粘结极耳和集流体后，粘有极耳的集流体的平面图。

其中：

1-导电胶带；

11-粘接基体层；

110-粘接剂；

111-导电剂；

12-离型纸；

2-导电胶带；

21-第一粘接基体层；

22-第二粘接基体层；

210-粘接剂；

211-导电剂；

23-导电基层；

24-离型纸；

3-极片；

31-集流体；

32、33-活性物质层；

34-极耳收容凹槽；

4-极耳。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。

本申请涉及一种导电胶带1，包括粘接基体层11和离型纸12。如图1所示，离型纸12的一面与粘接基体层11贴合，粘接基体层11包括粘接剂110和导电剂111，导电剂111均匀分散于粘接剂110内，能够同时兼顾导电胶带1的粘接性能和导电性能。当该导电胶带1用于粘接用于二次电池的极片本体和极耳时，既可以使极耳与极片本体之间粘接牢固，避免极耳脱落，又可以保证极耳和极片本体之间的电连接，从而保证了电池的品质。

作为对本申请导电胶带1的一种改进，导电胶带1还可以包括两层粘接基体层11以及位于两层粘接基体层11之间的导电基层23。导电基层23的表面可以为平整面，也可以为非平整面。其结构可以为不间断整体，也可以在内部或表面存在孔洞或间隙。导电基层23的形状和面积与粘接基体层11相同，导电基层23在粘接基体层11内延伸设置，可以进一步增加该导电胶带1的导电性，并对导电胶带1起到整体支撑作用。

如图2所示，本申请的导电胶带2包括第一粘接基体层21、第二粘接基体层22、导电基层23和离型纸24。第二粘接基体层22、导电基层23、第一粘接基体层21与离型纸24依次贴合。具体地，第一粘接基体层21的一面与离型纸24贴合，第一粘接基体层21的另一面与导电基层23的一面贴合，导电基层23的另一面与第二粘接基体层22贴合，第一粘接基体21层和第二粘接基体层22均包括粘接剂210和导电剂211，导电剂211分散于粘接剂210内。与仅包括粘接基体层11和离型纸12的导电胶带1相比，导电胶带2在第一粘接基体21层和第二粘接基体层22中间设置导电基层23，能够提高导电胶带2的整体刚度，同时增强其导电能力。

进一步地，对于上述的导电胶带1和导电胶带2，粘接剂110和粘接剂210可以选自硅橡胶、氯丁橡胶、SIS、SBS、萜烯树脂中的至少一种。使用上述粘接剂210，不仅可以实现粘接基体层的高导电性，还可以在电解质环境中保持较高的粘结性及导电性能，且不会改变电解质成分，从而保证电芯容量及循环寿命不受影响。

其中，硅橡胶主要由含甲基和少量乙烯基的硅氧链节组成，也可以引入苯基、三氟丙基及氰基。硅橡胶分热硫化型(高温硫化硅胶HTV)和室温硫化型(RTV)，其中室温硫化型又分缩聚反应型和加成反应型。热硫化型硅橡胶用量最大，又可分甲基硅橡胶(MQ)、甲基乙烯基硅橡胶(VMQ，用量及产品牌号最多)、甲基乙烯基苯基硅橡胶PVMQ(耐低温、耐辐射)，其它还有睛硅橡胶、氟硅橡胶等。

氯丁橡胶，又名氯丁二烯橡胶，是由氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶。具体种类包括CR122型氯丁橡胶、CR232型氯丁橡胶、CR24412442型氯丁橡胶、CR321 322型氯丁橡胶等。

SIS为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，两者的生产工艺基本相同，均为热塑性弹性体，兼具橡胶和塑料性质。SIS和SBS可上位为苯乙烯系嵌段共聚物(StyreneicBlock Copolymers，简称SBCs)。

萜烯树脂是以蒎烯为原料，经阳离子催化聚合而得到的聚合物。分子式为(C₁₀H₁₆)_n，n为整数，平均分子量为650～2600。

下面以导电胶带1为例说明粘接基体层11、粘接剂110和导电剂111的具体设置。导电胶带2中的第一粘接基体层21、第二粘接基体层22、粘接剂210和导电剂211也采用相同的方式设置。

虽然石墨片或碳纳米管也可以作为导电剂111用于粘接基体层11中，但金属的导电性远高于碳基材料。

因此本申请中使用金属材质的导电剂111。

进一步地，导电剂111包含导电颗粒和导电纤维中的至少一种。由于粘接基体层11的厚度为微米级，当导电剂111的粒径在微米级或纳米级时是可见的，可采用手工或机械方式将导电剂111进行单层平铺或多层堆叠。此时导电剂111能够很好的在粘接基体层11中分布，并且有利于形成粘接基体层11的平整表面。由于与导电颗粒相比，导电纤维在胶状的粘接基体层11中不易团聚，且大量导电纤维的无序排列能够形成网状结构，实现在各个方向上的导电，因此可选导电剂111为导电纤维。上述导电剂111的材质选自金、银、铜、铝、镍石墨烯和石墨中的至少一种，这些金属均具有良好的导电性。按电阻率由小到大排序，依次为银、铜、金、铝、镍。

