CN112771692A - 复合集流体、电极极片、电化学装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种复合集流体，其包括绝缘层和导电层。绝缘层为热熔胶层或为聚合物层和热熔胶层层叠设置而成的复合膜层；导电层设置于绝缘层的至少一个表面上并与热熔胶层相粘接。导电层与热熔胶层相粘接，使得导电层与绝缘层之间具有较强的粘接力，从而使得导电层不易出现脱落现象。本申请还提供应用上述复合集流体的电极极片及电化学装置。

Description

复合集流体、电极极片、电化学装置及电子装置

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种复合集流体及应用复合集流体的电极极片、电化学装置及电子装置。

背景技术

锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高。

集流体作为锂离子电池中的一个重要部件，具有将锂离子电池活性物质产生的电流汇集起来以形成较大的电流对外输出的功能。为了提升锂离子电池安全性能与能量密度，已有技术采用在聚合物的两侧表面复合金属层，形成一种复合集流体。该复合集流体可以防止锂离子电池在遇到碰撞、挤压、穿刺等异常情况时因内短路而发生起火、爆炸等事故。与金属箔集流体相比，这种复合集流体也能够降低集流体重量，提升锂离子电池能量密度。复合集流体一般包括塑料薄膜及设置于塑料薄膜相对两表面的金属导电层。然而，金属层与塑料薄膜之间的粘附力较小，在锂离子电池加工或长时间使用后，易出现导电层脱落现象。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本申请提供一种能使导电层不易脱落的复合集流体以及应用该复合集流体的电极极片、电化学装置及电子装置。

本申请实施例提供一种复合集流体，其包括绝缘层和导电层。绝缘层为热熔胶层或为聚合物层和热熔胶层层叠设置而成的复合膜层；导电层设置于绝缘层的至少一个表面上并与热熔胶层相粘接。导电层与热熔胶层直接粘接，增强了导电层与绝缘层之间的粘接力，进而使得导电层不易出现脱落现象。

在一些实施例中，绝缘层的厚度为2～50μm。若绝缘层的厚度过小，在加工复合集流体体时，在拉力的作用下，复合集流体容易被拉断，无法有效改善复合集流体加工断带的问题；绝缘层的厚度过大，会影响使用该复合集流体的电化学储能装置的体积能量密度。

在一些实施例中，复合膜层包括聚合物层及设置于聚合物层相对两侧的热熔胶层，导电层设置于每个热熔胶层背离聚合物层的一侧。导电层通过热熔胶层粘接于聚合物层，使得导电层从聚合物层脱落的剥离力被增大，进而使导电层不易从绝缘层上脱落。

在一些实施例中，聚合物层的厚度为2～12μm，热熔胶层的厚度为0.5～5μm。

在一些实施例中，聚合物层中聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺中的至少一种。

在一些实施例中，热熔胶层中热熔胶选自聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯共聚物、苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚物中的至少一种。

在一些实施例中，导电层的厚度为20～5000nm。

在一些实施例中，导电层包括金属导电层和非金属导电层中的至少一种。

在一些实施例中，金属导电层包括铝、铜、镍、铁、钛、银、金、钴、铬、钼、钨及其合金中的至少一种；非金属导电层包括石墨、炭黑、碳纳米管、聚3,4-乙烯二氧噻吩及其混合物中的至少一种。

本申请实施方式还提供一种电极极片，其包括上述复合集流体及设置在导电层背离绝缘层一侧的活性物质层。

本申请实施方式还提供一种应用上述电极极片的电化学装置以及应用该电化学装置的电子装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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的附图。

图1为本申请一实施方式提供的复合集流体的结构示意图。

图2为本申请另一实施方式提供的复合集流体的结构示意图。

主要元件符号说明

复合集流体 100、200

绝缘层 10、210

导电层 30、230

第一表面 11、211、221

第二表面 12、212、223

聚合物层 220

热熔胶层240

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方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“连接于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件或者可能同时存在居中组件。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。在本申请实施方式中使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本申请第一实施方式提供的复合集流体100包括绝缘层10以及导电层30。绝缘层10包括相对设置的第一表面11及第二表面12。导电层30设置于第一表面11及第二表面12上。根据本申请另一实施方式，导电层30还可仅设置于第一表面11或第二表面12。

绝缘层10为热熔胶层。在制备复合集流体时，先在常温下不具有粘性的热熔胶膜上复合导电层，后续再对复合集流体进行热压使得金属层与热熔胶层粘接在一起，提升金属层与绝缘层的粘接力。该热熔胶可选自聚烯烃(PO)，乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，聚酰胺(PA)，聚氨酯(PU)，环氧树脂(EPO)苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SB S)，苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯共聚物(SEB S)，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚物(SEPS)中至少一种。

根据本申请一实施方式，绝缘层10的厚度为2μm～50μm。绝缘层10的厚度过小，在加工复合集流体体时，在拉力的作用下，复合集流体容易被拉断，无法有效改善复合集流体100加工断带的问题；绝缘层10的厚度过大，会影响使用该复合集流体100的电化学储能装置的体积能量密度。

