CN112751038B - 复合集流体及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合集流体，包括至少两层复合层和拼接固定层，两层复合层分别为含碳材料的导电层，及含带孔的非金属材料的载体层，导电层和载体层连接，导电层和载体层的边缘通过拼接固定层进行拼接和固定，降低了集流体的重量，从而提高了电池质量能量密度，提高电池循环寿命，提升了集流体整体的结构稳定性，成本低，锂离子电池包括外壳和电芯，电芯设置于外壳内，电芯包括正极、负极及正极与负极之间的隔离膜；正极和负极均包括本发明的复合集流体，本发明的锂电池的正极和负极均采用本发明的复合集流体制作，提高了锂电池质量能量密度，提高锂电电池的循环寿命，降低了生产成本。

Description

复合集流体及锂离子电池

技术领域

本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种复合集流体及锂离子电池。

背景技术

集流体，顾名思义就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触。

在锂电池制造行业中，需要在锂离子二次电池的正极和负极设置集流体，现有的集流体普遍采用铝箔材料或者铜箔材料制成，采用现有的铝箔材料或者铜箔材料制成的集流体能够满足锂离子二次电池的制造要求，但是还存在以下缺陷：

一方面，由于铜铝箔材料本身较重，因此无形当中增加了锂离子二次电池的重量；另一方面，由于其材料均采用铜铝箔材料，其成本占比相对较高；更重要的一方面，其结构设计单一，一般集流体的重量占整个电池的20%~25%，则电极材料占整个电池的比重大大减少，使得电池质量能量密度低，降低了电池循环寿命。

现有技术中也存在多层结构的复合集流体，但是其各层结构设计不合理，其制造成本高，安全可靠性差。

公开号为CN 109786755 A的发明专利，公开了双极性电池复合集流体结构及制备方法，属于电化学储能技术领域，上述双极性电池复合集流体结构的特征在于：在基体的单面或者是双面涂布有保护层。上述双极性电池复合集流体结构的制备方法的特征在于：使用物理气相沉积或化学气相或电化学沉积或表面熔融或喷涂或3D打印或匀浆制备在基体的单面或双面涂布保护层。通过采用上述技术方案，该双极性电池复合集流体结构及制备方法用于提升电芯能量密度，提高电芯输出特性。该发明的集合流体结构在基体的单面或者是双面涂布有保护层，由于保护层是涂布设置于基体上的，因此固定方式并不稳定，集合流体的整体结构稳定性较低，降低了电池的使用寿命。

因此，有必要提供一种新型的复合集流体及锂离子电池以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的复合集流体及锂离子电池，以解决现有技术中集流体成本高、重量大、结构单一而造成的电池质量能量密度低、影响电池循环寿命、集流体结构不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明的所述复合集流体包括至少两层复合层和拼接固定层，所述两层复合层分别为含碳材料的导电层，及含带孔的非金属材料的载体层，所述导电层和所述载体层连接，所述导电层和所述载体层的边缘通过所述拼接固定层进行拼接和固定。

本发明的所述复合集流体的有益效果在于：

两层复合层分别为含碳材料的导电层和含带孔的非金属材料的载体层，比传统的单一材料集流体材料更加多样，且带孔的非金属材料和碳材料的结合使得本发明的所述复合集流体成本也比金属集流体低，因此本发明的集流体比传统金属材料集流体的重量低，降低了集流体的重量，从而提高了电池质量能量密度，提高电池循环寿命。导电层和载体层的边缘通过拼接固定层拼接和固定，从而提升了集流体整体的结构稳定性，成本低。

优选地，所述载体层上设置若干孔洞，所述孔洞使所述载体层的孔隙率为3%-95%。其有益效果在于：在载体层上设置孔洞，不仅可以进一步降低载体层和复合集流体的重量，提高了电池质量能量密度，而且可以提高载体层内离子的导通率，从而保证复合集流体的急流速度。

优选地，所述碳材料在所述碳材料对应的所述导电层上的重量比大于30%。其有益效果在于：碳材料具有导电的功能，碳材料可以覆盖在导电层的表面，充分的碳材料保证了集流体的导电率。

优选地，所述非金属材料占所述非金属材料对应的所述载体层的重量比大于30%。其有益效果在于：避免载体层中非金属材料重量比太低导致的电池的能量密度降低，降低载体层重量而降低复合集流体的整体的重量，从而有效提高电池的质量能量密度。

