CN113036150A - 集流体、电池极片及集流体制作方法 - Google Patents

集流体、电池极片及集流体制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种集流体、电池极片及集流体制作方法，属于电池技术领域。该集流体包括：依次层叠设置的第一集流体层、第一镀层、第二镀层和第二集流体层，所述第一镀层和所述第二镀层之间具有一内腔，且所述第一镀层和所述第二镀层通过支撑柱支撑连接；其中，所述集流体还包括贯穿孔，所述贯穿孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述第二镀层和所述第二集流体层，且所述贯穿孔与所述内腔连通。这样可以降低活性材料在集流体上的压实密度，减小电池极化，并达到提升电池的充放电性能的目的。

Description

集流体、电池极片及集流体制作方法
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种集流体、电池极片及集流体制作方法。
背景技术
相关技术中，电池正极片采用铝箔作为集流体，电池负极片采用铜箔作为集流体。然而，随着电池的能量密度的不断提升，电池极片的设计面密度、压实密度越来越极限，导致电池使用过程中正负极极化越来越大，进而影响电池的性能。
可见，相关技术中的高能量密度电池存在性能差的问题。
发明内容
本申请旨在提供一种集流体、电池极片及集流体制作方法，能够解决相关技术中的高能量密度电池存在性能差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提出了一种集流体，包括：依次层叠设置的第一集流体层、第一镀层、第二镀层和第二集流体层，所述第一镀层和所述第二镀层之间具有一内腔，且所述第一镀层和所述第二镀层通过支撑柱支撑连接；
其中，所述集流体还包括贯穿孔，所述贯穿孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述第二镀层和所述第二集流体层，且所述贯穿孔与所述内腔连通
可选地，还包括侧壁，所述侧壁位于所述第一镀层和所述第二镀层的边缘，且所述第一镀层、所述侧壁和所述第二镀层依次连接，并围设形成所述内腔。
可选地，所述第一镀层、所述侧壁和所述第二镀层形成一框体结构，且所述框体结构为一体结构。
可选地，所述第一镀层和所述第二镀层均为镍镀层。
可选地，所述金属镀层为非金属镀层，所述非金属镀层的材料为碳化硅、氮化硅、氧化铝中的任一项。
可选地，所述第一镀层和所述第二镀层的厚度均为10纳米～100纳米。
可选地，所述第一集流体层和所述第二集流体层的厚度均为0.5微米～20微米。
第二方面，本申请实施例提出了一种电池极片，包括活性材料结构和第一方面所述的集流体，所述活性材料结构包括第一活性材料层、第二活材料质层、第三活性材料层和活性材料连接件；
其中，所述第一活性材料层设于所述集流体的第一集流体层的表面，所述第二活性材料层设于所述集流体的第二集流体层的表面，所述第三活性材料层设于所述集流体的内腔，所述活性材料连接件设于所述集流体的贯穿孔内，所述活性材料连接件电连接所述第一活性材料层和所述第三活性材料层，所述活动材料连接件还电连接所述第二活性材料层和所述第三活性材料层。
第三方面，本申请实施例提出了一种电池卷芯，包括第二方面所述的电池极片。
第四方面，本申请实施例提出了一种电池，包括第三方面所述的电池卷芯。
第五方面，本申请实施例提出了一种集流体制作方法，包括：
提供一薄膜层，所述薄膜层具有贯穿所述薄膜层的厚度方向的多个第一通孔；
在所述薄膜层的表面形成镀层结构；其中，所述镀层结构包括沿所述厚度方向设置的第一镀层和第二镀层，且所述第一镀层和所述第二镀层之间形成有多个支撑柱，所述多个支撑柱对应所述多个第一通孔设置；
在所述第一镀层的背离所述薄膜层的表面的形成第一集流体层，以及在所述第二镀层的背离所述薄膜层的表面形成第二集流体层；
沿所述厚度方向形成多个第二通孔，每一所述第二通孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述薄膜层、所述第二镀层以及所述第二集流体层；
通过有机溶剂去除所述薄膜层，并在所述镀层结构中形成与所述第二通孔连通的内腔，以得到多孔集流体。
可选地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或环己酮。