导电层30与热熔胶层相粘接。根据导电层30所选用材质的不同，该复合集流体100既可以用于正极也可以用于负极。具体地，导电层30包括金属导电层和非金属导电层中的至少一种。金属导电层的材质可选自铝、铜、镍、铁、钛、银、金、钴、铬、钼、钨及其组合物(合金)中的至少一种。非金属导电层的材质石墨、炭黑、碳纳米管、聚3,4-乙烯二氧噻吩及其混合物中的至少一种。可选的，导电层30的厚度为20nm～5000nm，使得复合集流体在保证导电效果的同时，能够具有较合适的厚度。

根据本申请一实施方式，该复合集流体100可通过物理气相沉积法、化学镀、凹版印刷法等方式在绝缘层10相对的两个表面上沉积/涂覆形成导电层以制得，或通过机械压合法将导电层30与绝缘层10直接压合制得。当采用机械压合法制备复合集流体100时，若导电层30的厚度较薄以至难以加工时，可先将导电层30沉积在离型膜上，再将沉积有导电层30的离型膜与绝缘层10直接压合获得复合集流体100。

本申请实施方式提供的复合集流体100，导电层30直接粘覆在用作绝缘层10的热熔胶层上，导电层30与绝缘层10之间的粘接力较强，使得导电层30不易出现脱落现象。

请参阅图2，本申请第二实施方式提供的复合集流体200包括绝缘层210以及导电层230。绝缘层210包括相对设置的第一表面211及第二表面212。导电层230设置于第一表面211及第二表面212上。根据本申请另一实施方式，导电层230还可仅设置于第一表面211或第二表面212。

绝缘层210为由聚合物层220和热熔胶层240层叠设置而成的复合膜层。聚合物层220包括相对设置的第一表面221及第二表面223。热熔胶层240设置于该第一表面221及第二表面223上。

聚合物层220的材质可选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺中的至少一种。可选的，聚合物层220的厚度为2μm～12μm。若聚合物层的厚度过小，在加工复合集流体体时，在拉力的作用下，复合集流体容易被拉断，无法有效改善复合集流体加工断带的问题；聚合物层的厚度过大，会影响使用该复合集流体的电化学储能装置的体积能量密度。

热熔胶层240所用热熔胶可选自聚烯烃(PO)，乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，聚酰胺(PA)，聚氨酯(PU)，环氧树脂(EPO)苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)，苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯共聚物(SEBS)，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚物(SEPS)中至少一种。可选的，每层热熔胶层240的厚度为0.5μm～5μm，在保证聚合物层220与导电层之间的粘接力的同时，使复合集流体具有较合适的厚度。

导电层230设置于每个热熔胶层240背离聚合物层的一侧，并与热熔胶层240相粘接。根据导电层230所选用材质的不同，该复合集流体200既可以用于正极也可以用于负极。导电层230的材质与导电层30的材质相同，此处不再赘述。可选的，导电层30的厚度为20nm～5000nm。

本实施方式提供的复合集流体200，导电层230通过热熔胶层240粘接于聚合物层220上，增强了导电层230与聚合物层220之间的粘接力，使得导电层230不易出现脱落现象。

本申请一实施方法还提供一种电极极片，所述电极极片包括上述任一种复合集流体及活性物质层，活性物质层设置于导电层背离绝缘层的一侧。当复合集流体用于正极时，该活性物质层为正极活性物质层；当复合集流体用于负极时，该活性物质层为负极活性物质层。正极活性物质层包括能够脱出、嵌入锂离子的正极活性材料，具体地，正极活性材料可选自锂过渡金属氧化物，包含锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物以及上述锂过渡金属氧化物添加其他过渡金属或非过渡金属或非金属得到的化合物中的一种或几种。负极活性物质层包括能够嵌入、脱出锂离子的负极活性材料，具体地，负极活性材料可选自软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物以及钛酸锂中的一种或几种。

本申请一实施方式还提供一种电化学装置，该电化学装置包括正极片、负极片、隔膜、包装壳以及电解液。隔膜设置于正极片及负极片之间。正极片、隔膜及负极片堆叠或卷绕形成电芯。电芯及电解液容置于包装壳中。上述任一种复合集流体既可用于电化学装置的正极极片也可以用于电化学装置的负极极片。需要说明的是，该电化学装置还可为金属锂电池或超级电容器，以上仅示出电化学装置为锂离子电池的实施方式。

本申请一实施方式还提供一种应用上述电化学装置的电子装置。该电子装置可为现有已知的任何电子装置，例如笔记本电脑、便携式电话、电视机等。

下面通过实施例及对比例对本申请进行具体说明。

实施例1

将PO热熔胶膜作为绝缘层置于作为导电层的双层铝箔中间，通过热压复合得到复合集流体。其中，热压温度为85℃，热压压力为0.6Mpa，热压时间为20s；铝箔厚度为5000nm，绝缘层厚度为2μm。

