CN110165223B - 集流体、极片、电池及集流体制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种集流体、极片、电池及集流体制作方法。该集流体包括绝缘层及导电层，绝缘层上形成有多个贯通孔；导电层包括第一导电层、第二导电层及连接第一导电层及第二导电层的连接层，第一导电层和第二导电层设置在绝缘层的相对两侧，连接层设置在贯通孔的内壁面上。这样设计使得导电层包裹在绝缘层上，可缓解导电层从绝缘层上完全脱落的情况，另外，由于连接层属于导电层的一部分，该连接层也具有导电性，因此，通过连接层连接绝缘层的相对两侧的第一导电层及第二导电层，可以降低集流体的电阻。

Description

集流体、极片、电池及集流体制作方法

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种集流体、极片、电池及集流体制作方法。

背景技术

随着现代社会的发展，手机、摄像机、笔记本电脑、便携式DVD、数码相机等消费类电子产品及电动汽车有了越来越广泛的应用，在它们得到广泛应用的同时，使用者对其关键部件电池的性能要求也越来越高。

目前，为了提高电池的性能，现提出了一种复合集流体，该复合集流体包括绝缘层及覆盖在绝缘层上的导电层，但在后续冷压过程中，由于绝缘层和导电层冷压延伸率不一样，容易导致集流体出现脱膜现象，即：容易出现导电层和绝缘层分离的情况，降低了集流体使用稳定性。另外，绝缘层两侧的导电层通常呈分离设置，导致集流体的电阻较大。

发明内容

本申请提供了一种集流体、极片、电池及集流体制作方法，能够有效改善集流体脱膜的情况，提高了集流体的使用稳定性，同时降低了集流体的电阻。

本申请第一方面提供了一种集流体，其包括：

绝缘层，所述绝缘层上形成有多个贯通孔；

导电层，所述导电层包括第一导电层、第二导电层及连接所述第一导电层及所述第二导电层的连接层，所述第一导电层和所述第二导电层设置在所述绝缘层的相对两侧，所述连接层设置在所述贯通孔的内壁面上。

优选地，所述连接层为环状而围设形成有应力释放孔。

优选地，各所述应力释放孔呈阵列式均匀排布。

优选地，各行所述应力释放孔中相邻两个所述应力释放孔之间的间距为0.5mm～1mm；和/或

各列所述应力释放孔中相邻两个所述应力释放孔之间的间距为0.5mm～1mm。

优选地，所述集流体的孔隙率为0.02％～2％，所述孔隙率为各所述应力释放孔的面积之和与所述集流体的总面积的比值。

本申请第二方面提供了一种极片，其包括上述任一项所述的集流体。

本申请第三方面提供了一种电池，其包括上述所述的极片。

本申请第四方面提供了一种集流体制作方法，用于制作上述任一项所述的集流体，其包括：

制作绝缘层；

对所述绝缘层进行打孔，以使所述绝缘层上形成多个贯通孔；

将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上，以使所述绝缘层的相对两侧面及所述贯通孔的内壁面上分别形成第一导电层、第二导电层及连接层，所述连接层连接所述第一导电层及所述第二导电层。

优选地，所述制作所述绝缘层，具体为：

采用高分子材料制作所述绝缘层。

优选地，所述将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上，具体为：

通过气相沉积法或者化学镀将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的集流体，其导电层的连接层位于绝缘层的贯通孔内，且该连接层连接第一导电层及第二导电层，这样设计使得导电层包裹在绝缘层上，可缓解导电层从绝缘层上脱落的情况，且在后续冷压过程中，绝缘层的延展率在连接层的阻碍下得以减小，因此，可降低绝缘层与导电层之间产生的应力，使得绝缘层与导电层之间的应力小于绝缘层与导电层之间的粘结力，从而有效改善集流体脱膜的情况，即：有效改善第一导电层及第二导电层与绝缘层分离的情况；另外，由于连接层属于导电层的一部分，该连接层也具有导电性，因此，通过连接层连接绝缘层的相对两侧的第一导电层及第二导电层，可以降低集流体的电阻。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的集流体的示意图；