在本申请的实施例中，内腔和贯穿孔中均可以用于填充设置活性材料，相较于将活性材料仅涂覆在第一集流体层和第二集流体层的表面，可以增加集流体上的用于设置活性材料的设置区域，从而降低活性材料在集流体上的压实密度，并使基于该集流体制作的电池在充放电过程中电流可以均匀的分布在的电池极片上，并减小电池极化，达到提升电池的充放电性能的目的。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例提供的集流体的结构图；
图2是本申请实施例提供的电池极片的结构图；
图3是本申请实施例提供的活性材料结构的结构图；
图4是本申请实施例提供的集流体制作方法的流程图；
图5是本申请实施例提供的薄膜层的结构图；
图6是本申请实施例提供的集流体半成品的结构图之一；
图7是本申请实施例提供的集流体半成品的结构图之二；
图8是本申请实施例提供的集流体半成品的结构图之三。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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申请中的具体含义。
如图1所示，本申请实施例提供一种集流体，该集流体包括：依次层叠设置的第一集流体层20、第一镀层11、第二镀层12和第二集流体层30，第一镀层11和第二镀层12之间具有一内腔13，且第一镀层11和第二镀层12通过支撑柱50连接；
集流体还包括贯穿孔40，贯穿孔40依次贯穿第一集流体层20、第一镀层11、第二镀层12和第二集流体层30，且贯穿孔40与内腔13连通。
本实施方式中，内腔13和贯穿孔40中均可以用于填充设置活性材料，相较于将活性材料仅涂覆在第一集流体层20和第二集流体层30的表面，可以增加集流体上的用于设置活性材料的设置区域，从而降低活性材料在集流体上的压实密度，并使基于该集流体制作的电池在充放电过程中电流可以均匀的分布在的电池极片上，并减小电池极化，达到提升电池的充放电性能的目的。
其中，贯穿孔40的数量可以是多个，且多个贯穿孔40均匀分布在集流体上，以便在向内腔13填充设置活性材料的时候，活性材料可以均匀的填充设置于内腔13内。
可选地，支撑柱50的数量为多个，每一支撑柱50的两端分别与第一镀层11和第二镀层12连接。
本实施方式中，通过在第一镀层11和第二镀层12之间设置多个支撑柱50，以便维持内腔13的形状，即可以避免内腔13出现局部坍塌的现象。
其中，多个支撑柱50可以均匀的分布在第一镀层11和第二镀层12之间，以便更好的维持内腔13的形状。
可选地，还包括侧壁14，侧壁14位于第一镀层11和第二镀层12的边缘，且第一镀层11、侧壁14、第二镀层12依次连接，并围设形成内腔13。
其中，第一镀层11、侧壁14和第二镀层12形成一框体结构10，且框体结构10为一体结构。
另外，框体结构10可以是金属框体结构，即框体结构10可以是金属材料制成的，并具有良好的导接性能。这样当内腔13中填充设置有活性材料层的情况下，位于内腔13中的活性材料层可以通过第一镀层11与第一集流体层20电连接，也可以通过第二镀层12与第二集流体层30电连接，即可以增加活性材料层与集流体的接触面积，进而降低活性材料在集流体上的压实密度，以达到减小电池极化的目的。
其中，框体结构10为金属框体结构的情况下，其材质可以镍，即第一镀层11和第二镀层13可以是镍镀层。另外，框体结构10还可以是非金属框体结构，且在框体结构10为非金属框体结构的情况下，其材质可以碳化硅、氮化硅或氧化铝等，即第一镀层11和第二镀层12可以是非金属镀层，比如碳化硅镀层、氮化硅镀层或氧化铝镀层等。
在集流体为正极集流体的实施方式中，第一集流体层20和第二集流体层30均可以是铝箔，且活性材料可以是正极活性材料；其中，正极活性材料的种类和比例可以根据实际需求进行设置，通常而言，正极活性材料可以包括钴酸锂、磷酸铁锂、富锰锂等材料。
在集流体为负极集流体的实施方式中，第一集流体层20和第二集流体层30均可以是铜箔，且活性材料可以是负极活性材料；其中，负极活性材料的种类和比例可以根据实际需求进行设置，通常而言，负极活性材料可以包括石墨、硬碳、硅、氧化亚硅等材料。
一实施例中，第一镀层11和第二镀层12的厚度均为10纳米～100纳米，第一集流体层20和第二集流体层30的厚度均为0.5微米～20微米。
另外，第一镀层11和第二镀层12的厚度也可以根据实际需求进行设置；相应地，第一集流体层20和第二集流体层30的厚度也可以根据实际需求仅设置。
如图1至图3所示，本申请实施例还提供一种电池极片，该电池极片包括活性材料结构200和集流体，集流体为上述实施方式中的集流体；