进一步地，导电剂111在粘接基体层11中的质量百分数为10％～30％，可选为15～20％，此时导电剂111不仅能够在粘接基体层11内分散良好，还能部分露出粘接基体层11，实现导电胶带1与粘接对象之间的导通。可选地，导电剂111在粘接基体层11中的质量上限为30％、25％、20％、15％，质量下限为10％、15％、20％、25％。导电剂111含量过小，导电率相对较低，无法满足导电需要；导电剂111含量过大，相应减少了粘接剂110在粘接基体层11中的含量，导致导电胶带1的粘接性能下降。

离型纸12是一种防止预浸料粘连，又可以保护预浸料不受污染的防粘纸。可选其材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

对于包括第一粘接基体层21、第二粘接基体层22、导电基层23和离型纸24的导电胶带，为提高导电性能，导电基层23的材料可以为金属，其材料的选择与前述的导电剂111类似，选自金、银、铜、铝、镍中的至少一种。本申请中无需限定第一粘接基体层21、第二粘接基体层22和导电基层23的厚度比例，三者的厚度均为微米级，但从结合强度考虑，应该满足导电基层23的厚度小于第一粘接基体层21和第二粘接基体层22中任意一者的厚度。

当导电胶带1包括粘接基体层11和离型纸12时，其制备方法至少包括以下步骤：

1)当导电剂111为金属纤维时，可以将一层或多层金属纤维堆叠，形成网状导电纤维，然后在导电剂111表面涂覆粘接剂110，使网状导电纤维与粘接剂彼此粘接形成粘接基体层11。也可以将纤维状或颗粒状的导电剂111与粘接剂110均匀混合，得到粘接基体层11。本申请优选采用将金属纤维堆叠再涂覆粘接剂110的方式，这样能够减少导电剂111在粘接剂110中的团聚，同时网状导电纤维具有更好的导电性能。

2)将粘接基体层11按照一定的尺寸和间距贴附在离型纸12表面，得到导电胶带1。

同样地，当导电胶带2包括第一粘接基体层21、第二粘接基体层22、导电基层23和离型纸24时，其制备方法至少包括以下步骤：

1)在导电剂211表面涂覆粘接剂210，或者将导电剂211与粘接剂210混合，得到组分相同的第一粘接基体层21和第二粘接基体层22，该步骤与前述方法的步骤1)相似。

2)将第一粘接基体层21和第二粘接基体层22分别涂覆在导电基层23的两面，

3)将离型纸24与第一粘接基体层21或第二粘接基体层22贴合，通过冷压得到导电胶带2。在本实施例中，如图3所示，是将离型纸24与第一粘接基体层21贴合。

该导电胶带1和导电胶带2适用于各电子设备。由于其在电解质环境中仍然能够保持较高的粘性和导电性，本申请中可选将其用于二次电池中粘接极耳。以导电胶带1为例，其最终状态可以为卷状或片状。如果导电胶带1最终为卷状，只需要在粘接基体层11的单面贴附离型纸12，其结构与卷状透明胶带类似；如果导电胶带1最终为片状，为了使粘接基体层11的两面均保持粘性，需要在粘接基体层11的两面都贴附离型纸12。因为粘接基体层11的一面需要与集流体粘接，另一面需要与极耳粘接，不限定哪一面粘接极耳，两面没有区别。

本申请还涉及一种极片，包括集流体、活性物质层和至少一个极耳，集流体和极耳通过前述的导电胶带粘接。具体地，将导电胶带1用于电池极片3以贴附极耳4的示意图如图4和图5所示。在集流体31的两面分别涂覆有活性物质层32和活性物质层33，在活性物质层33上预留有极耳收容凹槽34。将无离型纸12贴覆的粘接基体层11的一面粘接到极耳4的根部，然后剥去离型纸12，通过热压使粘接剂110融化，粘接基体层11的另一面粘接在极耳收容凹槽34内，同时在热压作用下使粘接基体层11分别与极耳4和集流体31充分接触，并通过粘接基体层11中的导电剂111形成极耳4-导电剂111-集流体31的导电通路。

本申请还涉及一种电芯，所述电芯包括隔膜、第一极片和第二极片，第一极片与第二极片极性相反，隔膜位于第一极片与第二极片之间，第一极片和第二极片中的至少一者为前述的极片。

