CN112805347A - 绝缘胶带、极片和电化学装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了绝缘胶带及应用绝缘胶带的极片和电化学装置。绝缘胶带包括基材及涂层。基材包括相对设置的第一表面及第二表面。涂层设置在第一表面。涂层包括硬质颗粒及粘接剂，其中硬质颗粒的重量占涂层的总重量的30％～99％。本申请通过在涂层中采用硬质颗粒，使绝缘胶带在电化学装置进行穿钉测试时不会发生收缩，可改善电化学装置的穿钉测试通过率。

Description

绝缘胶带、极片和电化学装置

技术领域

本申请涉及电化学装置领域，尤其涉及一种绝缘胶带及应用所述绝缘胶带的极片及电化学装置。

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。

穿钉测试是锂离子电池的一项较为严苛的安全测试，用于测试锂离子电池内部短路承受能力。由于锂离子电池的内圈存在空箔区，在进行穿钉测试时会产生铝-阳极短路，导致锂离子电池失效。为提高穿钉测试通过率，常用手段有通过延长位于阴极膜片起始位置处的绿胶覆盖该空箔区，以避免铝阳极短路。然而，由于绿胶在高温下易收缩，其也不能解决穿钉失效的问题，因此需要开发新的技术方案。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本申请提供一种能够改善电化学装置的穿钉通过率的绝缘胶带，以及应用该绝缘胶带的极片及电化学装置。

本申请实施例提供了一种绝缘胶带，其包括基材及涂层。基材包括相对设置的第一表面及第二表面。涂层设置在第一表面。涂层包括硬质颗粒及粘接剂，其中硬质颗粒的重量占涂层的总重量的30％～99％，硬质颗粒的硬度≥3莫氏硬度。

本申请提供的绝缘胶带，通过利用硬质颗粒的高硬度特性，使绝缘胶带在基材收缩的情况下仍然保持挺度，继续发挥绝缘作用。当应用于电化学装置中时，在进行穿钉测试过程中持续对集流体进行绝缘隔离，从而可避免穿钉测试时因集流体裸露导致的铝阳极短路，进而可改善穿钉测试通过率。

在一些实施例中，绝缘胶带还包括胶层，胶层设置于第二表面或涂层背离基材的一侧。通过设置胶层，可增加绝缘胶带的粘性，且当胶层设置在涂层上时，可防止涂层脱落。

在一些实施例中，胶层的厚度为1μm～10μm，可使绝缘胶带具有合适的粘性。

在一些实施例中，所述硬质颗粒的重量占所述涂层的总重量的85％～99％。

在一些实施例中，所述硬质颗粒的重量占所述涂层的总重量的85％～90％，可使绝缘胶带保持高的挺度和粘性。

在一些实施例中，硬质颗粒为陶瓷颗粒，陶瓷颗粒包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、硅酸钙或二氧化钛中的至少一种。

在一些实施例中，涂层的厚度为3μm～19μm，基材的厚度为6μm～30μm。涂层以及基材的厚度满足上述要求，可使涂层能够抵抗基材的收缩力，从而可抑制基材的收缩。

在一些实施例中，粘接剂包括羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯、聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚醚酰胺亚或丙烯酸酯中的至少一种。

在一些实施例中，基材包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚丙烯或聚乙烯中的至少一种。

本申请实施例还提供一种极片，包括集流体、活性物质层及上述绝缘胶带。活性物质层设置在集流体的至少一个表面。绝缘胶带设置于集流体上并与活性物质层的至少一个端部相连接。

本申请实施例还提供一种电化学装置，包括电芯，电芯包括第一极片、第二极片及设置于第一极片与第二极片之间的隔膜，第一极片及第二极片中至少一者为上述极片。

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绝缘胶带的结构示意图。

图2为本申请另一实施方式提供的绝缘胶带的结构示意图。

图3为本申请又一实施方式提供的绝缘胶带的结构示意图。

图4为本申请一实施方式提供的电化学装置的结构示意图。

主要元件符号说明

绝缘胶带 100

基材 120

第一表面 121

第二表面 123

涂层 140

硬质颗粒 141

粘接剂 143

胶层 160

电芯 200

第一极片 210

第二极片 220

隔膜 250

第一集流体 221

第一活性物质层 213

第一未涂覆区 214

涂覆区 215

第二未涂覆区 216

第二集流体 221

第二活性物质层 223

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、完整的描述，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。

请参阅图1，本申请一实施方式提供一种绝缘胶带100，包括基材120以及涂层140。基材120包括相对设置的第一表面121及第二表面123。涂层140设置于第一表面121上。本实施方式中，涂层140完全覆盖第一表面121。在其他实施例中，涂层140可部分覆盖第一表面121。

