CN112117418B - 复合极片及具有所述复合极片的电芯 - Google Patents

复合极片及具有所述复合极片的电芯 Download PDF

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Abstract

一种复合极片，包括：复合集流体；正极材料层；负极材料层，所述复合集流体位于所述正极材料层以及所述负极材料层之间；第一隔离层，设置于所述正极材料层远离所述复合集流体的表面；以及第二隔离层，设置于所述负极材料层远离所述复合集流体的表面，本申请还提供一种具有所述复合极片的电芯。

Description

复合极片及具有所述复合极片的电芯
技术领域
本申请涉及极片，尤其涉及一种复合极片以及具有所述复合极片的电芯。
背景技术
锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在消费电子领域具有广泛的应用。然而随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池安全性的关注度与要求也越来越高。
众所周知，锂电池中需要使用隔离膜以起到保证锂离子传导并隔绝电子传导的作用。然而，隔离膜材料在高温下(＞110℃)会发生严重收缩，导致局部正负极片直接接触引发短路，而且在锂电池跌落时，由于电解液的冲击可能引发边缘处隔膜内翻，导致局部正负极片直接接触引发短路，产生安全隐患。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够提高电芯安全性能以及循环能力的复合极片。
另外，还有必要提供一种具有上述复合极片的电芯。
本申请提供一种复合极片，包括：
复合集流体；
正极材料层；
负极材料层，所述复合集流体位于所述正极材料层以及所述负极材料层之间；
第一隔离层，设置于所述正极材料层远离所述复合集流体的表面；以及
第二隔离层，设置于所述负极材料层远离所述复合集流体的表面。
本申请还提供一种电芯，包括如前所述的复合极片，所述电芯由所述复合极片通过卷绕或叠片的方式形成。
本申请不再使用传统的隔离膜，而是在极片表面设置隔离层以起到隔绝电子和传导离子的作用，有利于提高所述隔离层与极片之间的界面粘结力，避免电芯在高温或跌落情况下产生的安全隐患，改善电芯的抗热冲击能力、抗跌落能力和化学稳定性；而且能够减小隔离膜厚度，从而提高电芯的能量密度。
附图说明
图1为本申请一实施方式的复合极片的剖视图。
图2为图1所示的复合极片的第一隔离层或第二隔离层的剖视图。
图3为图1所示的复合极片的第一隔离层或第二隔离层于另一实施方式中的剖视图。
图4A为本申请另一实施方式的复合极片的剖视图。
图4B为图4A所示的复合极片另一角度的剖视图。
图5为本申请又一实施方式的复合极片的剖视图。
图6为本申请一实施方式的电芯的顶视图。
主要元件符号说明
复合集流体       10
绝缘层           11
第一导电层       12
第二导电层       13
正极材料层       20
负极材料层       30
第一隔离层       40
第二隔离层       50
多孔层           60
保护层           61
隔离部           62
延伸部           63
复合极片         100，200，300
电芯             400
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，本申请实施方式提供一种复合极片100，包括复合集流体10、正极材料层20、负极材料层30、第一隔离层40以及第二隔离层50。所述复合集流体10位于所述正极材料层20以及所述负极材料层30之间。所述第一隔离层40连接于所述正极材料层20远离所述复合集流体10的表面。所述第二隔离层50连接于所述负极材料层30远离所述复合集流体10的表面。
本申请分别在复合集流体10两侧涂布正极材料和负极材料，从而将传统的正负极片合二为一，后续将所述复合极片100通过自卷绕或叠片方式制备电芯400(在图6中示出)时，能够简化电芯400的制程，提高生产效率与产品良率，降低生产成本。同时，本申请不再使用传统的隔离膜，而是在极片表面连接隔离层以起到隔绝电子和传导离子的作用，有利于提高所述隔离层与极片之间的界面粘结力，避免电芯400在高温或跌落情况下产生的安全隐患，改善电芯400的抗热冲击能力、抗跌落能力和化学稳定性；而且能够减小隔离膜厚度，从而提高电芯400能量密度；此外还进一步简化了电芯400的制程(如仅通过一张膜片自卷绕即可完成电芯400的制备)，提高生产效率与产品良率。
其中，所述正极材料层20以及所述负极材料层30可通过涂覆、烘干以及冷压等工艺形成于所述复合集流体10表面。所述复合集流体10表面还可以经过底涂，即：在复合集流体10表面双面涂覆有碳纳米管、导电碳、石墨烯等导电材料以及粘结剂组成的涂层。底涂的添加可以进一步增加离子传导通路，提高电学性能，同时改善有效物质与复合集流体10的粘结力。
