CN114203958A - 集流体、极片、电芯及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种集流体、极片、电芯及电池，其中，所述集流体包括至少一个聚合物基材和至少一个金属层，一个所述聚合物基材连接至少一个所述金属层，每个所述聚合物基材包括与所述金属层重叠的第一部分和未与所述金属层重叠的第二部分；其中，所述第一部分的长度短于所述第二部分的长度。本发明中集流体厚度减小，能够提高电池的能量密度。

Description

集流体、极片、电芯及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种集流体、极片、电芯及电池。
背景技术
锂离子电池的高能量密度、长循环寿命、高能量保持率的特性，使其成为各种便携电器及动力领域的主要电源。目前，极片的集流体通常为金属箔材，厚度较厚，使得电池的能量密度较低。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种集流体、极片、电芯及电池，旨在解决电池能量密度较低的技术问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种集流体，包括至少一个聚合物基材和至少一个金属层，一个所述聚合物基材连接至少一个所述金属层，每个所述聚合物基材包括与所述金属层重叠的第一部分和未与所述金属层重叠的第二部分；
其中，所述第一部分的长度短于所述第二部分的长度。
可选地，所述第二部分的长度大于3mm。
可选地，所述第二部分的长度与所述第一部分的长度的比值大于1.5且小于50。
可选地，还包括导电涂层，所述导电涂层覆盖所述聚合物基材，且所述导电涂层延伸至所述聚合物基材与所述金属层的连接处，并部分覆盖所述金属层背向所述聚合物基材的一侧。
可选地，至少一个所述金属层上设有极耳。
可选地，所述聚合物基材为至少两个，至少两个所述聚合物基材包括第一聚合物基材和第二聚合物基材，至少一个所述金属层包括第一金属层，所述第一金属层的一端连接所述第一聚合物基材，所述第一金属层的另一端连接所述第二聚合物基材。
可选地，所述聚合物基材为一个，所述聚合物基材的一端连接至少一个所述金属层，且每个所述金属层均包括与所述聚合物基材重叠的第三部分和未与所述聚合物基材重叠的第四部分。
可选地，所述金属层的数量为两个，所述聚合物基材的一端连接两个所述金属层，所述聚合物基材包括相背的第一侧面和第二侧面，一个所述金属层连接所述第一侧面，另一个所述金属层连接所述第二侧面，两个所述金属层的未与所述聚合物基材重叠的部分相连。
可选地，所述金属层为一个，所述聚合物基材包括相背的第一侧面和第二侧面，所述金属层连接所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一者。
可选地，所述金属层包括与厚度方向平行的第三侧面，所述第三侧面上开设有凹槽，所述聚合物基材的一端伸入所述凹槽中，使所述金属层连接所述第一侧面和所述第二侧面。
可选地，所述聚合物基材的伸入所述凹槽的部分的厚度小于所述聚合物基材的未伸入所述凹槽的部分的厚度。
可选地，每个所述金属层包括与所述聚合物基材重叠的第三部分，所述第三部分包括宽度方向的第一侧边和第二侧边，所述聚合物基材包括宽度方向的第三侧边和第四侧边；
其中，所述第一侧边与所述第三侧边齐平，所述第二侧边与所述第四侧边齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边齐平，所述第二侧边与所述第四侧边不齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，所述第二侧边与所述第四侧边齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，所述第二侧边与所述第四侧边不齐平。
第二方面，本发明实施例提供一种极片，包括第一方面提供的集流体。
第三方面，本发明实施例提供一种电芯，包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片为第二方面提供的极片。
第四方面，本发明实施例提供一种电池，包括第三方面提供的电芯。
本发明实施例中，所述集流体包括至少一个聚合物基材和至少一个金属层，一个所述聚合物基材连接至少一个所述金属层，每个所述聚合物基材包括与所述金属层重叠的第一部分和未与所述金属层重叠的第二部分；其中，所述第一部分的长度短于所述第二部分的长度。本发明通过在集流体中使用聚合物基材，聚合物基材的厚度较小，能够提升电池的能量密度。此外，聚合物基材的重量也较小易加工，能够降低电池制备的成本，而且，在加工集流体的过程中，可以避免产生金属粉尘影响电池的性能的问题，在一定程度上能够提升电池整体性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1a为本发明实施例提供的第三部分(金属层与聚合物基材重叠的部分)的示意图之一；
