CN109873161A - 一种电池 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种电池。本申请的电池包括正极极片、负极极片和电解液，正极集流体包括绝缘层和导电层，绝缘层用于承载导电层，导电层用于承载正极活性材料层，导电层位于绝缘层的至少一个表面上，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm；导电层的至少一个表面上设置有保护层；负极集流体为厚度为6μm～12μm的铜箔集流体。本申请的电池不仅可提高电池的安全性能，同时兼具良好的倍率性能，还可以提高电池的重量能量密度。

Description

一种电池
技术领域
本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种电池。
背景技术
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害。因此锂离子电池的安全问题很大程度地限制了锂离子电池的应用和普及。
大量实验结果表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本所在。为了避免发生电池内短路，研究者们试图改进隔膜结构、电池机械结构等。其中有些研究是从改善集流体的设计方面来提升锂离子电池的安全性能。
当由于发生碰撞、挤压、穿刺等异常情况而导致电池发生内短路时，电池温度会上升；已有技术中有采用在金属集流体的材料中加入低熔点合金的技术方案，随着电池温度的上升，该集流体中的低熔点合金发生熔融，从而造成极片断路，由此切断电流，从而改善了电池的安全性；或采用具有树脂层两面复合有金属层的多层结构的集流体，随着电池温度的上升，当达到树脂层的材料的熔点时，该集流体的树脂层熔融而使极片破损，由此切断电流，从而改善电池的安全问题。
然而已有技术中的这些方法都无法有效地阻止锂离子电池内短路的发生，而且也无法保证在异常情况发生后电池还可以继续工作。在上述这些改进方法中，电池发生内短路后，电池温度依然会急剧升高，当电池温度骤升时，若安全构件不能快速响应的话，则依然会发生不同程度的危险；而且在上述这些改进方法中，在安全构件响应后，虽然电池的安全隐患得以解决，然而电池却无法继续工作。
因此，有必要提供一种能在碰撞、挤压、穿刺等异常情况发生后，有效地防止电池由于内短路的发生而引起的着火、爆炸等事故且不影响电池正常工作的电池设计。
发明内容
鉴于此，本申请提出一种电池，以提高电池的安全性能，同时兼具良好的倍率性能。
本申请的电池包括正极极片、负极极片和电解液，所述正极集流体包括绝缘层和导电层，所述绝缘层用于承载所述导电层，所述导电层用于承载所述正极活性材料层，所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上，所述导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm；所述导电层的至少一个表面上设置有保护层；所述负极集流体为厚度为6μm～12μm的铜箔集流体。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
首先，本申请电池中的正极集流体的绝缘层不导电，因此其电阻较大，可以提高电池在异常情况下发生短路时的短路电阻，使短路电流大幅度减小，因此可极大地降低短路产热量，从而改善电池的安全性能；同时本申请电池的正极集流体通过采用设置有较小厚度的金属层的绝缘层代替传统的纯金属箔集流体，还可以提高电池的重量能量密度；
其次，本申请电池的正极集流体上还设置有保护层，该导电层一方面可以保证集流体能够为电极活性材料层提供电子，即起到导电和集流的作用，另一方面保护层还可以整体提高集流体的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还有效防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。
最后，本申请电池的正极集流体虽然可以改善电池的安全性能，但其导电性能较传统铝箔集流体差，因此本申请的电池的负极集流体采用厚度为6μm～12μm的铜箔集流体，从而可以保证电池的倍率性能，且可以防止负极析锂。
本申请的电池不仅可提高电池的安全性能，同时兼具良好的倍率性能，还可以提高电池的重量能量密度。
附图说明
图1为本申请某一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；
图2为本申请又一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；