请参照图2和图3，在本实施方式中，所述第一隔离层40和所述第二隔离层50包括多孔层60，用于避免极片表面的锂离子通道发生堵塞，提高保液能力。其中，所述多孔层60的孔隙率为30-95％。所述多孔层60的孔隙率大于30％能够避免离子传输通路堵塞而使得电芯400正常循环。同时，所述多孔层60的孔隙率小于95％能够使得结构稳定并具有一定的机械强度，从而抵抗极片表面颗粒的穿刺。
可选地，所述多孔层60为通过电纺丝或气纺丝等纺丝工艺制得的无纺布层。所述无纺布层由不规则排布的纤维组成，所述无纺布层的厚度和重量具有较高的均一性，而且孔隙率可以达到80％。其中，静电纺丝是一种纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝，从而生产出纳米级直径的聚合物细丝。气纺丝的原理与电纺丝相似，聚合物溶液或熔体在针头外侧的快速气流作用下形成负压，针头处的液滴会在此负压下被快速挤出并延展得到纤维细丝，且生产速度高于电纺丝。由于气纺丝的制备速率是电纺丝的十倍左右，尤其在制备大直径纳米纤维时具有明显优势，同时使用气纺丝不需要高电压，有利于避免安全隐患，因此，所述无纺布层可选使用气纺丝工艺制备。
进一步地，所述无纺布层的材质为聚合物，可选为锂离子导体材料。所述无纺布层的材质可选自聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇、聚苯醚(PPO)、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚苯醚(PPO)、聚环氧乙烷(PEO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)及其衍生物中的至少一种。
所述无纺布层的纤维直径为10纳米-2微米，所述无纺布层可以同时包括直径不同的至少两种纤维。
所述无纺布层的厚度为1微米-20微米。其中，所述无纺布层的厚度小于20微米，能够保证所述第一隔离层40和所述第二隔离层50的厚度不超过现有隔离膜的厚度，有利于提高电芯400的能量密度。
请参照图2，在本实施方式中，所述第一隔离层40和/或所述第二隔离层50还包括保护层61，所述保护层61填充于所述多孔层60中。所述保护层61包括无机材料，所述无机材料具有电子绝缘能力，用于提高隔离层的机械强度并确保其绝缘性能。所述无机材料还可具有传导锂离子的能力。而且，所述保护层61还可以改善电芯400的自放电问题。
进一步地，所述无机材料选自氧化物、氢氧化物以及锂离子化合物中的至少一种。更具体地，所述氧化物可选自HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2以及SiO2等中的至少一种。所述氢氧化物可选自勃姆石、氢氧化镁以及氢氧化铝等中的至少一种。所述锂离子化合物可选自磷酸锂(Li3PO4)、锂钛磷酸盐(LixTiy(PO4)3，其中0<x<2且0<y<3)、锂铝钛磷酸盐(LixAlyTiz(PO4)3，其中0<x<2，0<y<1，且0<z<3)、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(其中0≤x≤1且0≤y≤1)、锂镧钛酸盐(LixLayTiO3，其中0<x<2且0<y<3)、锂锗硫代磷酸盐(LixGeyPzSw，其中0<x<4，0<y<1，0<z<1，且0<w<5)、锂氮化物(LixNy，其中0<x<4，0<y<2)、SiS2玻璃(LixSiySz，其中0≤x<3，0<y<2，且0<z<4)、P2S5玻璃(LixPySz，其中0≤x<3，0<y<3，且0<z<7)、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷以及石榴石陶瓷(Li3+xLa3M2O12，其中0≤x≤5，且M为Te、Nb或Zr)中的至少一种。
请参照图3，在另一实施方式中，所述保护层61还可设置于所述多孔层60远离所述正极材料层20或所述负极材料层30的表面，所述保护层61的数量可以为一层或多层。
所述保护层61的厚度为0.1微米-20微米。所述保护层61厚度大于0.1微米，使得所述保护层61具有一定的机械强度，并可抑制颗粒刺穿和锂枝晶生长的作用。同时，所述保护层61厚度小于20微米，避免对锂离子传导造成抑制，从而避免电池极化增大且性能发挥受到抑制。可以理解，当所述保护层61设置于所述多孔层60的表面时，部分所述保护层61会插入所述多孔层60的孔隙中，进一步提高整体的机械强度。所述保护层61插入所述多孔层60的部分的深度为0.1微米-20微米。
所述保护层61的孔隙率为10％-40％，平均孔径为0.1微米-1微米。所述保护层61的电子电阻率>107Ωm，进一步可为电阻率>1010Ωm。
其中，所述保护层61与所述多孔层60可通过热压或粘合等方式进行结合。当选用热压方式进行结合时，热压温度小于所述保护层61和所述多孔层60的熔点，热压压力为0.1Mpa-1Mpa。当选用粘合方式进行结合时，粘合剂可选自聚酰胺、聚胺酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、丙烯酸酯以及PVDF中的至少一种。在其它实施方式中，所述保护层61还可直接沉积或涂布于所述多孔层60的表面，此时并不需要粘合剂。