优选地，所述载体层和所述导电层通过真空电镀或电解电镀或复合粘贴复合连接。其有益效果在于：通过电镀或复合粘贴技术将载体层和导电层固定连接于一起，初步保证集流体的结构稳定性。

优选地，所述导电层为一个或多个相互独立的子导电层的组合。其有益效果在于：导电层可以为一个或多个相互独立的子导电层的组合，从而使导电层的结构灵活多样，可依据集流体和锂电池的需要而灵活选择不同结构的导电层，提高了集流体的适用性。

优选地，所述导电层的厚度为0.1-20um，所述载体层的厚度为0.1-50um。其有益效果在于：合理控制导电层和载体层的厚度，减轻集流体的重量。

优选地，所述载体层为一个或多个相互独立的子载体层的组合。其有益效果在于：载体层可以为一个或多个相互独立的子载体层的组合，从而使载体层的结构灵活多样，可依据集流体和锂电池的需要而灵活选择不同结构的载体层，提高了集流体的适用性。

优选地，所述拼接固定层包括金属箔，所述拼接固定层为一个或多个相互独立的所述金属箔的组合。其有益效果在于：根据复合集流体的导体层与载体层的结构及连接方式的种类选择不同类型的拼接固定层，从而使不同的复合集流体选择不同和的拼接固定层，提高了拼接固定层的适用性。

进一步优选地，所述碳材料为石墨、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的一种或多种的组合；

所述非金属材料为聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物﹑聚碳酸酯﹑聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、无纺布或聚酯、碳纤维、碳管、石墨烯任意一种或者多种的复合；

所述金属箔为金、钨、铂、铁、钴、镍、镁、锌、铝、钛、铬中的一种或多种的复合。

优选地，所述拼接固定层的一端插设于所述导电层与所述载体层边缘之间的缝隙内，所述拼接固定层的顶面和底面分别与所述导电层和所述载体层连接。其有益效果在于：通过拼接固定层进一步提高导电层与载体层边缘的连接紧密性。

优选地，所述拼接固定层的底面与所述导电层和所述载体层边缘的顶面连接。其有益效果在于：通过拼接固定层与导电层和载体层的顶面连接，从而增加接触固定面积，提高导电层与载体层连接紧固性，提高复合集流体的整体稳定性。

优选地，所述拼接固定层的底面与所述载体层的边缘顶面连接，所述拼接固定层的侧面与所述导电层的侧面连接。

本发明的所述锂离子电池包括外壳和电芯，所述电芯设置于所述外壳内，所述电芯包括正极、负极及所述正极与所述负极之间的隔离膜；所述正极和负极均包括本发明所述的复合集流体。

本发明的锂离子电池的有益效果在于：

本发明的所述复合集流体为碳材料的导电层和非金属材料的载体层的复合而成，比传统的单一材料集流体材料更加多样，成本也比金属集流体低，且带孔的非金属材料和碳材料的结合使得所述复合集流体比传统金属材料集流体的重量低，降低了集流体的重量，本发明的锂电池的正极和负极均采用本发明所述的复合集流体制作，提高了锂电池质量能量密度，提高锂电电池的循环寿命，降低了锂离子电池的生产成本。

优选地，所述正极还包括正极活性物质，所述正极上的所述复合集流体与所述正极活性物质接触，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍锰尖晶石中的任意一种或多种的组合。

优选地，所述负极还包括负极活性物质，所述负极上的所述复合集流体与所述负极活性物质接触，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、钛酸锂、硅或硅碳合金、锡合金中的任意一种或多种的组合。

附图说明

图1为本发明的实施例一的复合集流体的第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明的实施例一的复合集流体的第二种实施方式的结构示意图；

图3为本发明的实施例一的复合集流体的第三种实施方式的结构示意图；

图4为本发明的实施例二的复合集流体的结构示意图；

图5为本发明的实施例三的复合集流体的结构示意图；

图6为本发明的实施例四的复合集流体的结构示意图；

图7为本发明的锂离子电池结构示意图。

图中：1-导电层；10-子导电层；2-载体层；20-孔洞；21-子载体层；3-拼接固定层；30-金属箔；4-外壳；5-电芯；6-正极；60-正极活性物质；61-正极集流体；7-负极；70-负极活性物质；71-负极集流体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所述领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种复合集流体，如图1所示，本发明的复合集流体包括至少两层复合层和拼接固定层，两层复合层分别为含碳材料的导电层1，及含带孔的非金属材料的载体层2，载体层2为离子的流动提供载体。导电层1和载体层2连接，导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3进行拼接和固定。导电层1起到引导电流，并将载体层2内流动的离子收集起来，并通过拼接固定层3的金属箔30输出电流。