图1b为本发明实施例提供的第三部分(金属层与聚合物基材重叠的部分)的示意图之二；
图1c为本发明实施例提供的第三部分(金属层与聚合物基材重叠的部分)的示意图之三；
图1d为本发明实施例提供的第三部分(金属层与聚合物基材重叠的部分)的示意图之四；
图2a为本发明实施例提供的集流体的示意图之一；
图2b为图2a所示的集流体的一种俯视图；
图3a为本发明实施例提供的集流体的示意图之二；
图3b为本发明实施例提供的集流体的示意图之三；
图3c为图3a所示的集流体的一种俯视图；
图4a为本发明实施例提供的集流体的示意图之四；
图4b为本发明实施例提供的集流体的示意图之五；
图4c为图4a所示的集流体的一种俯视图；
图5a为本发明实施例提供的集流体的示意图之六；
图5b为图5a所示的集流体的一种俯视图；
图6a为本发明实施例提供的集流体的示意图之七；
图6b为图6a所示的集流体的一种俯视图。
附图标记说明：
10、聚合物基材；101、第一聚合物基材；102、第二聚合物基材；20、金属层；21、第三部分(金属层与聚合物基材重叠的部分)；201、第一金属层；30、极耳；40、导电涂层。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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，所描述的实施例仅仅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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参见图1a至图6b，本发明实施例提供一种集流体。
所述集流体包括至少一个聚合物基材10和至少一个金属层20，一个聚合物基材10连接至少一个金属层20，每个聚合物基材10包括与金属层20重叠的第一部分和未与金属层20重叠的第二部分；其中，所述第一部分的长度短于所述第二部分的长度。
本发明实施例中，聚合物基材10也可以称为聚合物薄膜，可选地，聚合物基材10可以包括聚乙烯(Polyethene，PE)单层膜、聚丙烯(polypropylene，PP)单层膜、PE与PP多层复合膜中的一种或多种，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。聚合物基材10可以小于相关技术中金属基材的厚度，可选地，聚合物基材10的厚度为3μm至15μm。金属层20的厚度、长度和宽度可以根据实际情况决定，在此不作限定。聚合物基材10与金属层20可以通过高频复合或热复合等方式连接，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。
通过在集流体中使用聚合物基材10，且聚合物基材10的与金属层20重叠的第一部分的长度短于未与金属层20重叠的第二部分的长度。也就是说，聚合物基材10仅小部分与金属层20重叠，由于聚合物基材10的厚度较小，因此能够减小集流体整体的厚度，以提升电池的能量密度。此外，聚合物基材10的重量也较小易加工，能够降低电池制备的成本，而且，在加工金属基材的过程中容易产生金属粉尘影响电池的性能，聚合物基材10则没有此问题，因此在一定程度上能够提升电池整体性能。
在一可选实施方式中，所述第二部分的长度大于3mm；和/或，所述第二部分的长度与所述第一部分的长度的比值大于1.5且小于50。
可选地，至少一个金属层20上设有极耳30。具体的，在一可选实施方式中，极耳30可以设置于金属层20与聚合物基材10重叠的部分，且设置于金属层20的背向聚合物基材10的一侧；在另一可选实施方式中，极耳30可以设置于金属层20未与聚合物基材10重叠的部分，且设置于金属层20的朝向聚合物基材10的一侧，以在设置极耳的情况下，进一步减小集流体整体的厚度。需要说明的是，本发明实施例中，极耳30是否设置，以及在设置极耳30的情况下，极耳30的形状、成型方式、连接方式等可以根据实际情况决定，在此不作具体限定。
可选地，所述集流体还包括导电涂层40，导电涂层40覆盖聚合物基材10，且导电涂层40延伸至聚合物基材10与金属层20的连接处，并部分覆盖金属层20背向聚合物基材10的一侧。这样，导电涂层40可以进一步电连接聚合物基材10与金属层20，提升所述集流体整体的导电性。具体实施时，导电涂层40的浆料可以包括涂炭，具体可以参照相关技术中的说明，在此不赘述。需要说明的是，本发明实施例中，导电涂层40是否设置，以及在设置导电涂层40的情况下，导电涂层40的厚度、长度可以根据实际情况决定，在此不作具体限定。
本发明实施例中，每个金属层20包括与聚合物基材10重叠的第三部分21。第三部分21包括宽度方向的第一侧边和第二侧边，聚合物基材10包括宽度方向的第三侧边和第四侧边。其中，所述第一侧边可以理解为如图1a至图1d所示的第三部分21的上侧边，所述第二侧边可以理解为如图1a至图1d所示的第三部分21的下侧边；所述第三侧边可以理解为如图1a至图1d所示的聚合物基材10的上侧边，所述第四侧边可以理解为如图1a至图1d所示的聚合物基材10的下侧边。可选地，包括如下任意一种实施方式：