基材120用于承载涂层140，其材质可以采用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等单一组分，也可以采用两种或两种以上材料进行复合。

涂层140包括硬质颗粒141及粘接剂143。硬质颗粒141具有高的结构强度，可以采用硬度高、重量轻的陶瓷颗粒，例如选自氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、硅酸钙、二氧化钛中的至少一种组分。硬质颗粒141的重量占涂层140的总重量的30％～99％，即涂层140中硬质颗粒141的质量百分比为30％～99％。涂层140中的硬质颗粒141使涂层140具有较高的挺度。当基材120发生收缩时，涂层140在硬质颗粒141的作用下会保持挺度而不会随着基材120收缩，即使得绝缘胶带100仍然保持挺度，从而可在基材120收缩的情况下继续对其贴覆的元件进行绝缘保护。当将该绝缘胶带100应用于锂离子电池中时，穿钉测试产生的局部热量仅会使基材120收缩，而涂层140依然保持挺度，可避免集流体裸露导致的铝阳极短路，从而改善锂离子电池的穿钉通过率。所述硬质颗粒141为硬度≥3莫氏硬度的颗粒。

当硬质颗粒141的质量百分比小于30％时，涂层140在基材120发生收缩时不能保持挺度，会随着基材120的收缩而收缩。当硬质颗粒141的质量百分比大于99％时，涂层140不能具有足够的粘性使其黏附在基材120上，易出现脱落问题。

在一些实施例中，涂层140中硬质颗粒141的质量百分比为85％～90％，可使涂层140的挺度达到最佳，且具有较合适的粘性。

涂层140的厚度会影响基材120的收缩情况。本实施方式中，涂层140的厚度为3μm～19μm，基材120的厚度为6μm～30μm。涂层140的厚度以及基材120的厚度满足上述条件后，可使得涂层140能够抵抗基材120的收缩力，从而可抑制基材120的收缩。若涂层140的厚度小于3μm，则无法抵抗基材120的收缩力。在一些实施例中，涂层140的厚度为8μm～10μm，基材120的厚度为6μm～10μm。

粘接剂143用于将大量硬质颗粒141粘接在一起形成涂层140，并使涂层140具有粘性。粘接剂143可采用具有较强的抗氧化性的材质，使得其能够在锂离子电池环境下保持更为稳定的化学性能。在一些实施例中，粘接剂143包括羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯、聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚醚酰胺亚或丙烯酸酯中的至少一种。

在一些实施例中，基材120为离型基材，第一表面121为离型面，涂层140与基材120之间可发生相对滑移。当对绝缘胶带100进行针刺时，基材120相对涂层140发生滑移，而涂层140不会发生收缩。

请参阅图2，在一些实施例中，绝缘胶带100还包括胶层160。胶层160设置于基材120的第二表面123，用于增加绝缘胶带100的粘性。胶层160包括压敏胶、热熔胶中的至少一种。胶层160的材质可选用现有已知任一种胶黏剂，例如聚丙烯酸类、聚氨酯类、环氧树脂类、有机硅类等单一组分，或者选用两种或两种以上的混合组分。胶层160的厚度为1μm～10μm，胶层160的粘性大于20N/m。在一些实施例中，胶层160的厚度为4μm～8μm。

请参阅图3，在一些实施例中，胶层160设置于涂层140背离基材120的一侧。通过将胶层160设置在涂层140背离120的一侧，使涂层140夹设于胶层160与基材120中，在增加绝缘胶带100的粘性的同时，还可避免涂层140发生脱落。

请参阅图4，本申请一实施方式提供的电化学装置包括电芯200。电芯200包括第一极片210、第二极片220及隔膜250。隔膜250设置于第一极片210及第二极片220之间。第一极片210、隔膜250及第二极片220依次叠置并卷绕形成电芯200。本实施方式中，第一极片210为阴极极片，第二极片220为阳极极片。

第一极片210包括第一集流体211、第一活性物质层213及上述绝缘胶带100。第一活性物质层213设置于第一集流体211相对的两表面。在一些实施例中，第一活性物质层213可仅设置于第一集流体211的一个表面。第一集流体211包括沿卷绕方向的第一未涂覆区214、涂覆区215及第二未涂覆区216，其中第一未涂覆区214及第二未涂覆区216均未设置第一活性物质层213，涂覆区215的至少一个表面设置有第一活性物质层213。本申请中的卷绕方向为逆时针方向。第一未涂覆区214位于电化学装置进行穿钉测试时钢钉通过的位置。绝缘胶带100设置于第一未涂覆区214，并与第一活性物质层213邻近第一未涂覆区214的一端相连接。在进行穿钉测试时，绝缘胶带100的基材120在因局部的铝阳极短路产生的局部高温而发生收缩，但涂层140中的硬质颗粒142使其在高温下不会发生收缩，使得被绝缘胶带100覆盖的第一集流体211不会裸露出来，进而防止进一步发生铝阳极短路。