本发明的复合集流体的优点在于：

两层复合层分别为含碳材料的导电层1和含非金属材料的载体层2，比传统的单一材料集流体材料更加多样，且非金属材料和碳材料的密度都比金属低，使得本发明的复合集流体成本也比金属集流体低，因此本发明的集流体比传统金属材料集流体的重量低，降低了集流体的重量，从而提高了电池质量能量密度，提高电池循环寿命。导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3拼接和固定，从而提升了集流体整体的结构稳定性，成本低。

作为本发明一种优选的实施方式，载体层2和导电层1通过真空电镀或电解电镀或复合粘贴复合连接。其优点在于：通过电镀或复合粘贴技术将载体层2和导电层1固定连接于一起，初步保证集流体的结构稳定性。

作为本发明一种优选的实施方式，导电层1为一个或多个相互独立的子导电层的组合。其优点在于：导电层可以为一个或多个相互独立的子导电层的组合，从而使导电层的结构灵活多样，可依据集流体和锂电池的需要而灵活选择不同结构的导电层，提高了集流体的适用性。

作为本发明一种优选的实施方式，导电层1的厚度为0.1-20um。其优点在于：合理控制导电层的厚度，减轻集流体的重量。

作为本发明一种优选的实施方式，碳材料在碳材料对应的导电层1上的重量比大于30%。其优点在于：碳材料具有导电的功能，碳材料可以覆盖在导电层的表面，充分的碳材料保证了集流体的良好的导电率，保证本发明的复合集流体满足锂电池性能的功率要求。

作为本发明一种优选的实施方式，作为导电层1的材料，碳材料要求具备优异的电导率，碳材料为石墨、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的一种。碳材料优选为石墨、碳纳米管、石墨烯等材料。

作为本发明一种优选的实施方式，载体层的厚度为0.1-50um。载体层2作为结构基础，要求具备一定的抗拉强度和柔韧性以满足实际产业化要求，载体层的厚度控制在0.1um-50um之间，要求载体层2基体的抗拉强度不小于30N/mm2。其优点在于：合理控制载体层的厚度，减轻集流体的重量。

作为本发明一种优选的实施方式，载体层2为一个或多个相互独立的子载体层的组合。其优点在于：载体层可以为一个或多个相互独立的子载体层的组合，从而使载体层的结构灵活多样，可依据集流体和锂电池的需要而灵活选择不同结构的载体层，提高了集流体的适用性。

作为本发明一种优选的实施方式，非金属材料占非金属材料对应的载体层的重量比大于30%。其优点在于：避免载体层中非金属材料重量比太低导致的电池的能量密度降低，降低载体层重量而降低复合集流体的整体的重量，从而有效提高电池的质量能量密度。

作为本发明一种优选的实施方式，非金属材料为聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚氧化乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)、求丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)﹑聚碳酸酯(PC)﹑聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、无纺布、聚酯、碳纤维、碳管、石墨烯等任意一种或者多种的复合。

作为本发明一种优选的实施方式，载体层2上设置若干孔洞20，孔洞20使载体层2的孔隙率为3%-95%。其优点在于：在载体层上设置孔洞，不仅可以进一步降低载体层和复合集流体的重量，提高了电池质量能量密度，且孔洞易于形成导通结构，便于离子的流动，从而保证复合集流体的汇集电流的速度。孔隙率不可太大或太小，载体层2的孔隙率太大，其强度无法满足电池装配过程的要求，孔隙率太小，则无法形成导通结构。

作为本发明一种优选的实施方式，拼接固定层包括金属箔。

作为本发明一种优选的实施方式，拼接固定层3为一个或多个相互独立的金属箔的组合。其优点在于：根据复合集流体的导体层与载体层的结构及连接方式的种类选择不同类型的拼接固定层，从而使不同的复合集流体选择不同和的拼接固定层，提高了拼接固定层的适用性。