在其它实施方式中，所述第一隔离层40和所述第二隔离层50还可以为通过刮涂的方式制得的聚合物层或陶瓷层。
在本实施方式中，所述复合集流体10包括绝缘层11、第一导电层12以及第二导电层13。所述绝缘层11位于所述第一导电层12和所述第二导电层13之间。其中，所述正极材料层20连接于所述第一导电层12远离所述绝缘层11的表面，所述负极材料层30连接于所述第二导电层13远离所述绝缘层11的表面。所述第一导电层12和所述第二导电层13的端部伸出所述正极材料层20和所述负极材料层30，形成空箔区(图未标)。所述第一导电层12和所述第二导电层13的空箔区边缘可焊接有极耳(图未示)以导出第一导电层12和所述第二导电层13的电子。此时，所述复合集流体10为双面复合集流体。相较于传统的金属箔材形式的集流体，所述复合集流体10的厚度相对较小，因此能量密度提升空间更大；其次，所述复合集流体10的绝缘层11具有较好的韧性和延展率，有利于避免生产过程中断带等问题，同时，所述复合集流体10可以降低集流体的重量，提高单位质量能量密度，使电芯400的安全性得到提升。
进一步地，所述绝缘层11的材质为高分子聚合物，更具体地，所述绝缘层11的材质选自聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯，聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯以及聚砜及其衍生物中的至少一种。
所述绝缘层11的孔隙率为0-50％。由于所述绝缘层11的具有一定的孔隙率，有利于减小所述复合集流体10的重量，提高有效物质负载量，同时增大所述复合集流体10的表面积以改善电子传输路径(使得蒸镀导电层于所述绝缘层11上时，所述绝缘层11表面有更大的面积可以被导电层覆盖)。同时，所述孔隙率不超过50％，能够避免两侧导电层之间相互渗透连通而引发的失效。
所述绝缘层11的厚度为1-20微米。其中，当所述绝缘层11厚度小于20微米时，能够保证所述复合集流体10的总体厚度不超过传统集流体的厚度，从而保证电芯400的能量密度。同时，所述绝缘层11厚度大于1微米能够保证所述绝缘层11具有较高的机械强度，并避免两侧导电层连通而引发失效。
进一步地，所述第一导电层12以及所述第二导电层13可通过溅射法、真空沉积法、离子电镀法、激光脉冲沉积法等方法形成。由于制备时仅需对所述绝缘层11进行裁剪，能够避免传统集流体在裁切时产生的金属毛刺，改善单位时间内电池的电压降(K值)，提高电池安全性能。所述第一导电层12以及所述第二导电层13的材质可选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合物(合金)中的至少一种。所述第一导电层12以及所述第二导电层13的材质不同，可选地，所述第一导电层12的材质为Cu，所述第二导电层13材质为Al，此时，所述复合集流体10为双侧异质复合集流体。在其它实施方式中，所述第一导电层12和所述第二导电层13的材质也可以相同，如，所述第一导电层12和所述第二导电层13的材质均为Ni。
所述第一导电层12以及所述第二导电层13的孔隙率为0-60％。所述第一导电层12以及所述第二导电层13具有一定孔隙率，能够减小所述复合集流体10的重量以及提高有效物质负载量的作用。同时，所述第一导电层12以及所述第二导电层13孔隙率不超过60％，能够避免内部电子沿导电层的传输路径加长而使电子传导能力下降，影响电芯400的电学性能。
所述第一导电层12以及所述第二导电层13的厚度为0.1微米-10微米。所述第一导电层12以及所述第二导电层13的厚度小于10微米可保证所述复合集流体10的总体厚度不超过现有集流体的厚度，保证电芯400的能量密度，而且可以避免导电层过厚时影响导电层的生产效率，降低整个电芯400的生产效率。同时，所述第一导电层12以及所述第二导电层13的厚度大于0.1微米能够使得导电层具有较高的电子传导能力，保证电芯400的电学性能。
所述绝缘层11与所述第一导电层12或所述第二导电层13的厚度之比为0.1-400。
请参阅图4A和图4B，本发明另一实施方式还提供一种复合极片200，与上述复合极片100不同的是，所述复合极片200的第一隔离层40和/或第二隔离层50包括隔离部62以及延伸部63，所述隔离部62与所述正极材料层20或所述负极材料层30对应，所述延伸部63自所述隔离部62的边缘延伸形成，所述延伸部63包覆所述正极材料层20和/或所述负极材料层30的边缘。此时，所述第一隔离层40和/或所述第二隔离层50呈现环绕状，能够包覆所述正极材料层20或所述负极材料层30的边缘处，进一步防止所述正极材料层20或所述负极材料层30边缘处活性材料颗粒脱落，避免局部导通引起的微短路，从而避免出现安全隐患。更进一步地，如图4B所示，所述延伸部63还可包覆所述复合集流体10与所述复合极片200长度方向平行的两个边缘。
请参阅图5，本发明又一实施方式还提供一种复合极片300，所述复合极片300的第一隔离层40和/或第二隔离层50同样包括隔离部62以及延伸部63。与上述复合极片200不同的是，所述复合极片300的所述延伸部63还包覆所述复合集流体10的所有边缘以及空箔区。通过将所述第一隔离层40和/或所述第二隔离层50延伸至所述复合集流体10的所有边缘，将所述复合集流体10包覆，进一步避免出现安全隐患。