第一种，如图1a所示，所述第一侧边与所述第三侧边齐平，且所述第二侧边与所述第四侧边齐平，金属层20的宽度与聚合物基材10的宽度一致，可以提高集流体整体的平整度；第二种，如图1b所示，所述第一侧边与所述第三侧边齐平，且所述第二侧边与所述第四侧边不齐平；第三种，如图1c所示，所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，且所述第二侧边与所述第四侧边不齐平；第四种，如图1d所示，所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，且所述第二侧边与所述第四侧边齐平。上述第二种至第四种边缘预留一定宽度的聚合物基材10不设置金属层20，可以方便在极片涂覆或卷绕时固定集流体。
可选地，聚合物基材10为至少两个，至少两个聚合物基材10包括第一聚合物基材101和第二聚合物基材102，至少一个金属层20包括第一金属层201，第一金属层201的一端连接第一聚合物基材101，第一金属层201的另一端连接第二聚合物基材102。
本实施例中，至少两个聚合物基材20与至少一个金属层20交替设置，且每个聚合物基材10仅小部分与金属层20重叠，这样可以使集流体整体的导电性更加均匀。如图2a所示，以交替设置的第一聚合物基材101、第一金属层201和第二聚合物基材102为例，第一金属层201连接在第一聚合物基材101和第二聚合物基材102之间，且第一金属层201的一端的部分与第一聚合物基材101重叠，另一端的部分与第二聚合物基材102重叠。本实施方式中的集流体的一种可选的俯视图如图2b所示。
可选地，聚合物基材10为一个，聚合物基材10的一端连接至少一个金属层20，且每个金属层20均包括与聚合物基材10重叠的第三部分和未与聚合物基材10重叠的第四部分。这样可以进一步减小集流体整体的厚度。
本实施例中，在一可选实施方式中，金属层20的数量为两个，聚合物基材10的一端连接两个金属层20，聚合物基材10包括相背的第一侧面和第二侧面，一个金属层20连接所述第一侧面，另一个金属层20连接所述第二侧面，两个金属层20的未与聚合物基材10重叠的部分相连。
如图3a和图3b所示，聚合物基材10为一个，金属层20为两个，两个金属层20夹持着聚合物基材10的一端，且两个金属层20的未与聚合物基材10重叠的部分相连。这样可以增加聚合物基材10与金属层20之间的稳定性，提高电池的性能和安全性。本实施方式中的集流体的一种可选的俯视图如图3c所示，需要说明的是，本实施方式中的第三部分21也可以是如图1b至图1d所示的三种形式中的任意一种，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。
在另一可选实施方式中，金属层20为一个，聚合物基材10包括相背的第一侧面和第二侧面，金属层20连接所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一者。所述第一侧面可以为聚合物基材10的上侧面，所述第一侧面可以为聚合物基材10的下侧面。
具体的，一个金属层20可以连接所述第一侧面或所述第二侧面。以金属层20连接所述第二侧面为例，如图4a和图4b所示，在设置极耳30的情况下，极耳30与聚合物基材10可以位于金属层20的同一侧，这样可以进一步减小集流体整体的厚度，进一步提高电池的能量密度。本实施方式中的集流体的一种可选的俯视图如图4c所示，需要说明的是，本实施方式中的第三部分21也可以是如图1b至图1d所示的三种形式中的任意一种，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。
一个金属层20也可以同时连接所述第一侧面和所述第二侧面。可选地，如图5a所示，金属层20包括与厚度方向平行的第三侧面，所述第三侧面上开设有凹槽，聚合物基材10的一端伸入所述凹槽中，使金属层20连接所述第一侧面和所述第二侧面。这样可以增加聚合物基材10与金属层20之间的稳定性，提高电池的性能和安全性。本实施方式中的集流体的一种可选的俯视图如图5b所示，需要说明的是，本实施方式中的第三部分21也可以是如图1b至图1d所示的三种形式中的任意一种，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。
进一步地，可选地，如图6a所示，聚合物基材10的伸入所述凹槽的部分的厚度小于聚合物基材10的未伸入所述凹槽的部分的厚度。本实施方式中的集流体的一种可选的俯视图如图6b所示，需要说明的是，本实施方式中的第三部分21也可以是如图1b至图1d所示的三种形式中的任意一种，具体可根据实际情况决定，在此不作具体限定。
