CN112259742B - 复合基材及其制备方法、电池和电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种复合基材及其制备方法、电池和电动车辆，涉及电池领域。该复合基材具有交替设置极耳成型区域和减薄区域，复合基材包括绝缘层、第一金属层、第二金属层、第一粘接层、第二粘接层和导电粘接层。在减薄区域，第一粘接层和第二粘接层分别设置于绝缘层的相对两侧面上，第一粘接层与第一金属层连接，第二粘接层与第二金属层连接。第一粘接层和第二粘接层均从减薄区域延伸至极耳成型区域并均与导电粘接层连接。在极耳成型区域，第一金属层和第二金属层分别设置于导电粘接层的相对两侧面，且第一金属层与第二金属层电连接。本发明实施例能够提高电池的重量能量密度，并且便于焊接，附着力强，有利于提高电池的循环性能。

Description

复合基材及其制备方法、电池和电动车辆
技术领域
本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种复合基材及其制备方法、电池和电动车辆。
背景技术
锂离子二次电池的正负极电极是通过在金属集流体(铜箔或铝箔)表面涂覆电极材料制成，金属集流体昂贵且密度大，在极片中占用较大比例的重量，从而降低了电池的重量能量密度，影响电动汽车的续航里程。一般情况下，锂离子二次电池在工作过程中只需要很薄一层金属导电层即可满足导电需求，但是由于金属箔材的加工能力限制和极片制造工序的制成能力限制，无法直接使用超薄的金属集流体。另一方面，在电池发生内部短路的情况下，不同的集流体，对电池的温升的影响也不同，因此可以从改善集流体的设计来提升锂离子电池的安全性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合基材及其制备方法、电池和电动车辆，其能够提高电池的重量能量密度，并且便于焊接，附着力强，有利于提高电池的循环性能。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种复合基材，所述复合基材具有交替设置的至少一个极耳成型区域和至少一个减薄区域，所述极耳成型区域的厚度大于所述减薄区域的厚度；
所述复合基材包括绝缘层、第一金属层、第二金属层、第一粘接层、第二粘接层和导电粘接层，所述绝缘层位于所述减薄区域，所述导电粘接层位于所述极耳成型区域，所述第一金属层和所述第二金属层均覆盖于所述极耳成型区域和所述减薄区域；
在所述减薄区域，所述第一粘接层和所述第二粘接层分别设置于所述绝缘层的相对两侧面上，所述第一粘接层与所述第一金属层连接，所述第二粘接层与所述第二金属层连接；
所述第一粘接层和所述第二粘接层均从所述减薄区域延伸至所述极耳成型区域并均与所述导电粘接层连接；
在所述极耳成型区域，所述第一金属层和所述第二金属层分别设置于所述导电粘接层的相对两侧面，且所述第一金属层与所述第二金属层电连接。
在可选的实施方式中，在所述极耳成型区域，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度均小于所述绝缘层的厚度。
在可选的实施方式中，位于所述极耳成型区域的所述第一金属层的厚度，大于位于所述减薄区域的所述第一金属层的厚度；和/或，位于所述极耳成型区域的所述第二金属层的厚度，大于位于所述减薄区域的所述第二金属层的厚度。
在可选的实施方式中，所述第一金属层和所述第二金属层在所述减薄区域和所述极耳成型区域之间，分别设置有第一过渡槽和第二过渡槽，所述第一过渡槽和所述第二过渡槽分别位于所述第一金属层和所述第二金属层的外表面，所述绝缘层对应于所述第一过渡槽和/或所述第二过渡槽的区域的厚度小于其在所述减薄区域的厚度。
在可选的实施方式中，所述第一过渡槽和所述第二过渡槽均为弧形过渡，且其延伸的宽度范围为0.5～10毫米。
在可选的实施方式中，所述第一粘接层为导电层，并分别与所述第一金属层和所述导电粘接层电连接；和/或，所述第二粘接层为导电层，并分别与所述第二金属层和所述导电粘接层电连接。
在可选的实施方式中，所述第一粘接层、所述第二粘接层和所述导电粘接层为同一导电粘接剂制成的一体结构。