请参阅图6，本申请实施方式还提供一种电芯400。所述电芯400包括所述复合极片100、200、300中的其中一种，所述电芯400由所述复合极片100、200、300通过卷绕或叠片的方式形成。实际制造中，所述电芯400经注液，封装，化成后得到电池。
下面通过实施例以及对比例对本申请进行具体说明。
实施例1
双侧异质复合集流体的制备：在厚度为12微米的PET薄膜表面，通过真空沉积法在两侧分别制备厚度为0.5微米的Cu镀层和Al镀层作为负极和正极活性物质的集流体。
复合极片的制备：将正极材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体的Al镀层上，在90℃条件下烘干，然后进行冷压，即完成极片正极侧的制备。
随后将负极材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体的Cu镀层，在110℃条件下烘干，然后进行冷压，即完成极片负极侧的制备。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺。
在负极和正极材料一侧涂膜区表面分别通过电纺丝的方法，制备厚度为2.5微米、平均直径为10nm的PVDF无纺布层，孔隙率为80％，即完成复合复合极片的制备。
电解液的制备：在干燥氩气气氛中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1.15M的电解液。
锂离子电池的制备：
将复合极片自卷绕成电芯，经过顶侧封，然后对电芯进行注液，对注液完成的电芯进行化成(0.02C恒流充电到3.3V，再以0.1C恒流充电到3.6V)，然后对电芯的性能进行初步检测。最终得到软包锂离子电池。
实施例2
双侧异质复合集流体的制备：与实施例1相同。
复合极片的制备：与实施例1大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的平均直径为100nm。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：与实施例1相同。
实施例3
双侧异质复合集流体的制备：与实施例1相同。
复合极片的制备：与实施例1大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的平均直径为500nm。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：与实施例1相同。
实施例4
双侧异质复合集流体的制备：与实施例1相同。
复合极片的制备：与实施例1大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的平均直径为2000nm。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：与实施例1相同。
实施例5
双侧异质复合集流体的制备：与实施例1相同。
复合极片的制备：与实施例1大致相同，不同之处在于，在负极和正极材料一侧涂膜区表面先通过电纺丝的方法，制备一层厚度为1微米，平均直径为100nm的PVDF无纺布层，随后再通过气纺丝的方法，制备一层厚度为1.5微米，直径为1000nm的PVDF无纺布层，其中无纺布层为分层结构，孔隙率为80％。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：与实施例1相同。
实施例6
双侧异质复合集流体的制备：与实施例2相同。
复合极片的制备：与实施例2大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的厚度为0.5微米。
电解液的制备：与实施例2相同。
锂离子电池的制备：与实施例2相同。
实施例7
双侧异质复合集流体的制备：与实施例2相同。
复合极片的制备：与实施例2大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的厚度为5微米。
电解液的制备：与实施例2相同。
锂离子电池的制备：与实施例2相同。
实施例8
双面异质复合集流体的制备：与实施例2相同。
复合极片的制备：与实施例2大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层厚度为10微米。
电解液的制备：与实施例2相同。
锂离子电池的制备：与实施例2相同。
实施例9
双侧异质复合集流体的制备：与实施例7相同。
复合极片的制备：与实施例7大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的孔隙率为30％。
电解液的制备：与实施例7相同。
锂离子电池的制备：与实施例7相同。
实施例10
双侧异质复合集流体的制备：与实施例7相同。
复合极片的制备：与实施例7大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的孔隙率为75％。