图2为图1所示的A-A方向的剖视结构示意图；

图3为图2所示的B部的放大结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的集流体的绝缘层的示意图；

图5为本申请实施例所提供的集流体制作方法的流程图。

附图标记：

10-集流体；

12-绝缘层；

120-贯通孔；

14-第一导电层；

16-第二导电层；

18-连接层；

180-应力释放孔。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1至图4所示，本申请实施例提供了一种集流体10，该集流体10应用于制作电池的极片中，该极片可以为正极极片，也可为负极极片。

其中，该集流体10为复合集流体，其包括绝缘层12及导电层，该绝缘层12可采用高分子材料制作而成，该高分子材料可为聚酰胺(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(polyphenylene ether，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；而导电层可采用金属导电材料或碳基导电材料制作而成，该金属导电材料可为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，该碳基导电材料可为石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种，优选地，当该集流体10应用于正极极片时，该集流体10的导电层可采用铝制作而成，当该集流体10应用于负极极片时，该集流体10的导电层可采用铜制作而成。

由于导电层采用金属材料或碳基材料制成，而绝缘层12采用高分子材料制成，这样使得集流体10的绝缘层12与导电层的延展率不同(通常情况绝缘层12的延展率大于导电层的延展率)，具体地，绝缘层12的延展率约为1％，导电层的延展率约为0.4％～0.6％，在进行后续冷压过程中，绝缘层12延展的长度L1大于导电层延展的长度L2，当冷压不断进行，绝缘层12与导电层的延展长度差ΔL(ΔL＝L1-L2)不断累积，即：ΔL越来越大，当ΔL越来越大时，绝缘层12与导电层之间的应力F1也越来越大，当绝缘层12与导电层之间的应力F1大于绝缘层12与导电层之间的粘结力F2时，导电层开始从绝缘层12脱落。

因此，为了缓解绝缘层12与导电层脱膜的情况，可在集流体10的绝缘层12上形成有多个贯通孔120，且导电层包括第一导电层14、第二导电层16及连接第一导电层14及第二导电层16的连接层18，该第一导电层14和第二导电层16设置在绝缘层12的相对两侧，连接层18设置在贯通孔120的内壁面上。

由于连接层18位于贯通孔120内，且该连接层18连接第一导电层14及第二导电层16，这样设计使得导电层包裹在绝缘层12上，可降低导电层从绝缘层12上脱落的情况，且在后续冷压过程中，绝缘层12的延展率在连接层18的阻碍下得以减小，因此，可降低绝缘层12与导电层之间产生的应力，使得绝缘层12与导电层之间的应力小于绝缘层12与导电层之间的粘结力，从而有效改善集流体10脱膜的情况，即：有效改善第一导电层及第二导电层与绝缘层12分离的情况；另外，由于连接层18属于导电层的一部分，该连接层18也具有导电性，因此，通过连接层18连接绝缘层12的相对两侧的第一导电层14及第二导电层16，可以降低集流体10的电阻。

可选地，连接层18为环状而围设形成有应力释放孔180，具体地，该连接层18具有外环面及内环面，该外环面与贯通孔120的内壁面贴合，内环面围设形成有应力释放孔180，在冷压过程中，绝缘层12与导电层之间的应力可以在应力释放孔180处释放，从而使得绝缘层12与导电层的延展长度差ΔL约等于0，这样导电层与绝缘层12之间的应力F1小于导电层与绝缘层12之间的粘结力F2，有效改善集流体10脱膜的情况，即：有效改善第一导电层及第二导电层从绝缘层12上脱落的情况。

在集流体10的厚度方向上，应力释放孔180的相对两端面可分别与第一导电层14上背离绝缘层12的面及第二导电层16上背离绝缘层12的面平齐，这样设计一方面可以保证连接层18与第一导电层14及第二导电层16的连接稳定性，另一方面可保证整个集流体10在厚度方向上的平整度，从而便于后续极片的制作。