其中，活性材料结构200包括第一活性材料层210、第二活性材料层220、第三活性材料层230和活性材料连接件240，第一活性材料层210设于集流体的第一集流体层20的表面，第二活性材料层220设于集流体的第二集流体层30的表面，第三活性材料层230设于集流体的内腔13，活性材料连接件240设于集流体的贯穿孔40内，活性材料连接件240电连接第一活性材料层210和第三活性材料层230，活性材料连接件240电连接第二活性材料层220和第三活性材料层230。
本实施方式中，活性材料结构200不仅可以设置在第一集流体层20和第二集流体层30的表面，还可以设置在内腔13和贯穿孔40中，从而有效的增加了集流体上的用于设置活性材料的设置区域，从而降低活性材料在集流体上的压实密度，并使基于该电池极片制作的电池在充放电过程中电流可以均匀的分布在的电池极片上，并减小电池极化，达到提升电池的充放电性能的目的。
其中，活性材料结构200可以通过涂覆填充的方式，在集流体上形成第一活性材料层210、第二活性材料层220、第三活性材料层230和活性材料连接件240。
另外，需要说明的是，上述集流体实施例的实现方式同样适应于该电池极片的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电池卷芯，包括上述电池极片。
需要说明的是，上述电池极片实施例的实现方式同样适应于该电池卷芯的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电池，包括上述电池卷芯。
需要说明的是，上述电池卷芯实施例的实现方式同样适应于该电池的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
如图4所示，本申请实施例还提供一种集流体制作方法，该方法包括：
步骤401、提供一薄膜层，所述薄膜层具有贯穿所述薄膜层的厚度方向的多个第一通孔。
该步骤中，薄膜层可以是塑料薄膜层，其材质可以是邻苯基苯酚、聚酰亚胺、热塑性聚酯、流延聚丙烯薄膜或聚氯乙烯。
如图5所示，薄膜层500的厚度方向设有多个第一通孔501，第一通孔501贯穿薄膜层设置，且多个第一通孔501均匀分布在薄膜层500上。
步骤402、在所述薄膜层的表面形成镀层结构。
该步骤中，可以通过电镀或蒸镀的方式，在薄膜层的表面形成镀层。其中，镀层结构包括沿厚度方向设置第一镀层和第二镀层，第一镀层和第二镀层之间形成有多个支撑柱，多个支撑柱对应多个第一通孔设置。
可选地，镀层可以金属镀膜，也可以非金属镀膜。且在镀层为金属镀膜的情况下，可以选用镍作为金属镀膜的材料；而在镀层为非金属镀膜的情况下，可以选用碳化硅、氮化硅或氧化铝作为非金属镀膜的材料。
如图6所示，镀层结构600可以包裹薄膜层500设置，且在形成镀层结构600的过程中，渗透到第一通孔501内的材质会形成支撑柱700。
本实施方式中，镀层结构600包括第一镀层601、第二镀层602和侧壁镀层603。
一实施方式中，镀层的厚度为10纳米～100纳米，第一镀层601和第二镀层602之间的间距为1微米～20微米。
步骤403、在所述第一镀层的背离所述薄膜层的表面的形成第一集流体层，以及在所述第二镀层的背离所述薄膜层的表面形成第二集流体层。
该步骤中，可以通过电镀的方式，在第一镀层的背离薄膜层的表面形成第一集流体层，以及在第二镀层的背离薄膜层的表面形成第二集流体层。
如图7所示，第一集流体层801设于第一镀层601的表面，第二集流体层802设于第二镀层602的表面。
一实施方式中，第一集流体层801和第二集流体层802的厚度为0.5微米～20微米。
步骤404、沿所述厚度方向形成多个第二通孔，每一所述第二通孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述薄膜层、所述第二镀层以及所述第二集流体层。
本实施方式中，可以通过激光打孔的方式，形成多个第二通孔，并使每一第二通孔依次贯穿第一集流体层、第一镀层、薄膜层、第二镀层以及第二集流体层。
如图8所示，第二通孔901依次贯穿第一集流体层801、第一镀层601、薄膜层500、第二镀层602以及第二集流体层802。
本实施方式中，第二通孔901的直径为0.1微米～200微米，且集流体上的第二通孔901的孔隙率为1％～50％。
步骤405、通过有机溶剂去除所述薄膜层，并在所述镀层结构中形成与所述第二通孔连通的内腔，以得到多孔集流体。