第二方面，本发明实施例提供一种复合基材的制备方法，用于制备如前述实施方式中任一项所述的复合基材，所述制备方法包括：
在所述绝缘层的相对两侧面上分别设置所述第一粘接层和所述第二粘接层；
在所述第一粘接层上设置所述第一金属层，在所述第二粘接层上设置所述第二金属层，并在所述导电粘接层的相对两侧分别设置所述第一金属层和所述第二金属层；
在所述第一金属层和所述第二金属层的设定区域上涂覆蚀刻剂，以使所述第一金属层和所述第二金属层减薄，从而形成所述减薄区域和所述极耳成型区域。
第三方面，本发明实施例提供一种电池，包括如前述实施方式中任一项所述的复合基材。
第四方面，本发明实施例提供一种电动车辆，包括如前述实施方式所述的电池。
本发明实施例提供的复合基材及其制备方法、电池和电动车辆：减薄区域的厚度减小，金属集流体的厚度变薄，整体的重量降低，从而有利于提升电池的重量能量密度。同时，在极耳成型区域，第一金属层和第二金属层通过导电粘接层电连接，能够便于焊接。同时，第一粘接层、第二粘接层和导电粘接层能够使绝缘层与第一金属层和第二金属层之间的附着力增强，有利于提升电池的循环性能。也就是说，本发明实施例能够提高电池的重量能量密度，并且便于焊接，附着力强，有利于提高电池的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的复合基材的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的复合基材的结构示意图；
图3为图2中A处的放大结构示意图；
图4为本发明实施例提供的复合基材的制备方法流程示意框图。
图标：100-复合基材；101-极耳成型区域；102-减薄区域；110-绝缘层；120-第一金属层；130-第二金属层；140-第一粘接层；150-第二粘接层；160-导电粘接层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供一种复合基材100。该复合基材100可以用于制备电池的正负极极片，并使得电池的重量能量密度增加；并且便于焊接，附着力强，有利于提高电池的循环性能。
在本发明实施例中，该复合基材100具有交替设置的至少一个极耳成型区域101和至少一个减薄区域102，极耳成型区域101的厚度大于减薄区域102的厚度。
需要指出的是，在本发明实施例中，利用该复合基材100制备电池的金属集流体。该复合基材100的减薄区域102可以通过化学蚀刻的方式实现，从而可以将金属层减薄。在制备电池的正负极极片时，在该减薄区域102涂布电极材料，该极耳成型区域101用于成型电极的极耳。由于减薄区域102的厚度减小，金属集流体的厚度变薄，整体的重量降低，从而有利于提升电池的重量能量密度。
该复合基材100包括绝缘层110、第一金属层120、第二金属层130、第一粘接层140、第二粘接层150和导电粘接层160，绝缘层110位于减薄区域102，导电粘接层160位于极耳成型区域101，第一金属层120和第二金属层130均覆盖于极耳成型区域101和减薄区域102。在减薄区域102，第一粘接层140和第二粘接层150分别设置于绝缘层110的相对两侧面上，第一粘接层140与第一金属层120连接，第二粘接层150与第二金属层130连接；第一粘接层140和第二粘接层150均从减薄区域102延伸至极耳成型区域101并均与导电粘接层160连接；在极耳成型区域101，第一金属层120和第二金属层130分别设置于导电粘接层160的相对两侧面，且第一金属层120与第二金属层130电连接。
应当理解的是，在减薄区域102，第一金属层120与第二金属层130之间设置有绝缘层110、以及第一粘接层140和第二粘接层150，第一金属层120和第二金属层130分别通过第一粘接层140和第二粘接层150粘接于绝缘层110上；在极耳成型区域101，第一金属层120与第二金属层130之间设置有导电粘接层160，使得第一金属层120与第二金属层130导通，从而便于焊接。