实施例2

实施例2与实施例1的制备步骤大致相同，区别在于绝缘层厚度50μm。

实施例3

实施例3与实施例1的制备步骤大致相同，区别在于绝缘层厚度25μm。

实施例4

实施例4与实施例1的制备步骤大致相同，区别在于绝缘层厚度30μm。

实施例5

在作为聚合物层的PET膜的双侧表面涂布形成PO热熔胶层得到绝缘层；其中，PET膜厚度为2μm，PO热熔胶层厚度为2μm，绝缘层厚度为6μm。将绝缘层与作为导电层的铝箔通过热压复合，得到复合集流体；其中，铝箔厚度为5000nm，热压温度为85℃，热压压力为0.6Mpa，热压时间20s。

实施例6

实施例6与实施例5的制备步骤大致相同，区别在于PET膜厚度为6μm，绝缘层厚度为10μm。

实施例7

实施例7与实施例5的制备步骤大致相同，区别在于PET膜厚度为10μm，绝缘层厚度为14μm。

实施例8

实施例8与实施例5的制备步骤大致相同，区别在于PET膜厚度为12μm，绝缘层厚度为16μm。

实施例9

将作为导电层的铝层通过气相沉积法沉积到离型PET膜表面，得到镀铝离型PET膜；其中，离型PET膜厚度为36μm，表面涂覆有机硅离型剂，铝层厚度为20nm，镀铝真空度为2.0*10^-2Pa，镀铝速度为1nm/s。在作为聚合物层的PET膜的双侧表面涂布形成PO热熔胶层得到绝缘层；其中，PET膜厚度为12μm，PO热熔胶层厚度为2μm，绝缘层厚度为16μm。将绝缘层与镀铝离型PET膜通过热压复合，其中绝缘层与铝层相贴合，再将离型PET膜剥离后得到复合集流体；其中，热压温度为85℃，热压压力为0.6Mpa，热压时间20s。

实施例10

实施例10与实施例9的制备步骤大致相同，区别在于铝层厚度为500nm。

实施例11

实施例11与实施例9的制备步骤大致相同，区别在于铝层厚度为1000nm。

实施例12

实施例12与实施例9的制备步骤大致相同，区别在于铝层厚度为3000nm。

实施例13

在作为聚合物层的PET膜的双侧表面涂布形成EAA热熔胶层得到绝缘层；其中，PET膜厚度为12μm，EAA热熔热熔胶层厚度为2μm，绝缘层厚度为16μm。将绝缘层与作为导电层的铝箔通过热压复合，得到复合集流体；其中，铝箔厚度为3000nm，热压温度为85℃，热压压力为0.6Mpa，热压时间20s。

实施例14

实施例14与实施例13的制备步骤大致相同，区别在于热熔胶种类为EVA。

实施例15

实施例15与实施例13的制备步骤大致相同，区别在于热熔胶种类为EVOH。

实施例16

实施例16与实施例12的制备步骤大致相同，区别在于导电层为铜箔。

对比例1

将作为导电层的铝层通过气相沉积法沉积到作为聚合物层的PET膜表面，得到复合集流体。其中PET膜厚度为12μm，镀铝厚度为1000nm，镀铝真空度为2.0*10^-2Pa，镀铝速度为1nm/s。

对实施例1-16及对比例1提供的复合集流体的导电层进行粘结力测试。测试方法为，采用180°剥离测试标准测试粘结力，将复合集流体裁切成15mm*54.2mm小条，按照180°剥离测试标准测试导电层的粘结力。实验参数及测试结果如表1。

表1

由表1可知，本申请提供的复合集流体的导电层的粘结力远大于对比例1中复合集流体的导电层的粘结力，可有效改善导电层易从绝缘层上脱落的问题。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种复合集流体，其特征在于，包括绝缘层和导电层，

所述绝缘层为热熔胶层或为聚合物层和热熔胶层层叠设置而成的复合膜层；

所述导电层设置于所述绝缘层的至少一个表面上并与所述热熔胶层相粘接。

2.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述绝缘层的厚度为2～50μm。

3.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述复合膜层包括所述聚合物层及设置于所述聚合物层相对两侧的热熔胶层，所述导电层设置于每个热熔胶层背离所述聚合物层的一侧。

4.如权利要求3所述的复合集流体，其特征在于，所述聚合物层的厚度为2～12μm，所述热熔胶层的厚度为0.5～5μm。

5.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述聚合物层选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺中的至少一种。

6.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述热熔胶层中的热熔胶选自聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯共聚物、苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚物中的至少一种。

7.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20～5000nm。

8.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层包括金属导电层和非金属导电层中的至少一种。

9.如权利要求8所述的复合集流体，其特征在于，所述金属导电层包括铝、铜、镍、铁、钛、银、金、钴、铬、钼、钨及其合金中的至少一种；所述非金属导电层包括石墨、炭黑、碳纳米管、聚3,4-乙烯二氧噻吩及其混合物中的至少一种。

10.一种电极极片，其特征在于，包括：

权利要求1-9中任一项所述的复合集流体；及

活性物质层，设置于所述复合集流体的导电层背离所述绝缘层的一侧。

11.一种电化学装置，其特征在于，包括权利要求10所述的电极极片。

12.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求11所述的电化学装置。

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