在一些实施例中，绝缘胶带100还可设置于第二未涂覆区216并与第一活性物质层213远离第一未涂覆区214的一端相连接；或者设置于位于涂覆区215中的第一集流体211背离第一活性物质层213的一侧。需要说明的是，绝缘胶带100可设置于第一极片210上任何需要绝缘的位置处，例如极耳位置处等。

第二极片220包括第二集流体221和第二活性物质层223。第二活性物质层223设置于第二集流体221相对的两表面。在一些实施例中，第二极片220还可包括上述绝缘胶带100，绝缘胶带100可设置于第二极片220上任何需要绝缘的位置处。

在一些实施例中，第一集流体221及第二集流体221的材质均可选自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。

在一些实施例中，第一活性物质层213包括能够吸收/释放锂(Li)的阴极活性材料，例如可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料；第二活性物质层223包括能够吸收/释放锂(Li)的阳极活性材料，例如可以包括碳材料、金属化合物、氧化物、硫化物、锂的氮化物例如LiN3、锂金属、与锂一起形成合金的金属和聚合物材料。

本申请实施例以及对比例的锂离子电池的制备过程如下。

实施例1

(1)绝缘胶带的制备

采用PI膜作为基材，将氧化铝陶瓷颗粒与羧甲基纤维素粘接剂混合后涂覆至PI膜的一侧形成涂层，在涂层背离基材的一侧涂覆聚丙烯酸酯胶形成胶层，固化后得到绝缘胶带。其中，基材的厚度为6μm，胶层的厚度为1μm，胶层的粘性为20N/m，涂层厚度为19μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为85％。

(2)阴极极片的制备

将阴极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比94:3:3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于阳极集流体Al箔上，经烘干、冷压、分条，得到阳极极片。

(3)阳极极片的制备

将阴极活性物质人造石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按质量比96:1:1.5:1.5在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于阴极集流体Cu箔上形成阴极活性物质层，将绝缘胶带贴附于Cu箔表面并与阴极活性物质层的一端相连接，得到负极极片。

(4)电解液的制备

将锂盐LiPF₆与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸亚丙酯(PC)＝50:50，质量比)按照质量比8:92配制而成的溶液作为锂离子电池的电解液。

(5)锂离子电池的制备

将阴极极片和阳极极片进行卷绕，阴极极片和阳极极片之间以PE隔离膜进行分离，从而制得如图4所示的电芯。将电芯置于包装壳中，注入电解液并封装，获得锂离子电池。

实施例2

与实施例1的制备方法一致，不同的是实施例2的胶层的厚度为4μm，涂层厚度为3μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为95％。

实施例3

与实施例1的制备方法一致，不同的是实施例3中采用PET膜作为基材，胶层的粘性为100N/m，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为95％。

实施例4

与实施例1的制备方法一致，不同的是实施例4中采用PET膜作为基材，胶层的厚度为4μm，胶层的粘性为100N/m。

实施例5

与实施例1的制备方法一致，不同的是实施例5的基材的厚度为30μm，胶层的粘性为100N/m，涂层厚度为3μm。

实施例6

与实施例5的制备方法一致，不同的是实施例6的胶层的厚度为4μm，涂层厚度为19μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为95％。

实施例7

与实施例5的制备方法一致，不同的是实施例7中采用PET作为的基材，胶层的粘性为20N/m，涂层的厚度为19μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为95％。

实施例8

与实施例5的制备方法一致，不同的是实施例8中采用PET作为的基材，胶层的厚度为4μm，胶层的粘性为20N/m。

实施例9

与实施例5的制备方法一致，不同的是实施例7中采用PET作为的基材，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为80％。

实施例10

与实施例5的制备方法一致，不同的是实施例7中采用PET作为的基材，胶层的粘性为20N/m，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为75％。

实施例11

与实施例1的制备方法一致，不同的是实施例11的绝缘胶带的制备方法为：

采用PI膜作为基材，将氧化铝陶瓷颗粒与羧甲基纤维素粘接剂混合后涂覆至PT膜的一侧形成涂层，在基材背离涂层的一侧涂覆聚丙烯酸酯胶形成胶层，固化后得到绝缘胶带。其中，基材的厚度为6μm，胶层的厚度为1μm，胶层的粘性为100N/m，涂层厚度为19μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为95％。