在本发明实施例中，在极耳成型区域101，第一金属层120和第二金属层130的厚度均小于绝缘层110的厚度。同时，位于极耳成型区域101的第一金属层120的厚度，大于位于减薄区域102的第一金属层120的厚度；和/或，位于极耳成型区域101的第二金属层130的厚度，大于位于减薄区域102的第二金属层130的厚度。
需要说明的是，在制备该复合基材100时，形成第一金属层120和第二金属层130的金属箔材的厚度可以相等。再在具有绝缘层110的区域，将金属箔材减薄(通过化学方法或者电化学方法)，形成减薄区域102；因此，在减薄区域102，第一金属层120的厚度和第二金属层130的厚度较薄，薄于在极耳成型区域101的第一金属层120和第二金属层130。当然，极耳成型区域101即为没有减薄的区域，当然，也可以理解为不具有绝缘层110或者绝缘层110未覆盖的区域。
在可选的实施方式中，第一金属层120和第二金属层130在减薄区域102和极耳成型区域101之间，分别设置有第一过渡槽和第二过渡槽，第一过渡槽和第二过渡槽分别位于第一金属层120和第二金属层130的外表面，绝缘层110对应于第一过渡槽和/或第二过渡槽的区域的厚度小于其在减薄区域102的厚度。
应当理解的是，该第一过渡槽和第二过渡槽所在区域为缓坡区域，即为减薄区域102和极耳成型区域101之间的过渡。可选地，该缓坡区域的宽度在0.5～10毫米之间；即，第一过渡槽和第二过渡槽的延伸的宽度范围为0.5～10毫米。可选地，第一过渡槽和第二过渡槽均为弧形过渡。
在可选的实施方式中，第一粘接层140为导电层，并分别与第一金属层120和导电粘接层160电连接；和/或，第二粘接层150为导电层，并分别与第二金属层130和导电粘接层160电连接。
进一步地，第一粘接层140、第二粘接层150和导电粘接层160为同一导电粘接剂制成的一体结构。
需要说明的是，“第一粘接层140、第二粘接层150和导电粘接层160为同一导电粘接剂制成的一体结构”中的导电粘接剂可以由聚合物胶粘剂和导电剂混合而成的复合导电浆料、或者金属粉粘性导电浆料。其中，导电剂可以为碳类导电剂，如炭黑、乙炔黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、富勒烯等，也可以为金属导电剂，如导电银浆、导电铝浆、导电铜浆等。导电粘结层提供强力的粘结将正反面的金属箔材(第一金属层120和第二金属层130)牢固粘结成复合基材100；同时，导电粘结层具备很强的耐电解液性能，在电解液中基本不溶胀、不溶解、不分解、且能长期保证粘结性的粘结剂。粘结剂可以由包含含有酸酐基或羧基或羟基等、可以与异氰酸酯发生反应的树脂与多官能异氰酸酯化合物以及金属化合物制成的粘结剂，在其中添加导电剂制成导电粘结剂。粘结剂也可以由包含硅烷偶联剂，多异氰酸酯、环氧化合物、碳二亚胺、氨基树脂中的至少一种以上聚合物和导电剂混合制成的导电粘结剂。
当然，在本发明的其他实施例中，第一粘接层140和第二粘接层150也可以不具有导电性，而导电粘接层160具有导电性，在极耳成型区域101实现第一金属层120和第二金属层130的电连接。此时，导电粘接层160由导电剂和粘接剂混合形成；第一粘接层140和第二粘接层150由粘接剂形成。
可选地，在本发明实施例中，第一金属层120和第二金属层130为金属箔材，可以为铜箔、铝箔、镍箔、铜镀镍等箔材。绝缘层110包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、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、聚碳酸酯等中的至少一种。