电解液的制备：与实施例7相同。
锂离子电池的制备：与实施例7相同。
实施例11
双侧异质复合集流体的制备：与实施例7相同。
复合极片的制备：与实施例7大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层的孔隙率为95％。
电解液的制备：与实施例7相同。
锂离子电池的制备：与实施例7相同。
实施例12
双侧异质复合集流体的制备：与实施例10相同。
复合极片的制备：与实施例10大致相同，不同之处在于，无纺布层材质为PAN。
电解液的制备：与实施例10相同。
锂离子电池的制备：与实施例10相同。
实施例13
双侧异质复合集流体的制备：与实施例10相同。
复合极片的制备：与实施例10大致相同，不同之处在于，无纺布层材质为PEO。
电解液的制备：与实施例10相同。
锂离子电池的制备：与实施例10相同。
实施例14
双侧异质复合集流体的制备：与实施例10相同。
复合极片的制备：与实施例10大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层呈环绕状将正极和负极材料涂膜区表面及侧面包裹。
电解液的制备：与实施例10相同。
锂离子电池的制备：与实施例10相同。
实施例15
双侧异质复合集流体的制备：与实施例10相同。
复合极片的制备：与实施例10大致相同，不同之处在于，PVDF无纺布层将整个极片外表面(包括正极和负极材料涂膜区表面、侧面、空箔区、极耳区)完全包裹。
电解液的制备：与实施例10相同。
锂离子电池的制备：与实施例10相同。
实施例16
双侧异质复合集流体的制备：与实施例15大致相同，不同之处在于增加了底涂步骤，即，通过真空沉积法在两侧分别制备Cu镀层和Al镀层作为负极和正极活性物质的集流体后，将导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比95:5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为0.8的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Cu镀层上，在110℃条件下烘干，得到负极底涂层。将导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比97:3进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为0.85的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Al镀层上，在110℃条件下烘干，得到正极底涂层。
复合极片的制备：与实施例15相同。
电解液的制备：与实施例15相同。
锂离子电池的制备：与实施例15相同。
实施例17
双侧异质复合集流体的制备：与实施例16相同。
复合极片的制备：与实施例16大致相同，不同之处在于，在整个极片外表面包覆PVDF无纺布层后，将无机陶瓷颗粒三氧化二铝(Al2O3)和聚偏氟乙烯(PVDF)，按照重量比95:5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.8的浆料，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在无纺布层上，90℃条件下烘干，得到保护层。所述保护层的厚度为3微米，孔隙率为30％，孔径<1微米。
电解液的制备：与实施例16相同。
锂离子电池的制备：与实施例16相同。
实施例18
双侧异质复合集流体的制备：与实施例16相同。
复合极片的制备：与实施例16大致相同，不同之处在于，在整个极片外表面包覆PVDF无纺布层后，将无机陶瓷颗粒氧化锌(ZnO2)和聚氨酯，按照重量比95:5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.8的浆料，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在双面异质集流体的极片涂膜区上方的无纺布层上，90℃条件下烘干，得到保护层。保护层的厚度为3微米，孔隙率为30％，孔径<1微米。
电解液的制备：与实施例16相同。
锂离子电池的制备：与实施例16相同。
实施例19
双侧异质复合集流体的制备：与实施例17相同。
复合极片的制备：与实施例17大致相同，不同之处在于，保护层的孔隙率为15％。
电解液的制备：与实施例17相同。
锂离子电池的制备：与实施例17相同。
实施例20
双侧异质复合集流体的制备：与实施例17相同。
复合极片的制备：与实施例17大致相同，不同之处在于，保护层的厚度为2微米。
电解液的制备：与实施例17相同。
锂离子电池的制备：与实施例17相同。
实施例21
双侧异质复合集流体的制备：与实施例1相同。
极片的制备：与实施例1大致相同，不同之处在于，PVDF层通过刮涂方法形成于负极和正极材料一侧涂膜区表面，PVDF层的厚度为5微米，孔隙率约为3％。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：与实施例1相同。