本申请还涉及一种二次电池，包括包装壳、容纳于包装壳内的电芯和包装壳内的电解质，其中的电芯为前述的电芯。

实施例1

在一层或多层相互堆叠的导电剂的表面涂覆粘接剂，使导电剂和粘接剂彼此粘接形成粘接基体层，导电剂为金属纤维或金属颗粒。随后按照长*宽为15*4mm的尺寸将粘接基体层进行分切，并以5mm的间距将粘接基体层依次贴覆在离型纸的一面并收卷，从而形成导电胶带卷料，其结构示意图如图1和图3所示。

采用本实施例制备的导电胶纸卷料粘接极耳时，首先将无离型纸贴覆的粘接基体层的一面粘接到极耳的根部，然后剥去离型纸，再将极耳通过热压使粘接基体层的另一面粘接在极耳收容凹槽内。

采用本申请导电胶带粘接极耳制备得到的正极极片和负极极片制作成二次电池电芯，得到电芯P1-P15。导电剂和粘接剂的种类见表1。

表1

实施例2

在一层或多层相互堆叠的导电剂的表面涂覆粘接剂，使导电剂和粘接剂彼此粘接，形成组成和厚度相同的第一粘接基体层和第二粘接基体层，导电剂为金属纤维或金属颗粒。将第一粘接基体层和第二粘接基体层分别贴合在导电基层的两面，随后按照长*宽为15*4mm的尺寸将包括第二粘接基体层、导电基层和第一粘接基体层的复合层进行分切，并以5mm的间距将该复合层依次贴覆在离型纸的一面并收卷，从而形成导电胶带卷料，其结构示意图如图2和图3所示。

采用本实施例制备的导电胶纸卷料粘接极耳和制备二次电池电芯的方式同实施例1，得到电芯P16-P29。导电剂、导电基层和粘接剂的种类、导电基层和粘接基体层的厚度见表2。

表2

对比例1

采用市场上常见的丙烯酸酯导电胶粘接正极极片和负极极片的极耳，并利用该正极极片和负极极片，制作成二次电池电芯记为P1#。

对比例2

采用实施例1中电芯P1的方法制备导电胶带，以及二次电池电芯P2#，区别在于粘接剂为购自上海华谊丙烯酸有限公司的丙烯酸酯。

对比例3

采用实施例1中电芯P1的方法制备导电胶带，以及二次电池电芯P3#，区别在于粘接剂为汇瑞323T有机硅胶。

对比例4

采用实施例1中电芯P1的方法制备导电胶带，以及二次电池电芯P4#，区别在于导电剂为购自北京德科岛金科技有限公司的石墨化碳纳米管。

测试例1

对实施例1和对比例1-4所得的电芯分别取100个，进行充放电测试后，比较容量变化，并拆解观察电芯内的极耳粘接情况。测试结果示于表3。

表3

由表3统计可知，当选用本申请的导电剂和粘接剂，且导电剂在粘接基体层中的质量比例为15％～20％时，电芯充电良好且没有极耳脱落问题。但导电剂含量过少(5％、10％)时，导电剂完全被粘接剂包覆，会影响导电性能，导致容量正常比例下降。而导电剂含量过多(30％、35％)时粘接剂相对不足，造成部分极耳脱落。

对比例中1-3中未使用本申请的粘接剂，不仅电芯无法正常充电，极耳也会大量脱落。对比例4中的导电剂为碳纳米管，虽然粘接性能良好，但与金属导电剂相比，导电性能有所下降。

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种极片，包括极片本体和设置在所述极片本体上的极耳，所述极片本体上设置有至少一个用于粘接所述极耳的极耳粘接部，其特征在于，所述极耳粘接部和所述极耳通过导电胶带粘接；

所述导电胶带包括粘接基体层和离型纸，所述离型纸的一面与所述粘接基体层贴合，

所述粘接基体层包括粘接剂和导电剂，所述导电剂分散于所述粘接剂内；

所述导电剂在所述粘接基体层中的质量百分数为15％～20％，所述粘接剂选自硅橡胶、氯丁橡胶、SIS、SBS、萜烯树脂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述导电剂包含导电颗粒和导电纤维中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述导电剂的材料选自金、银、铜、铝、镍、石墨烯和石墨中的至少一种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的极片，其特征在于，所述导电胶带包括两层所述粘接基体层以及位于所述两层粘接基体层之间的导电基层。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述导电基层的材料为金属，所述金属选自金、银、铜、铝、镍中的至少一种。

6.一种电芯，包括隔膜、第一极片和第二极片，所述第一极片与所述第二极片极性相反，所述隔膜位于所述第一极片与所述第二极片之间，其特征在于，所述第一极片和第二极片中的至少一者为权利要求1-5任一项所述的极片。

7.一种二次电池，包括包装壳、容纳于所述包装壳内的电芯和所述包装壳内的电解质，其特征在于，所述电芯为权利要求6所述的电芯。