图3为本申请又一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；
图4为本申请又一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；
图5为本申请某一具体实施方式的正极极片的结构示意图；
图6为本申请又一具体实施方式的正极极片的结构示意图；
图7为本申请一次穿钉实验的示意图；
图8为电池1#和电池4#在一次穿钉实验后的温度变化曲线；
图9为电池1#和电池4#在一次穿钉实验后的电压变化曲线。
其中：
1-正极极片；
10-正极集流体；
101-正极绝缘层；
102-正极导电层；
103-正极保护层；
11-正极活性材料层；
2-负极极片；
20-负极集流体；
21-负极活性材料层；
3-隔膜；
4-钉子。
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。
下面对本申请实施例提出的电池的结构和性能进行详细描述。
本申请实施例涉及一种电池，包括正极、隔离膜、负极和电解液。
在正极极片中，正极极片包括正极集流体和正极活性材料层。下面详细描述本发明实施例电池中的正极集流体。
本发明实施例电池中的正极集流体包括绝缘层和导电层，绝缘层用于承载导电层，导电层用于承载正极活性材料层，导电层位于绝缘层的至少一个表面上，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm。
本申请实施例采用的正极集流体中的导电层一方面可以满足集流体为电极活性材料层提供电子，起到导电和集流的作用的要求，整体提高集流体的机械强度，另一方面，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm。
电池的内阻通常包括电池欧姆内阻和电池极化内阻，其中活性物质电阻、集流体电阻、界面电阻、电解液组成等均会对电池内阻产生较明显的影响。在异常情况下发生短路时，由于发生内短路，电池的内阻会大大降低。因此增大集流体的电阻，可增大电池短路后的内阻，由此改善电池的安全性能。在现有的锂离子电池中，当在异常情况下发生电池内短路时，瞬间产生大电流，并伴随着大量的短路产热，这些热量通常还会引发正极铝箔集流体处的铝热反应，进而使电池发生着火、爆炸等。
在本申请实施例中，通过采用具有绝缘层支撑、且具有特定厚度的导电层的特殊集流体从而解决了上述技术问题。在本发明实施例的正极集流体中，绝缘层不导电，因此其电阻较大，可以提高电池在异常情况下发生短路时的短路电阻，使短路电流大幅度减小，因此可极大地降低短路产热量，从而改善电池的安全性能。同时，本发明特定的厚度可以进一步保证该集流体具有较大的电阻，当导电层为铝时，还可显著降低正极集流体的铝热反应，显著降低电池在发生内短路时的电池升温，从而保证电池具有良好的安全性能。
可选的，绝缘层的材料选自有机聚合物绝缘材料。有机聚合物比金属的密度小，重量轻，从而可以进一步保证电池具有较高的重量能量密度。并且，金属层采用厚度较小的金属层，可进一步提高电池的重量能量密度。并且由于绝缘层可以对位于其表面的导电层起到良好的承载和保护作用，因而不易产生传统集流体中常见的极片断裂现象。
其中，有机聚合物绝缘材料选自聚酰胺(Polyamide，简称PA)、聚对苯二甲酸酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)、聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，简称PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，简称PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene copolymers，简称ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalat，简称PBT)、聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly-p-phenyleneterephthamide，简称PPA)、环氧树脂(epoxy resin)、聚丙乙烯(简称PPE)、聚甲醛(Polyformaldehyde，简称POM)、酚醛树脂(Phenol-formaldehyde resin)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，简称PTFE)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidenefluoride，简称PVDF)、聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)中的至少一种。