作为本发明一种优选的实施方式，金属箔为金、钨、铂、铁、钴、镍、镁、锌、铝、钛、铬中的一种或多种的复合。

实施例一

如图1所示，本发明的复合集流体包括两个含碳材料的导电层1，及一个含非金属材料的载体层2，载体层2为导电层1提供流动的载体。导电层1和载体层2连接，导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3进行拼接和固定。具体地，两个导电层1将载体层2夹设在中间，两个导电层1分别与载体层2的顶面、底面连接，两个导电层1关于载体层2上下对称。载体层2为两个导电层1提供载体。在载体层2上设置孔洞20，便于两个导电层1的之间离子的导通。

在第一种实施方式中，如图1所示，图1为本发明的实施例一的复合集流体的第一种实施方式的结构示意图。一个载体层2的顶面和底面分别连接两个导电层，拼接固定层3的底面与导电层1和载体层2边缘的顶面连接。拼接固定层3包括四个金属箔30，四个金属箔30正截面形状均呈“Z”形。其优点在于：通过拼接固定层与导电层和载体层的顶面连接，从而增加接触固定面积，提高导电层与载体层连接紧固性，提高复合集流体的整体稳定性。

第二种实施方式中，如图2所示，图2为本发明的实施例一的复合集流体的第二种实施方式的结构示意图，载体层2的顶面面积和底面面积均比导电层1的顶面和底面面积大。拼接固定层3的一端插设于导电层1与载体层2边缘之间的缝隙内，拼接固定层3包括四个金属箔30，拼接固定层3采用真空电镀、电解电镀或复合粘结复合方式与导电层1和载体层2固定连接。拼接固定层的顶面和底面分别与导电层和载体层连接。其优点在于：通过拼接固定层进一步提高导电层与载体层边缘的连接紧密性。

在第三种实施方式中，如图3所示，图3为本发明的实施例一的复合集流体的第三种实施方式的结构示意图。一个载体层2的顶面和底面分别连接两个导电层1，载体层2的顶面面积和底面面积均比导电层1的顶面和底面面积大。拼接固定层3的底面与载体层2的边缘顶面连接，拼接固定层3包括四个金属箔30，拼接固定层3的侧面与导电层1的侧面连接。其中金属箔30的厚度与导电层1的厚度一致，在保证本发明复合集流体结构稳定性的前提下，也保证了复合集流体合理的厚度，不会额外增加复合集流体的厚度，使得本发明的复合集流体的表面更加平整。

实施例二

如图4所示，图4为本发明的实施例二的复合集流体结构示意图；本发明的复合集流体包括含碳材料的导电层1，及一个含非金属材料的载体层2，载体层2为导电层1提供流动的载体。导电层1和载体层2连接，导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3进行拼接和固定。

导电层1为若干个相互独立的子导电层10的组合。载体层2上设置若干嵌孔，若干个子导电层10分别插设于嵌孔内。若干子导电层10相互平行且等距设置，且顶面高度一致。所有子导电层10的顶部通过一拼接固定层3与载体层2拼接固定；所有子导电层10的底部也通过一拼接固定层3与载体层2拼接固定。完成了子导电层10与载体层2的复合连接和拼接固定。两个金属箔30既能起到导电层1与载体层2的拼接固定作用，也能起到传导电流和离子的作用，两个拼接固定层3和多个子导电层1的连接提高了复合集流体的导电率。

实施例三

如图5所示，图5为本发明的实施例三的复合集流体结构示意图；本发明的复合集流体包括一个含碳材料的导电层1，及两个含非金属材料的载体层2，载体层2为导电层1提供流动的载体。导电层1和载体层2连接，导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3进行拼接和固定。

载体层2为若干个相互独立的子载体层21的组合。具体地，本发明由一个导电层1两个载体层2组成，两个载体层2分别导电层1的顶面和底面复合连接。导电层1顶面的载体层2包括若干子载体层21，若干子载体层21相互平行且等距设置，且若干子载体层21的顶面高度一致。导电层1顶面与若干子载体层21拼接复合，并且导电层1顶部的所有子载体层21均通过一拼接固定层3与导电层1拼接固定，保证复合连接的稳定性。导电层1底面的底面复合连接若干子载体层21，并且导电层1底面的所有子载体层21也通过一拼接固定层3与导电层1拼接固定，保证载体层2和导电层1及整个复合集流体的结构稳定性。