对比例1
负极极片的制备：将负极材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，110℃条件下烘干，完成负极极片的单面涂覆。之后以相同步骤完成负极极片另一面的涂覆，并进行冷压以完成负极极片的制备。
正极极片的制备：将正极材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，90℃条件下烘干，完成正极极片的单面涂布。之后以完全相同的步骤完成负极极片另一面的涂覆，并进行冷压以完成正极极片的制备。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：选用厚度15微米的聚乙烯(PE)作为隔离膜，将正极极片、隔离膜、负极极片按照顺序叠设并卷绕成电芯，其它步骤与实施例1相同。
对比例2：与实施例1相同。
复合极片的制备：与实施例1相同。
电解液的制备：与实施例1相同。
锂离子电池的制备：选用厚度15微米的聚乙烯(PE)作为隔离膜，将基于双面异质复合集流体的极片、隔离膜按照顺序叠设并卷绕成电芯，其它步骤与实施例1相同。
分别对实施例1-21以及对比例1-2制备的样品进行粘结力测试，具体为：将复合极片从电芯中取出，切成宽度为2cm的长条，将隔离层从极片表面拉起，并呈180度的角度将隔离层与极片拉开，测量拉开时得到的【力比上极片宽度】的平均值，即为粘结力。实施例1-21以及对比例1-2的制备条件以及对应的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002103368980000161
由表1测试结果可知，相较于对比例1-2，实施例1-21采用无隔膜技术，可以提高隔离层与极片的界面粘结力，同时有利于提高电芯的循环容量保持能力。其中，实施例9多孔层的孔隙率最小，和对比例1-2所使用的普通隔离膜的孔隙率相同，但由于多孔层界面粘结力的提高反而会阻碍锂离子的传输，使得实施例9的电芯循环性能最低。相较于实施例21，实施例1引入纺丝工艺制备的多孔层孔隙率较高，与极片的界面粘结力较高，而且由于厚度较小，能够改善电芯的循环容量保持能力。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合极片，其特征在于，包括：
复合集流体，所述复合集流体包括绝缘层、第一导电层以及第二导电层，所述绝缘层位于所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述第一导电层以及所述第二导电层中任一者的材质选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In和Zn中的至少一种；
正极材料层；
负极材料层，所述复合集流体位于所述正极材料层以及所述负极材料层之间；
第一隔离层，设置于所述正极材料层远离所述复合集流体的表面；以及
第二隔离层，设置于所述负极材料层远离所述复合集流体的表面，所述第一隔离层和所述第二隔离层包括多孔层。
2.如权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述正极材料层设置于所述第一导电层远离所述绝缘层的表面，所述负极材料层设置于所述第二导电层远离所述绝缘层的表面。
3.如权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述第一隔离层和/或所述第二隔离层包括隔离部以及延伸部，所述隔离部与所述正极材料层或所述负极材料层对应，所述延伸部自所述隔离部的边缘延伸形成，所述延伸部包覆所述正极材料层和/或所述负极材料层的边缘。
4.如权利要求3所述的复合极片，其特征在于，所述延伸部还包覆所述复合集流体的边缘。
5.如权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述多孔层包括聚合物，所述聚合物选自聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)及其衍生物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述第一隔离层和/或所述第二隔离层还包括保护层，所述保护层填充于所述多孔层中。
7.如权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述第一隔离层和/或所述第二隔离层还包括保护层，所述保护层设置于所述多孔层远离所述正极材料层或所述负极材料层的表面。
8.如权利要求6或7所述的复合极片，其特征在于，所述保护层包括无机材料，所述无机材料选自氧化物、氢氧化物以及锂离子化合物中的至少一种。
9.如权利要求6或7所述的复合极片，其特征在于，所述多孔层的厚度为1-20微米，所述保护层的厚度为0.1-20微米。
10.一种电芯，包括如权利要求1-9中任一项所述的复合极片，所述电芯由所述复合极片通过卷绕或叠片的方式形成。
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