在本申请实施例的集流体中，绝缘层主要起到支撑和保护导电层的作用，其厚度为D1，D1满足1μm≤D1≤20μm。若绝缘层太薄的话，很容易在极片加工工艺等过程中发生断裂；太厚的话，则会降低使用该集流体的电池的体积能量密度。
其中，绝缘层的厚度D1的上限可为20μm、15μm、12μm、10μm、8μm，导电层的厚度D1的下限可为1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm；绝缘层的厚度D1的范围可由上限或下限的任意数值组成。优选为2μm≤D1≤10μm，更优选为2μm≤D1≤6μm。
如果导电层太薄的话，虽然有益于增大集流体的常温薄膜电阻RS，却易在极片加工工艺等过程中发生破损；如果导电层太厚的话，则会影响电池的重量能量密度，且会不利于增大导电层的常温薄膜电阻RS。
其中，导电层的厚度D2的上限可为2μm、1.8μm、1.5μm、1.2μm、1μm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm，导电层的厚度D2的下限可为300nm、350nm、400nm、450nm；导电层的厚度D2的范围可由上限或下限的任意数值组成。优选为500nm≤D2≤1.5μm。
可选的，导电层选自金属导电材料，优选铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金和铝锆合金中的至少一种。
进一步的，导电层优选为金属铝。常规正极集流体中的铝含量高，在电池异常情况下发生短路时，短路点处产生的热量可以引发剧烈的铝热反应，从而产生大量的热并引起电池发生爆炸等事故。当采用本申请的电池时，由于正极集流体中铝的量大大减少，因此可以避免产生铝热反应，从而显著改善电池的安全性能。
其中，导电层可通过机械辊轧、粘结、气相沉积法(vapor deposition)、化学镀(Electroless plating)中的至少一种形成于绝缘层上，气相沉积法优选物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)；物理气相沉积法优选蒸发法、溅射法中的至少一种；蒸发法优选真空蒸镀法(vacuum evaporating)、热蒸发法(Thermal EvaporationDeposition)、电子束蒸发法(electron beam evaporation method，EBEM)中的至少一种，溅射法优选磁控溅射法(Magnetron sputtering)。
在本申请实施例中，正极集流体还包括设置于导电层的至少一个表面上的保护层。保护层可以提高导电层的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还有效防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。
在本申请实施例中，保护层选自金属氧化物，金属氧化物优选氧化铝、氧化钴、氧化铬和氧化镍中的至少一种。
其中，保护层的厚度为D3，D3满足：D3≤1/10D2且1nm≤D3≤200nm，优选10nm≤D3≤50nm。
其中，保护层的厚度D3的上限可为200nm、180nm、150nm、120nm、100nm、80nm、60nm、55nm、50nm、45nm、40nm、30nm、20nm，保护层的厚度D3的下限可为1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm；保护层的厚度D3的范围可由上限或下限的任意数值组成。优选的，10nm≤D3≤50nm。如果保护层太薄，则不足以起到保护导电层的作用；保护层太厚，则会降低电池的重量能量密度和体积能量密度。
从保护层占整个导电层的厚度来看，D3满足：1/2000D2≤D3≤1/10D2，即厚度是D2的1/2000～1/10，更优选的，D3满足：1/1000D2≤D3≤1/10D2。
可选的，保护层可以设置于导电层的背离绝缘层的面上。在申请实施例中为了描述方便，当保护层设置于导电层的背离绝缘层的面(即导电层的上表面)上时，称为上保护层。
其中，上保护层的厚度为D3'，D3'满足：D3'≤1/10D2且1nm≤D3'≤200nm，即厚度满足小于等于D2厚度的1/10且在1nm～200nm范围内。