在本发明实施例中，可以采用有机聚合物绝缘材料作为基底，在基底薄膜材料的正反面各复合一层导电金属箔材，形成以有机聚合物绝缘层110为夹心材料、正反面金属箔材为外层导电层的复合材料。其中，金属箔材与有机聚合物绝缘层110之间通过粘结层结合在一起，粘结层为导电聚合物复合材料。并且，正反面的金属箔材比中间夹心聚合物绝缘层110更宽，超出夹心层的两层金属箔材通过导电聚合物粘结层复合在一起。中间夹心聚合物绝缘层110的宽度边缘，厚度上进行削薄处理。得到复合基材100原膜。在原膜的具有夹心材料的区域进行选择性的减薄处理，使包含聚合物绝缘夹心材料部分的原膜的金属层通过化学方法或者电化学的方法进行减薄。得到两侧为未减薄的双层金属箔复合层，中间区域为金属箔减薄的复合基材100。此复合基材100在使用时，只需要对金属层减薄的区域进行电极材料涂布，金属层未减薄区域102作为预留电极的极耳成型区。采用此结构的复合基材100，由于极耳成型区为双层金属箔通过导电粘结剂复合而成，可以直接进行超声波焊接，并且极耳的两层金属箔直接将极片的正反面导通，很好的解决复合基材100焊接和正反面箔材电连接导通的问题。由于金属箔与聚合物绝缘层110之间通过粘结剂进行粘合，可以将二者之间的粘附力做到足够高，避免采用复合集流体的电池在循环过程中金属层脱落的问题。
请参阅图4，本发明实施例提供一种复合基材100的制备方法，用于制备如前述实施方式中任一项的复合基材100，制备方法包括：
步骤S100：在绝缘层110的相对两侧面上分别设置第一粘接层140和第二粘接层150。
可选地，将粘接剂涂覆在绝缘层110的相对两侧面上，形成该第一粘接层140和第二粘接层150。
进一步地，将具有导电性的导电粘接剂涂覆在绝缘层110的相对两侧面上，形成该具有导电性的第一粘接层140和第二粘接层150。
步骤S200：在第一粘接层140上设置第一金属层120，在第二粘接层150上设置第二金属层130，并在导电粘接层160的相对两侧分别设置第一金属层120和第二金属层130。
可选地，在第一金属层120和第二金属层130相对的两侧面上涂覆导电粘接剂，以在第一金属层120和第二金属层130之间形成导电粘接层160。
步骤S300：在第一金属层120和第二金属层130的设定区域上涂覆蚀刻剂，以使第一金属层120和第二金属层130减薄，从而形成减薄区域102和极耳成型区域101。
应当理解的是，在步骤S300中，经过蚀刻剂蚀刻的区域为减薄区域102，未经减薄的区域为极耳成型区域101。
需要说明的是，在进行电池的制备时，可以首先进行上述的复合基材100制备，再制作正负极极片。
在制作正极极片时：将正极活性物质材料、导电剂炭黑、粘结剂按照设定的质量比进行混合，加入容积NMP，用搅拌机搅拌成均匀稳定的正极浆料；再将正极浆料按照连续条纹涂布均匀的涂覆在复合基材100的减薄区域102上，烘干后经过辊压、分切、膜切得到正极极片。
在制作负极极片时：将负极活性物质材料、导电剂、增稠剂、粘结剂按照设定的质量比混合，加入溶剂去离子水，在搅拌机中搅拌至均匀稳定的负极浆料；再将负极浆料按照连续条纹涂布均匀的涂覆在复合基材100的建波区域，烘干后经过辊压、分切、膜切得到负极极片。
需要说明的是，在正负负极片制作完成后，制备隔离膜、电解液等，已完成电池的制备，在此不再赘述。
本发明实施例提供一种电池，包括如前述的复合基材100。
本发明实施例提供一种电动车辆，包括如前述的电池。
请结合参阅图1至图4，本发明实施例提供的复合基材100及其制备方法、电池和电动车辆：减薄区域102的厚度减小，金属集流体的厚度变薄，整体的重量降低，从而有利于提升电池的重量能量密度。同时，在极耳成型区域101，第一金属层120和第二金属层130通过导电粘接层160电连接，能够便于焊接。同时，第一粘接层140、第二粘接层150和导电粘接层160能够使绝缘层110与第一金属层120和第二金属层130之间的附着力增强，有利于提升电池的循环性能。也就是说，本发明实施例能够提高电池的重量能量密度，并且便于焊接，附着力强，有利于提高电池的循环性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合基材，其特征在于，所述复合基材(100)具有交替设置的至少一个极耳成型区域(101)和至少一个减薄区域(102)，所述极耳成型区域(101)的厚度大于所述减薄区域(102)的厚度；
所述复合基材(100)包括绝缘层(110)、第一金属层(120)、第二金属层(130)、第一粘接层(140)、第二粘接层(150)和导电粘接层(160)，所述绝缘层(110)位于所述减薄区域(102)，所述导电粘接层(160)位于所述极耳成型区域(101)，所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)均覆盖于所述极耳成型区域(101)和所述减薄区域(102)；