应力释放孔180可以为圆孔、椭圆孔或近似圆形的不规则孔。优选地，应力释放孔180为圆孔，通过将应力释放孔180设计为圆孔，可缓解连接层18内应力集中的情况，从而可提高连接层18的结构强度；同理，该贯通孔120也可设计为圆孔，以缓解绝缘层12内应力集中的情况，从而提高绝缘层12的结构强度。本实施例中，通过将应力释放孔180及贯通孔120均设计为圆孔，可缓解集流体10应力集中的问题，从而提高集流体10的结构强度，缓解集流体10在涂布冷压等工序中出现断带的情况。

另外，该应力释放孔180的边缘较光滑，也就是说，该应力释放孔180可为具有光滑边缘的圆孔，需要说明的是，该应力释放孔180的边缘为第一导电层14及第二导电层16上靠近应力释放孔180的部分，通过使得第一导电层14及第二导电层16上靠近应力释放孔180的部分呈光滑状，即：不具有毛刺及金属屑，以提高集流体10使用安全性。

其中，应力释放孔180的内径为20um～50um，优选地，该应力释放孔180的内径为25um～35um，一方面可以避免应力释放孔180的内径过小导致导电层与绝缘层12之间应力释放效果差的情况，从而缓解了导电层与绝缘层12分离的情况，另一方面可以避免应力释放孔180的内径过大，从而导致在后续涂覆活性物质时活性物质从应力释放孔180中落料的情况，降低了活性物质的涂覆难度以及减少了极片的制作成本。

一个可选地实施例中，各应力释放孔180呈阵列式均匀排布，这样设计可缓解集流体10的应力过于集中的情况，从而可提高集流体10的结构强度。

优选地，各行应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的间距为0.5mm～1mm，或各列应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的间距为0.5mm～1mm，通过将在行方向或列方向上相邻两个应力释放孔180之间的间距控制在0.5mm～1mm的范围内，一方面可以缓解孔间距过大导致导电层与绝缘层12容易分离的情况以及避免孔间距过大导致集流体10的电阻过大的情况，另一方面可缓解孔间距过小导致应力释放孔180加工困难的情况，从而提高了应力释放孔180的加工速度，继而提高了集流体10的生产速度。

需要说明的是，为了缓解集流体10的应力集中，各行应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的间距与各列应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的间距相同，且均位于0.5mm～1mm的范围内。

如表1所示，表1示出了各行应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的行间距与各列应力释放孔180中相邻两个应力释放孔180之间的列间距与脱膜比(导电层从绝缘层12脱落的概率)及集流体10的电阻(膜片电阻)之间的关系：

表1

行间距(单位：um)	列间距(单位：um)	脱膜比	膜片电阻(单位：mΩ)
				0.5	0.5	0	30mΩ
1	1	0	35mΩ
				2	2	0.20％	38mΩ
不打孔	不打孔	0.80％	60mΩ

另一个可选地实施例中，集流体10的孔隙率为0.02％～2％，一方面可以缓解孔隙率过小导致导电层与绝缘层12容易分离的情况以及避免孔隙率过小导致集流体10的电阻过大的情况，另一方面可缓解孔隙率过大导致集流体10的强度较差的情况。

需要说明的是，当应力释放孔180在集流体10的厚度方向上的尺寸与集流体10的厚度相同时，该孔隙率为各应力释放孔180的面积之和与集流体10的总面积的比值，该应力释放孔180的面积及集流体10的总面积均为在集流体10的厚度方向上得到的投影面的面积。

其中，前述提到的绝缘层12的厚度可为4um～50um，优选地，绝缘层12的厚度为7um～15um，一方面可以避免绝缘层12厚度过大导致集流体10的电阻过大的情况，另一方面可以避免绝缘层12厚度过小导致集流体10的结构强度较低以及集流体10过重的情况，也就是说，这样设计在提高集流体10结构强度、降低集流体10的重量的同时还可降低集流体10的电阻。