当上保护层选用金属氧化物时，上保护层具有较大电阻，因此该类型的保护层可以在一定程度上进一步增大正极集流体的电阻，从而进一步的提高电池异常情况下发生短路时的短路电阻，改善电池的安全性能。其次，由于金属氧化物的延展性小、硬度大，因此该上表面保护层可进一步增大正极集流体的机械强度。第三，相对于保护层材料选用金属来讲，金属氧化物的比表面积更大，所以金属氧化物材料的保护层与导电层之间的结合力更强，更能起到保护导电层的作用，并且，比面积增大的保护层与正极活性物质层之间的结合力也进一步增大，因此，相对于不设置保护层、或上保护层材料选用金属的正极集流体来讲，本申请实施例的集流体可以进一步增加与正极活性物质层之间的结合力，从而可提高电池的整体强度。
进一步可选的，保护层也可以设置于导电层的朝向绝缘层的面上。当保护层设置于导电层的朝向绝缘层的面(即导电层的下表面)上时，称为下保护层。
下保护层可构成完整的支撑结构来保护导电层，从而更好的对导电层形成保护作用，从而防止导电层被氧化、腐蚀或破坏；此外，进一步增强集流体的机械强度。金属氧化物材料的下保护层具有较大电阻，因此该类型的保护层可以在一定程度上进一步增大正极集流体的电阻，从而进一步的提高电池异常情况下发生短路时的短路电阻，改善电池的安全性能。此外，由于金属氧化物的比表面积更大，所以金属氧化物材料的保护层与绝缘层之间的结合力增强，同时由于金属氧化物的比表面积更大，因此保护层可以增加绝缘层表面的粗糙度，起到增强导电层与绝缘层之间的结合力的作用，从而提高了集流体整体的强度。
其中，下保护层的厚度为D3”，D3”满足：D3”≤1/10D2且1nm≤D3”≤200nm，即厚度满足小于等于D2厚度的1/10且在1nm～200nm范围内。
进一步可选的，保护层可以设置于导电层的相对的两个表面上，即同时设置有上保护层和下保护层。
进一步可选的，同时设置有上保护层和下保护层时，下保护层的厚度D3”与上保护层的厚度D3'的比例关系为：1/2D3'≤D3”≤4/5D3'。即上保护层的厚度大于下保护层的厚度。如果下保护层的厚度增加，对集流体的机械强度、安全作用等改善作用有限，反而会影响电池的重量能量密度。
在本申请实施例电池的一种具体实施方式中，导电层的材料为铝，导电层的厚度为500nm≤D2≤1.5μm，保护层的材料为氧化镍或氧化铝，并设置在导电层的相对的两个表面上。
图1至图4为本申请实施例正极集流体的结构示意图。
在图1中，正极集流体10包括正极绝缘层101和设置于正极绝缘层101相对的两个表面上的正极导电层102，正极导电层102包括正极导电层102以及设置于正极导电层102的上表面(即背离正极绝缘层101的面)上的正极保护层103(即上保护层)。
在图2中，正极集流体10包括正极绝缘层101和设置于正极绝缘层101相对的两个表面上的正极导电层102，正极导电层102包括正极导电层102以及设置于正极导电层102的相对两个表面上的正极保护层103。
在图3中，正极集流体10包括正极绝缘层101和设置于正极绝缘层101一个表面上的正极导电层102，正极导电层102包括正极导电层102以及设置于正极导电层102的背离正极绝缘层101的面上的正极保护层103(即上保护层)。
在图4中，正极集流体10包括正极绝缘层101和设置于正极绝缘层一个表面上的正极导电层102，正极导电层102包括正极导电层102以及设置于正极导电层102的相对两个表面上的正极保护层103。
图5和图6为本申请实施例正极极片结构示意图，如图5和图6所示，正极极片1包括正极集流体10和形成于正极集流体10表面的正极活性材料层11，其中，正极集流体10包括依次设置的正极绝缘层101、正极导电层102，其中，正极导电层102包括正极导电层102以及设置于正极导电层102一侧或两侧的正极保护层103(图中未示出)。
在正极极片中，正极活性材料层包括正极活性材料、粘结剂和导电添加剂。由于正极集流体的导电性能较传统的铝箔集流体差，因此优选地，基于正极活性材料层的总重量，导电添加剂的质量百分含量不低于0.8wt％。这样可以保证正极极片的极化较小，从而对电池的高倍率性能的影响较小。导电添加剂的含量越高，极化越小，电池的倍率性能越好。然而，如果导电添加剂的含量过高，则会降低电池的充放电容量。因此，优选导电添加剂的质量百分含量为0.8wt％～2wt％。在该优选范围内，导电添加剂添加的上限可为2wt％、1.8wt％、1.5wt％、1.3wt％、1.2wt％，导电添加剂添加的下限可为0.8wt％、0.9wt％、0.95wt％、1.0wt％、1.1wt％。
进一步可选的，导电添加剂可选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、科琴黑、鳞片石墨等常用的极片用导电剂。
在本申请实施例电池的负极极片中，包括负极集流体和负极活性材料层。下面详细描述本发明实施例电池中的负极集流体。