该步骤中，可以通过有机溶剂对薄膜层进行溶剂处理，以去除位于镀层结构内的薄膜层，并在镀层结构中形成与第二通孔连通的内腔，以得到多孔集流体，进而实现多孔集流体的制作。
本实施方式中，通过有机容溶剂去除薄膜层后，可以形成如图1所示的集流体。
其中，有机溶剂可以是N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或环己酮等。
其中，支撑柱包括支撑柱本体和覆盖层，支撑柱本体可以是在形成镀层结构的时候，镀层材料渗入第一通孔内形成的；覆盖层可以是在形成第一集流体层和第二集流体层的时候，集流体层材料渗入第一通孔内形成的。即支撑柱的材料成分既可以包括镀层材料，也可以包括集流体层材料。
另外，在基于多孔集流体制作电池极片的过程中，通过以多孔集流体为基底，并在其表面和内腔中涂覆或设置活性材料，以形成如图2所示的电池极片，即可以实现增加集流体上的用于设置活性材料的设置区域，以达到降低活性材料在集流体上的压实密度，并使基于该电池极片制作的电池在充放电过程中电流可以均匀的分布在的电池极片上，进而减小电池极化，以及提升电池的充放电性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，包括：依次层叠设置的第一集流体层、第一镀层、第二镀层和第二集流体层，所述第一镀层和所述第二镀层之间具有一内腔，且所述第一镀层和所述第二镀层通过支撑柱支撑连接；
其中，所述集流体还包括贯穿孔，所述贯穿孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述第二镀层和所述第二集流体层，且所述贯穿孔与所述内腔连通。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，还包括侧壁，所述侧壁位于所述第一镀层和所述第二镀层的边缘，且所述第一镀层、所述侧壁和所述第二镀层依次连接，并围设形成所述内腔。
3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述第一镀层、所述侧壁和所述第二镀层形成一框体结构，且所述框体结构为一体结构。
4.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述第一镀层和所述第二镀层均为镍镀层。
5.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述金属镀层为非金属镀层，所述非金属镀层的材料为碳化硅、氮化硅、氧化铝中的任一项。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的集流体，其特征在于，所述第一镀层和所述第二镀层的厚度均为10纳米～100纳米。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的集流体，其特征在于，所述第一集流体层和所述第二集流体层的厚度均为0.5微米～20微米。
8.一种电池极片，其特征在于，包括活性材料结构和如权利要求1至7中任一项所述的集流体，所述活性材料结构包括第一活性材料层、第二活材料质层、第三活性材料层和活性材料连接件；
其中，所述第一活性材料层设于所述集流体的第一集流体层的表面，所述第二活性材料层设于所述集流体的第二集流体层的表面，所述第三活性材料层设于所述集流体的内腔，所述活性材料连接件设于所述集流体的贯穿孔内，所述活性材料连接件电连接所述第一活性材料层和所述第三活性材料层，所述活动材料连接件还电连接所述第二活性材料层和所述第三活性材料层。
9.一种集流体制作方法，其特征在于，包括：
提供一薄膜层，所述薄膜层具有贯穿所述薄膜层的厚度方向的多个第一通孔；
在所述薄膜层的表面形成镀层结构；其中，所述镀层结构包括沿所述厚度方向设置的第一镀层和第二镀层，且所述第一镀层和所述第二镀层之间形成有多个支撑柱，所述多个支撑柱对应所述多个第一通孔设置；
在所述第一镀层的背离所述薄膜层的表面的形成第一集流体层，以及在所述第二镀层的背离所述薄膜层的表面形成第二集流体层；
沿所述厚度方向形成多个第二通孔，每一所述第二通孔依次贯穿所述第一集流体层、所述第一镀层、所述薄膜层、所述第二镀层以及所述第二集流体层；
通过有机溶剂去除所述薄膜层，并在所述镀层结构中形成与所述第二通孔连通的内腔，以得到多孔集流体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或环己酮。
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