可选地，前述提到的导电层的厚度为0.005um～50um，优选地，导电层的厚度为2um～10um，即：第一导电层14、第二导电层16及连接层18的厚度均在2um～10um的范围内，一方面可以缓解导电层厚度过大难以均匀涂覆在绝缘层12上的情况，从而降低了集流体10的制作难度，另一方面可以避免导电层厚度过小导致集流体10电阻过大的情况，也就是说，这样设计在降低导电层的涂覆难度以及降低集流体10的制作难度的同时还可降低集流体10的电阻。

基于上述结构，本申请实施例还提供了一种极片，其包括上述任一实施例所述的集流体10，当该极片为正极极片时，该集流体10的导电层可采用铝制作而成，当该极片为负极极片时，该集流体10的导电层可采用铜制作而成。

本申请实施例又提供了一种电池，其包括上述极片。

另外，如图5所示，本申请实施例还提供了一种集流体10制作方法，用于制作上述任一实施例所述的集流体10，其包括：

步骤500，制作绝缘层12；

步骤502，对绝缘层12进行打孔，以使绝缘层12上形成多个贯通孔120；

步骤504，将导电材料镀在形成有多个贯通孔120的绝缘层12上，以使绝缘层12的相对两侧面及贯通孔120的内壁面上分别形成第一导电层14、第二导电层16及连接层18，连接层18连接第一导电层14及第二导电层16。

可选地，上述步骤500，具体为：

采用高分子材料制作绝缘层12，由于绝缘层12采用高分子材料制成，在对绝缘层12打贯通孔120时，高分子碎屑会在打孔过程中产生的高温下熔化，仅产生少量烟尘，不影响后续电池使用，提高了集流体10的使用安全性。

在制作集流体10时，如果采用先在绝缘层12上形成导电层，然后再打贯通孔120的方案，这个方案存在一些弊端，具体地，由于导电层通常采用金属导电材料制成，在打孔过程中，脱落的金属屑会粘附在贯通孔120的周围，该金属屑在电池使用过程中容易穿透隔离膜造成电池失效或发生爆炸，大大降低了该集流体10的使用安全性。另外，打孔时由于应力原因会使打孔边缘收缩或起皱，容易导致导电层与绝缘层12分离。

为了克服上述缺陷，本实施例采用先在绝缘层12上打贯通孔120，然后再将导电材料镀在绝缘层12的方案，相比于先将导电材料镀在绝缘层12上，然后再打贯通孔120的方案，可以避免打孔时由于应力原因使得贯通孔120边缘处的导电层收缩或起皱情况，从而缓解了导电层与绝缘层12容易分离的情况。

其中，由于先在绝缘层12上打贯通孔120，然后再将导电材料镀在绝缘层12上，这样设计可使绝缘层12的相对两侧及贯通孔120的内壁面上分别形成第一导电层14、第二导电层16及连接层18，连接层18连接第一导电层14及第二导电层16，其中，由于连接层18位于贯通孔120内，且该连接层18连接第一导电层14及第二导电层16，这样设计使得导电层包裹在绝缘层12上，可降低导电层从绝缘层12上脱落的情况，且在后续冷压过程中，绝缘层12的延展率在连接层18的阻碍下得以减小，因此，可降低绝缘层12与导电层之间产生应力，使得绝缘层12与导电层之间的应力小于绝缘层12与导电层之间的粘结力，从而有效改善集流体10脱膜的情况，即：有效改善第一导电层及第二导电层与绝缘层12分离的情况；另外，由于连接层18属于导电层的一部分，该连接层18也具有导电性，因此，通过连接层18连接绝缘层12的相对两侧的第一导电层14及第二导电层16，可以降低集流体10的电阻。