本申请实施例电池的负极集流体采用厚度为6μm～12μm的铜箔集流体。这是由于，本申请电池的正极集流体虽然可以改善电池的安全性能，但其导电性能较传统铝箔集流体差。所以本申请实施例采用该特定厚度的铜箔集流体与该正极集流体配合使用，本申请实施例的负极集流体具有良好的导电性能，极片的极化小，从而可以保证电池的倍率性能，且可以防止负极析锂。
在本申请实施例电池中，还包括电解液。作为在本申请实施例的一种改进，为了进一步提高电池的高倍率性能，电解液的常温电导率为6.0mS/cm～9.0mS/cm，从而可以进一步确保负极不析锂。电解液的常温导电率越高，则电池的倍率性能越好。但如果单纯为提高常温电导率而增加某一类有机溶剂的含量，反而会因为某类有机溶剂的添加比例过大而增加副反应，反而在一定程度上影响电池的循环寿命等性能。如果电解液的常温导电率过高，
在电解液的具体实施方式中，例如，可通过调节环状碳酸酯和链状碳酸酯的比例来调节电解液的常温电导率，如果常温电导率过高，则要求环状碳酸酯的添加较大，反而增加副反应。除此之外，还可通过加入羧酸酯来改善常温电导率，并不限于此。
按照卷绕方式来看，本申请实施例的电池可为卷绕式，也可为叠片式。按电池类型来看，也可以为锂离子二次电池、锂一次电池、钠离子电池、镁离子电池中的一种。但并不局限于此。
在本申请实施例中采用穿钉实验来模拟电池的异常情况，并观察穿钉后电池的变化。图7为本申请一次穿钉实验示意图。为了简单起见，图中仅仅示出了钉子4穿透电池的一层正极极片1、一层隔膜3和一层负极极片2，需要说明的是，实际的穿钉实验是钉子4穿透整个电池，通常包括多层正极极片1、多层隔膜3和多层负极极片2。当电池因穿钉发生短路后，短路电流大幅减小，将短路产热量控制在电池可以完全吸收的范围，因此在发生内短路的位点处产生的热量可以被电池完全吸收，对电池造成的温升也很小，从而可以将短路损坏对电池的影响局限于穿钉位点，仅形成“点断路”，而不影响电池在短时间内的正常工作。
实施例
1、正极集流体的制备：
选取一定厚度的绝缘层，在其表面通过真空蒸镀、机械辊轧或粘结的方式形成一定厚度的导电层，保护层则通过气相沉积法、原位形成法或涂布法的方式。
1.1导电层的形成
导电层的形成有如下几种方式：
(1)导电层真空蒸镀方式的形成条件如下：将经过表面清洁处理的绝缘层置于真空镀室内，以1600℃至2000℃的高温将金属蒸发室内的高纯金属丝熔化蒸发，蒸发后的金属经过真空镀室内的冷却系统，最后沉积于绝缘层的表面，形成导电层。
(2)导电层机械辊轧方式的形成条件如下：将导电层材料的箔片置于机械辊中，通过施加20t至40t的压力将其碾压为预定的厚度，然后将其置于经过表面清洁处理的绝缘层的表面，最后将两者置于机械辊中，通过施加30t至50t的压力使两者紧密结合。
(3)导电层粘结方式的形成条件如下：将导电层材料的箔片置于机械辊中，通过施加20t至40t的压力将其碾压为预定的厚度；然后在经过表面清洁处理的绝缘层的表面涂布PVDF与NMP的混合溶液；最后将上述预定厚度的导电层粘结于绝缘层的表面，并于100℃下烘干。
1.2保护层的形成
保护层的形成有如下几种方式：
(1)先通过气相沉积法或涂布法在绝缘层表面设置保护层，然后通过真空蒸镀、机械辊轧或粘结的方式，在上述具有保护层的绝缘层表面形成一定厚度的导电层，以制备具有下保护层的集流体(保护层位于绝缘层与导电层之间)；此外，也可在上述基础上，再在导电层的背离绝缘层的面上通过气相沉积法、原位形成法或涂布法形成上保护层，以制备具有上保护层与下保护层的集流体(保护层位于导电层的两个相对的表面)；
(2)先通过气相沉积法、原位形成法或涂布法在导电层的一个表面上形成保护层，然后通过机械辊轧或粘结的方式，将上述具有保护层的导电层设置于绝缘层表面，且保护层设置于绝缘层与导电层之间，以制备具有下保护层的集流体(保护层位于绝缘层与导电层之间)；此外，也可在上述基础上，再在导电层的背离绝缘层的面上通过气相沉积法、原位形成法或涂布法形成上保护层，以制备具有上保护层和下保护层的集流体(保护层位于导电层的两个相对的表面)；
(3)先通过气相沉积法、原位形成法或涂布法在导电层的一个表面上形成保护层，然后通过机械辊轧或粘结的方式，将上述具有保护层的导电层设置于绝缘层表面，且保护层设置于导电层的背离绝缘层的面上，以制备具有上保护层的集流体(保护层位于导电层的背离绝缘层的表面)；
(4)先通过气相沉积法、原位形成法或涂布法在导电层的两个表面上形成保护层，然后通过机械辊轧或粘结的方式，将上述具有保护层的导电层设置于绝缘层表面，以制备具有上保护层和下保护层的集流体(保护层位于导电层的两个相对的表面)；
(5)在绝缘层的表面形成导电层，然后在导电层的背离绝缘层方向的表面上通过气相沉积法、原位形成法或涂布法形成上保护层，以制备具有上保护层的集流体(保护层位于导电层的背离绝缘层的表面)。