本发明实施例还提供一种极片。所述极片包括本发明实施例提供的集流体。需要说明的是，在本实施例中，所述极片包括上述实施例提供的集流体的全部技术特征，且可实现上述实施例中集流体可实现的全部有益效果，具体可以参照上述实施例的解释说明，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种电芯。所述电芯包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片为本发明实施例提供的极片。需要说明的是，在本实施例中，所述电芯包括上述实施例提供的极片的全部技术特征，且可实现上述实施例中极片可实现的全部有益效果，具体可以参照上述实施例的解释说明，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电池。所述电池包括本发明实施例提供的电芯。需要说明的是，在本实施例中，所述电池包括上述实施例提供的电芯的全部技术特征，且可实现上述实施例中电芯可实现的全部有益效果，具体可以参照上述实施例的解释说明，在此不再赘述。
下面介绍本发明实施例提供的电池的制备方法：
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种集流体，其特征在于，包括至少一个聚合物基材和至少一个金属层，一个所述聚合物基材连接至少一个所述金属层，每个所述聚合物基材包括与所述金属层重叠的第一部分和未与所述金属层重叠的第二部分；
其中，所述第一部分的长度短于所述第二部分的长度。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第二部分的长度大于3mm。
3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第二部分的长度与所述第一部分的长度的比值大于1.5且小于50。
4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，还包括导电涂层，所述导电涂层覆盖所述聚合物基材，且所述导电涂层延伸至所述聚合物基材与所述金属层的连接处，并部分覆盖所述金属层背向所述聚合物基材的一侧。
5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，至少一个所述金属层上设有极耳。
6.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述聚合物基材为至少两个，至少两个所述聚合物基材包括第一聚合物基材和第二聚合物基材，至少一个所述金属层包括第一金属层，所述第一金属层的一端连接所述第一聚合物基材，所述第一金属层的另一端连接所述第二聚合物基材。
7.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述聚合物基材为一个，所述聚合物基材的一端连接至少一个所述金属层，且每个所述金属层均包括与所述聚合物基材重叠的第三部分和未与所述聚合物基材重叠的第四部分。
8.根据权利要求7所述的集流体，其特征在于，所述金属层的数量为两个，所述聚合物基材的一端连接两个所述金属层，所述聚合物基材包括相背的第一侧面和第二侧面，一个所述金属层连接所述第一侧面，另一个所述金属层连接所述第二侧面，两个所述金属层的未与所述聚合物基材重叠的部分相连。
9.根据权利要求7所述的集流体，其特征在于，所述金属层为一个，所述聚合物基材包括相背的第一侧面和第二侧面，所述金属层连接所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一者。
10.根据权利要求9所述的集流体，其特征在于，所述金属层包括与厚度方向平行的第三侧面，所述第三侧面上开设有凹槽，所述聚合物基材的一端伸入所述凹槽中，使所述金属层连接所述第一侧面和所述第二侧面。
11.根据权利要求10所述的集流体，其特征在于，所述聚合物基材的伸入所述凹槽的部分的厚度小于所述聚合物基材的未伸入所述凹槽的部分的厚度。
12.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，每个所述金属层包括与所述聚合物基材重叠的第三部分，所述第三部分包括宽度方向的第一侧边和第二侧边，所述聚合物基材包括宽度方向的第三侧边和第四侧边；
其中，所述第一侧边与所述第三侧边齐平，所述第二侧边与所述第四侧边齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边齐平，所述第二侧边与所述第四侧边不齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，所述第二侧边与所述第四侧边齐平；或者，
所述第一侧边与所述第三侧边不齐平，所述第二侧边与所述第四侧边不齐平。
13.一种极片，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的集流体。
14.一种电芯，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片为如权利要求13所述的极片。
15.一种电池，其特征在于，包括如权利要求14所述的电芯。
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