实施例四

如图6所示，图6为本发明的实施例四的复合集流体结构示意图；本发明的复合集流体包括一个含碳材料的导电层1，及两个含非金属材料的载体层2，载体层2为导电层1提供流动的载体。导电层1和载体层2连接，导电层1和载体层2的边缘通过拼接固定层3进行拼接和固定。

拼接固定层3为若干个金属箔30的组合。具体地，两个载体层2分别与导电层1的顶面、底面复合连接；

与导电层1顶面复合连接的载体层2通过多个等距设置的金属箔30拼接固定，金属箔30与导电层1和载体层2均连接，保证导电层1与顶部载体层2的复合连接的稳定；

与导电层1底面复合连接的载体层2也通过多个等距设置的金属箔30拼接固定，保证导电层1与载体层2及整个复合集流体的复合连接和结构的稳定性。

本发明还提供了一种锂离子电池，如图7所示，图7为本发明的锂离子电池结构示意图；本发明的锂离子电池包括外壳4和电芯5，电芯5设置于外壳内，电芯5包括正极6、负极7及正极6与负极7之间的隔离膜(图中未示出)；正极6包括正极集流体61，负极7包括负极集流体71，正极集流体61和负极集流体71均采用本发明的实施例的复合集流体的结构和原理制作的。

本发明的锂离子电池的优点在于：

本发明的复合集流体为碳材料的导电层和非金属材料的载体层的复合而成，比传统的单一材料集流体材料更加多样，且非金属材料和碳材料的密度都比金属低，成本也比金属集流体低，使得复合集流体比传统金属材料集流体的重量低，降低了集流体的重量，本发明的锂电池的正极和负极均采用本发明的复合集流体制作，提高了锂电池质量能量密度，提高锂电电池的循环寿命，降低了锂离子电池的生产成本。

可补充的是，本发明的锂离子电池可以为软包电池、方形铝壳电池、方形钢壳电池、圆柱铝壳电池或圆柱钢壳电池。

作为本发明一种优选的实施方式，正极6还包括正极活性物质60，正极集流体61与正极活性物质60接触，正极活性物质包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、磷酸锰铁锂(LFMP)、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝三元材料、富锂层状材料或镍锰尖晶石材料中的任意一种或多种的组合。

作为本发明一种优选的实施方式，负极7还包括负极活性物质70，负极集流体71与负极活性物质70接触，负极活性物质70包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、钛酸锂、硅或硅碳合金、锡合金中、活性锂金属的任意一种或多种的组合。

作为本发明一种具体的实施例，鉴于本发明的电池公开了较多材料，因此，针对本发明某一种具体的实施例的电池与现有的电池进行对比说明，其具体实施例与对比例说明如下：

对比例和实施例中均以选择软包装5Ah磷酸铁锂电池来验证本发明效果。

对比例的正极和负极的选择：正极材料选择磷酸铁锂材料，正极集流体选择13微米铝箔；负极材料选择石墨材料，负极集流体选择8微米铜箔。

实施例的正极和负极的选择：正极材料选择磷酸铁锂材料，正极集流体选择6微米的非金属层聚丙烯（孔隙率为20%）的载体层和3微米的碳材料导电层（重量比为75%碳纳米管CNTs和重量比为25%的天然石墨）和3微米的下层碳材料导电层复合集流体（重量比为75%碳纳米管CNTs和重量比为25%的天然石墨），边缘层为6um的铝箔作为正极极耳焊接处；

负极材料选择石墨材料，负极集流体选择6微米的非金属层聚丙烯（孔隙率为20%）和3微米的上层碳材料导电层（重量比为75%碳纳米管CNTs和重量比为25%的天然石墨）和3微米的下层碳材料导电层（重量比为75%碳纳米管CNTs和重量比为25%的天然石墨），边缘层为4um的铜箔作为负极极耳焊接处。

上述实施例与对比例的电极组分参数选择相同，具体参数如下：

正极材料的重量配比为：正极活性材料占正极材料的96％，另外还有2％的聚偏氟乙烯PVDF5130，2％的碳黑导电剂SP；负极材料的重量配比为：其负极活性材料占负极材料的95％，1 .60％的羟甲基纤维素钠CMC，1 .00％的碳黑导电剂SP，2 .50％的丁苯橡胶SBR。