在制备实施例中，气相沉积法采用真空蒸镀方式，原位形成法采用原位钝化方式，涂布法采用刮刀涂布方式。
真空蒸镀方式的形成条件如下：将经过表面清洁处理的样品置于真空镀室内，以1600℃至2000℃的高温将蒸发室内的保护层材料熔化蒸发，蒸发后的保护层材料经过真空镀室内的冷却系统，最后沉积于样品的表面，形成保护层。
原位钝化法的形成条件如下：将导电层置于高温氧化环境中，温度控制在160℃至250℃，同时在高温环境中维持氧气供应，处理时间为30min，从而形成金属氧化物类的保护层。
凹版涂布方式的形成条件如下：将保护层材料与NMP进行搅拌混合，然后在样品表面涂布上述保护层材料的浆料(固含量为20～75％)，其次用凹版辊控制涂布的厚度，最后在100～130℃下进行干燥。
2、负极集流体
选用厚度为8μm的铜箔作为负极集流体。
3、极片的制备：
通过常规的电池涂布工艺，在集流体的表面涂布正极浆料或负极浆料，100℃干燥后得到正极极片或负极极片。其中，基于正极活性材料层的总重量，导电添加剂(导电炭黑)的质量百分含量不低于0.8wt％。
制备得到的正极极片的具体参数由表1和表2所示。在表2中，正极极片1-1表示采用正极极片1上制备相应保护层所得到的极片，依次类推。
其中，常规正极极片的集流体是厚度为12μm的Al箔片，正极活性材料层是55μm的三元(NCM)材料层，导电添加剂的质量百分含量为1.5wt％。
负极极片：负极集流体是一定厚度的Cu箔片，负极活性材料层是55μm厚的石墨材料层。
4、电解液的制备
采用碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙烯酯(EMC)为有机溶剂(EC与EMC体积比为1:10～10:1)；电解质为LiPF6，浓度为1mol/L。
通过调整EC和EMC的体积比，分别制备得到常温导电率为6.5mS/cm、7.0mS/cm、7.3mS/cm、8.0mS/cm、8.5mS/cm、9.0mS/cm的电解液，用于电池的制备。
5、电池的制备：
通过常规的电池制作工艺，将正极极片、PP/PE/PP隔膜和负极极片一起卷绕成裸电芯，然后置入电池壳体中，注入电解液，随之进行密封、化成等工序，最终得到锂离子电池，标准电池容量(25℃，1C/1C)均为3.2Ah。
本申请的实施例制作的锂离子电池以及对比例锂离子电池的具体组成如表3所示。
表1
表2
其中，“/”代表没有设置该保护层。
表3
实验例：
1、电池测试方法：
对锂离子电池进行循环寿命测试，具体测试方法如下：
将锂离子电池分别于25℃和45℃两种温度下进行充放电，即先以1C的电流充电至4.2V，然后再以1C的电流放电至2.8V，记录下第一周的放电容量；然后使电池进行1C/1C充放电循环1000周，记录第1000周的电池放电容量，将第1000周的放电容量除以第一周的放电容量，得到第1000周的容量保有率。
实验结果如表4所示。
2、一次穿钉实验和六次连续穿钉实验的实验方法和测试方法：
(1)一次穿钉实验：电池满充后，固定，在常温下将直径为8mm的钢针，以25mm/s的速度贯穿电池，将钢针保留于电池中，穿钉完毕，然后观察和测试。
(2)六次穿钉实验：电池满充后，固定，在常温下将六根直径为8mm的钢针，以25mm/s的速度先后迅速地贯穿电池，将钢针保留于电池中，穿钉完毕，然后进行观察和测试。
(3)电池温度的测试：使用多路测温仪，分别于待穿钉的电池的针刺面和背面的几何中心附上感温线，待穿钉完毕后，进行五分钟的电池温度跟踪测试，然后记录下五分钟时的电池的温度。
(4)电池电压的测试：将待穿钉的电池的正极和负极连接至内阻仪的测量端，待穿钉完毕后，进行五分钟的电池电压跟踪测试，然后记录下五分钟时的电池的电压。
记录的电池的温度和电压的数据如表5所示。
3、倍率实验：
对锂离子电池进行倍率测试，具体测试方法如下：
将锂离子电池于25℃进行大倍率充放电，即先以1C的电流充电至4.2V，然后再以4C的电流放电至2.8V，记录下第一周的放电容量，将该放电容量除以25℃1C/1C充放电的第一周放电容量，得到电池的4C倍率性能。
实验结果如表6所示。
表4
表5
注：“N/A”表示一根钢针贯穿入电池瞬间发生热失控和毁坏。
表6
电池编号 4C倍率性能
电池1# 46.0％
电池2# 43.4％
电池4# 43.3％
其中，电池1#和电池4#的电池温度随时间的变化曲线如图8所示，电压随时间的变化曲线如图9所示。
根据表5中的结果来看，与采用常规的正极极片和常规的负极极片的电池1#相比，本申请实施例的电池的循环寿命良好，与常规的电池的循环性能相当。这说明本申请实施例的集流体并不会对制得的极片和电池有任何明显的不利影响。与不具有保护层的集流体相比，本申请实施例的含有保护层的集流体制成的电池，容量保有率进一步获得提升，说明电池的可靠性更好。