实施例12

与实施例11的制备方法一致，不同的是实施例12中采用PET作为的基材，胶层的粘性为20N/m，涂层的厚度为3μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为85％。

实施例13

与实施例11的制备方法一致，不同的是实施例13中胶层的厚度为4μm，涂层的厚度为3μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为85％。

实施例14

与实施例11的制备方法一致，不同的是实施例14中采用PET膜作为基材，胶层的厚度为4μm，胶层的粘性为20N/m。

实施例15

与实施例11的制备方法一致，不同的是实施例15中基材的厚度为30μm，胶层的粘性为20N/m，涂层的厚度为3μm。

实施例16

与实施例15的制备方法一致，不同的是实施例16中采用PET膜作为基材，胶层的厚度为4μm，胶层的粘性为100N/m。

实施例17

与实施例15的制备方法一致，不同的是实施例17中采用PET膜作为基材，胶层的粘性为100N/m，涂层的厚度为19μm，涂层中陶瓷颗粒的质量百分比为85％。

实施例18

与实施例15的制备方法一致，不同的是实施例17中胶层的厚度为1μm，涂层的厚度为19μm，涂层中陶瓷颗粒的质量百分比为85％。

实施例19

与实施例13的制备方法一致，不同的是实施例19涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为30％。

实施例20

与实施例19的制备方法一致，不同的是实施例20涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为99％。

实施例21-23

与实施例19的制备方法一致，不同的是实施例21-23涂层厚度、胶层厚度和陶瓷颗粒的质量百分比不同。

对比例1

与实施例12的制备方法一致，不同的是对比例1的涂层的厚度为19μm，涂层中的陶瓷颗粒的质量百分比为0％。

对比例2

与对比例1的制备方法一致，不同的是对比例2的胶层的粘性为100N/m。

对比例3-6

与对比例1的制备方法一致，不同的是对比例3-6的涂层厚度、胶层厚度和陶瓷颗粒的质量百分比不同。

对实施例1-23及对比例1-6的锂离子电池进行穿钉测试。穿钉测试的方法为：在25℃下，将锂离子电池充满电，然后对锂离子电池进行穿钉测试，其中，穿钉速率为100mm/s，钢钉的直径为3mm，穿钉测试以锂离子电池不爆炸、不起火即为通过，每组测试10个锂离子电池，计算锂离子电池的穿钉测试通过率。实施例1-23及对比例1-6的实验参数和测量结果如下表1所示。

表1

从表1的测试结果可知，锂离子电池的穿钉结果与陶瓷颗粒的质量百分比密切相关。由实施例1-8及实施例11-18可知，当陶瓷颗粒的质量百分比大于85％时，穿钉通过率达到100％。由实施例7-10及对比例1-2可知，当陶瓷颗粒的质量百分比小于85％时，随着陶瓷颗粒的质量百分比的降低，穿钉通过率也会降低。

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，因此依本申请所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种绝缘胶带，其特征在于，包括：

基材，包括相对设置的第一表面及第二表面；

涂层，设置于所述第一表面，所述涂层包括硬质颗粒及粘接剂，所述硬质颗粒的重量占所述涂层的总重量的30％～99％，硬质颗粒的硬度≥3莫氏硬度。

2.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述绝缘胶带还包括胶层，所述胶层设置于所述第二表面或所述涂层背离所述基材的一侧。

3.如权利要求2所述的绝缘胶带，其特征在于，所述胶层的厚度为1μm～10μm。

4.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述硬质颗粒的重量占所述涂层的总重量的85％～99％。

5.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述硬质颗粒包括陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、硅酸钙或二氧化钛中的至少一种。

6.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述涂层的厚度为3μm～19μm。

7.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述基材的厚度为6μm～30μm。

8.如权利要求1所述的绝缘胶带，其特征在于，所述粘接剂包括羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯、聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚醚酰胺亚或丙烯酸酯中的至少一种。

9.一种极片，其特征在于，包括：

集流体；

活性物质层，设置于所述集流体的至少一个表面；以及

如权利要求1至8中任一项所述的绝缘胶带，所述绝缘胶带设置于所述集流体上并与所述活性物质层的至少一个端部相连接。

10.一种电化学装置，包括电芯，所述电芯包括第一极片、第二极片及设置于所述第一极片与所述第二极片之间的隔膜，其特征在于，所述第一极片及所述第二极片中至少一者为权利要求9所述的极片。

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