在所述减薄区域(102)，所述第一粘接层(140)和所述第二粘接层(150)分别设置于所述绝缘层(110)的相对两侧面上，所述第一粘接层(140)与所述第一金属层(120)连接，所述第二粘接层(150)与所述第二金属层(130)连接；
所述第一粘接层(140)和所述第二粘接层(150)均从所述减薄区域(102)延伸至所述极耳成型区域(101)并均与所述导电粘接层(160)连接；
在所述极耳成型区域(101)，所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)分别设置于所述导电粘接层(160)的相对两侧面，且所述第一金属层(120)与所述第二金属层(130)电连接；
位于所述极耳成型区域(101)的所述第一金属层(120)的厚度，大于位于所述减薄区域(102)的所述第一金属层(120)的厚度；和/或，位于所述极耳成型区域(101)的所述第二金属层(130)的厚度，大于位于所述减薄区域(102)的所述第二金属层(130)的厚度；
所述第一粘接层(140)为导电层，并分别与所述第一金属层(120)和所述导电粘接层(160)电连接；和/或，所述第二粘接层(150)为导电层，并分别与所述第二金属层(130)和所述导电粘接层(160)电连接；
所述第一粘接层(140)、所述第二粘接层(150)和所述导电粘接层(160)为同一导电粘接剂制成的一体结构。
2.根据权利要求1所述的复合基材，其特征在于，在所述极耳成型区域(101)，所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)的厚度均小于所述绝缘层(110)的厚度。
3.根据权利要求1所述的复合基材，其特征在于，所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)在所述减薄区域(102)和所述极耳成型区域(101)之间，分别设置有第一过渡槽和第二过渡槽，所述第一过渡槽和所述第二过渡槽分别位于所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)的外表面，所述绝缘层(110)对应于所述第一过渡槽和/或所述第二过渡槽的区域的厚度小于其在所述减薄区域(102)的厚度。
4.根据权利要求3所述的复合基材，其特征在于，所述第一过渡槽和所述第二过渡槽均为弧形过渡，且其延伸的宽度范围为0.5～10毫米。
5.一种复合基材的制备方法，用于制备如权利要求1-4中任一项所述的复合基材(100)，其特征在于，所述制备方法包括：
在所述绝缘层(110)的相对两侧面上分别设置所述第一粘接层(140)和所述第二粘接层(150)；
在所述第一粘接层(140)上设置所述第一金属层(120)，在所述第二粘接层(150)上设置所述第二金属层(130)，并在所述导电粘接层(160)的相对两侧分别设置所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)；
在所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)的设定区域上涂覆蚀刻剂，以使所述第一金属层(120)和所述第二金属层(130)减薄，从而形成所述减薄区域(102)和所述极耳成型区域(101)；
其中，所述第一粘接层(140)、所述第二粘接层(150)和所述导电粘接层(160)为同一导电粘接剂制成的一体结构。
6.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的复合基材(100)。
7.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求6所述的电池。
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