此外，本申请实施例的电池可以具有良好的安全性能。从表6以及图8和图9中的结果来看，电池1#(常规电池)，在穿钉的瞬间，电池温度骤升几百度，电压骤降至零，这说明在穿钉的瞬间，电池发生内短路，产生大量的热，电池瞬间发生热失控和毁坏，无法继续工作；而且由于在第一根钢针穿入电池之后的瞬间，电池就发生了热失控和毁坏，因此无法对这类电池进行六根钢针连续穿钉实验。
而本申请实施例的电池，无论对其进行一次穿钉实验还是六次连续穿钉实验，电池温升基本都可以被控制在6℃以下，电压基本保持稳定，电芯可以正常工作。且具有金属氧化物类的保护层的电池的安全性能更好可见，在电池发生内短路的情况下，本申请实施例的电池可极大地降低短路产热量，从而改善电池的安全性能；此外，还可将短路损坏对电池的影响局限于“点”范围，仅形成“点断路”，而不影响电池在短时间内的正常工作。
根据表7中的结果来看，采用本申请厚度范围内的负极集流体、本申请含量范围内的导电添加剂和本申请参数范围内的电解液，可获得良好的倍率性能。本申请实施例的电池具有与常规电池相当的、良好的倍率性能。
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 (10)

1.一种电池，包括正极极片、负极极片和电解液，所述正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，所述负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，其特征在于：
所述正极集流体包括绝缘层和导电层，所述绝缘层用于承载所述导电层，所述导电层用于承载所述正极活性材料层，所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上，所述导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm；
所述导电层的至少一个表面上设置有保护层；
所述负极集流体为厚度为6μm～12μm的铜箔集流体。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述导电层选自金属导电材料，所述金属导电材料优选铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金和铝锆合金中的至少一种；
所述保护层的材料选自金属氧化物，所述金属氧化物优选氧化铝、氧化钴、氧化铬和氧化镍中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述保护层设置于所述导电层的背离所述绝缘层的一面上。
4.根据权利要求1或3所述的电池，其特征在于，所述保护层设置于所述导电层的朝向所述绝缘层的一面上。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述保护层的厚度为D3，D3满足：D3≤1/10D2且1nm≤D3≤200nm，优选10nm≤D3≤50nm。
6.根据权利要求1所述的电池，所述正极活性材料层包括正极活性材料、粘结剂和导电添加剂，其特征在于，所述导电添加剂在所述正极活性材料层中的质量百分含量不低于0.8wt％。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解液的常温电导率为6.0mS/cm～9.0mS/cm。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述导电层的材料为铝，所述导电层的厚度为500nm≤D2≤1.5μm；
所述保护层的材料为氧化镍或氧化铝，并设置在所述导电层的相对的两个表面上。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，设置于所述导电层的背离所述绝缘层的一面上的保护层的厚度大于设置于所述导电层的朝向所述绝缘层的一面上的保护层。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述绝缘层的厚度为D1，D1满足：1μm≤D1≤20μm，优选为2μm≤D1≤10μm，更优选为2μm≤D1≤6μm；
优选的，所述绝缘层为有机聚合物绝缘材料，优选聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯中的至少一种。
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