上述实施例与对比例的涂布和辊压参数相同，具体参数为：正极面密度：31mg/cm2，负极面密度：15 .5mg/cm2；正极压实密度：2 .3g/cm3，负极压实密度：1 .4g/cm3。

用上述实施例和对比例的电极组分组装制成软包装电池，外壳选择铝塑膜材料进行封装成型，然后分别进行电解液注液、陈化、化成、分容等工序制得锂离子电池。

其具体的制作工序如下：

注液：将真空泵的抽吸口对准电池的注射口，打开抽真空泵对电池壳进行抽真空，抽真空后关闭真空泵。使注射装置的注射口插入电池的注射口，然后进行注液，为了保证注液效果，可以进行多次注液，注液完成后封口；

陈化：陈化是电池制作中重要的工序，陈化过程中选取电池分组进行陈化作业；

化成：将化成机线路按照正负极连接到电池上，利用化成机进行化成，然后根据电池型号，通过计算机完成对各个电池组进行参数的选择。

分容：把化成过的符合标准的电池进行分容，利用分容柜对电池进行分容操作。

分选：经过分容后，对电池进行分选，分选过程中将电池放在采集模块下，然后连接采集模块和电池，并经过放电、充电、放电、再充电四个步骤，检测电池的各项参数。

经过具体试验测试得到以下电池性能，其具体对比表格如下：

表1 电池测试对比表

通过上述表1的电池测试表分析可见，对比例电池和本发明的实施例电池的电池容量一致，重量有所减轻，特别是本发明的实施例实验电池能量密度得到显著提升，在能量密度具有显著优势的情况下，其集流体的成本还得到了显著的降低，而且循环性能也得到了改善。因此，采用本发明的复合集流体制作的锂电池具有显著提升电池能量密度、提高循环性能、降低集流体成本和电池的重量等优点。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (13)

1.一种复合集流体，其特征在于，包括至少两层复合层和拼接固定层，所述两层复合层分别为含碳材料的导电层，及含带孔的非金属材料的载体层，所述载体层上设置若干孔洞；所述孔洞用于形成导通结构，以使两个导电层之间离子的导通；所述导电层和所述载体层连接，所述导电层和所述载体层的边缘通过所述拼接固定层进行拼接和固定；拼接固定层与导电层连接；所述拼接固定层用于输出电流；所述导电层为多个相互独立的子导电层的组合；所述载体层为一个或多个相互独立的子载体层的组合；所述载体层和所述导电层通过真空电镀或电解电镀或复合粘贴复合连接；所述非金属材料为聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物﹑聚碳酸酯﹑聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇或无纺布。

2.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述孔洞使所述载体层的孔隙率为3%-95%。

3.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述碳材料在所述碳材料对应的所述导电层上的重量比大于30%。

4.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述非金属材料占所述非金属材料对应的所述载体层的重量比大于30%。

5.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为0.1-20um，所述载体层的厚度为0.1-50um。

6.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述拼接固定层的一端插设于所述导电层与所述载体层边缘之间的缝隙内，所述拼接固定层的顶面和底面分别与所述导电层和所述载体层连接。

7.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述拼接固定层的底面与所述导电层和所述载体层边缘的顶面连接。

8.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述拼接固定层的底面与所述载体层的边缘顶面连接，所述拼接固定层的侧面与所述导电层的侧面连接。

9.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述拼接固定层包括金属箔，所述拼接固定层为一个或多个相互独立的所述金属箔的组合。

10.如权利要求9所述的复合集流体，其特征在于，所述碳材料为石墨、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的一种或多种的复合；

所述金属箔为金、钨、铂、铁、钴、镍、镁、锌、铝、钛、铬中的一种或多种的复合。

11.一种锂离子电池，其特征在于，包括外壳和电芯，所述电芯设置于所述外壳内，所述电芯包括正极、负极及所述正极与所述负极之间的隔离膜；所述正极和负极均包括权利要求1-10任意一项所述的复合集流体。

12.如权利要求11所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述正极还包括正极活性物质，所述正极上的所述复合集流体与所述正极活性物质接触，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍锰尖晶石中的任意一种或多种的组合。

13.如权利要求11所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述负极还包括负极活性物质，所述负极上的所述复合集流体与所述负极活性物质接触，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、钛酸锂、硅或硅碳合金、锡合金中的任意一种或多种的组合。

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