可选地，步骤502，具体为：

采用激光打孔设备对绝缘层12进行打孔，可实现高频率高密度打孔，提高打孔速度，降低工时，从而降低生产成本。

可选地，步骤504，具体为：

通过气相沉积法或者化学镀将导电材料镀在形成有多个贯通孔120的绝缘层12上，优选气相沉积法中的物理沉积法，以便于控制导电层的厚度及均匀性，且对绝缘层12的损害小。其中，该物理沉积法优选蒸发法和溅射法，蒸发法优选真空蒸镀法、热蒸发法、电子束蒸发法中的至少一种，溅射法优选磁控溅射法。

基于上述内容，在一个具体实施例中，当该集流体10应用于电池的正极极片中时，该集流体10的绝缘层12采用上述PET材料制成，该绝缘层12的厚度b为10um，而导电层采用铝制作而成，该导电层的厚度c为2um，且在行方向或列方向上相邻两个应力释放孔180之间的间距a为1mm，各应力释放孔180的孔径e为30um，其中，本实施例中，在制作集流体10的过程中，采用先在绝缘层12上打贯通孔120，然后镀导电层的方式，因此为了使导电层中的连接层18的厚度满足2um，且该连接层18围设形成的应力释放孔180的孔径e满足30um，则该贯通孔120的孔径为d，d＝e+2×c＝30+2×2＝34um。由于贯通孔120的内壁面上设置有2um厚的连接层18，且该连接层18连接位于绝缘层12在厚度方向上的相对两侧的第一导电层14及第二导电层16(该第一导电层及第二导电层的厚度也为2um)，使得第一导电层14与第二导电层16导通，从而使得该集流体10的电阻为30mΩ。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种集流体，其特征在于，包括：

绝缘层，所述绝缘层上形成有多个贯通孔；

导电层，所述导电层包括第一导电层、第二导电层及连接所述第一导电层及所述第二导电层的连接层，所述第一导电层和所述第二导电层设置在所述绝缘层的相对两侧，所述连接层设置在所述贯通孔的内壁面上；

所述绝缘层的厚度为4um～50um；

所述导电层的厚度均为0.005um～50um。

2.一种集流体，其特征在于，包括：

绝缘层，所述绝缘层上形成有多个贯通孔；

导电层，所述导电层包括第一导电层、第二导电层及连接所述第一导电层及所述第二导电层的连接层，所述第一导电层和所述第二导电层设置在所述绝缘层的相对两侧，所述连接层设置在所述贯通孔的内壁面上；

所述绝缘层采用高分子材料制作而成；

所述导电层采用金属导电材料或碳基导电材料制作而成。

3.根据权利要求1或2所述的集流体，其特征在于，所述连接层为环状而围设形成有应力释放孔。

4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，各所述应力释放孔呈阵列式均匀排布。

5.根据权利要求4所述的集流体，其特征在于，

各行所述应力释放孔中相邻两个所述应力释放孔之间的间距为0.5mm～1mm；和/或

各列所述应力释放孔中相邻两个所述应力释放孔之间的间距为0.5mm～1mm。

6.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述集流体的孔隙率为0.02％～2％，所述孔隙率为各所述应力释放孔的面积之和与所述集流体的总面积的比值。

7.一种极片，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的集流体。

8.一种电池，其特征在于，包括权利要求7所述的极片。

9.一种集流体制作方法，用于制作上述权利要求1至6中任一项所述的集流体，其特征在于，包括：

制作绝缘层；

对所述绝缘层进行打孔，以使所述绝缘层上形成多个贯通孔；

将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上，以使所述绝缘层的相对两侧面及所述贯通孔的内壁面上分别形成第一导电层、第二导电层及连接层，所述连接层连接所述第一导电层及所述第二导电层。

10.根据权利要求9所述的集流体制作方法，其特征在于，所述制作所述绝缘层，具体为：

采用高分子材料制作所述绝缘层。

11.根据权利要求9所述的集流体制作方法，其特征在于，所述将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上，具体为：

通过气相沉积法或者化学镀将导电材料镀在形成有多个所述贯通孔的所述绝缘层上。