CN114583178A - 一种电池集流体及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池集流体,包括:绝缘片和金属片,所述金属片包括相对的第一端和第二端,所述第一端与所述绝缘片连接,所述第二端伸出所述绝缘片;导电层,所述导电层覆盖所述绝缘片相对的两个表面并与所述金属片接触。该结构的电池集流体保证了电池集流体与极耳或极柱间的焊接可靠性,有效降低了焊接不良率,改善了电池性能。

Description

一种电池集流体及锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域,尤其涉及一种电池集流体及锂离子电池。
背景技术
电池集流体作为锂离子电池不可或缺的一部分,不仅起着承载电极活性物质的作用,也起着汇集电子、传输电子的作用,进而实现化学能与电能间的相互转化。目前所使用的正极集流体多为厚度在10-20µm的铝箔,负极集流体多为厚度在6-8µm的铜箔,从而使得集流体占据电池总重量的6-9%,集流体的重量也成为制约电池能量密度提升的因素。
专利CN201210227927.X公开了一种具有导电层夹持绝缘层的多层结构的集流体,通过在集流体中引入绝缘层,不仅降低了集流体的重量,还可提高电池在发生针刺等时的安全性能。
然而上述结构的集流体,由于中间为绝缘层,使得集流体在与极耳或极柱焊接时,工艺难度较大,且易出现虚焊等焊接不良的现象,进而增大集流体与极耳或极柱间的接触电阻,影响电池性能。
发明内容
为解决现有技术中多层结构的集流体不易与极耳或极柱焊接的技术问题,本申请提供了一种电池集流体及锂离子电池,保证了电池集流体与极耳或极柱间的焊接可靠性,有效降低了焊接不良率,改善了电池性能。
为实现上述目的,一方面,本申请提供了一种电池集流体,包括:绝缘片和金属片,所述金属片包括相对的第一端和第二端,所述第一端与所述绝缘片连接,所述第二端伸出所述绝缘片;导电层,所述导电层覆盖所述绝缘片相对的两个表面并与所述金属片接触。
在一些实施例中,所述导电层全覆盖所述金属片的至少一个表面。
在一些实施例中,所述金属片的所述第一端与所述绝缘片的一端重叠。
在一些实施例中,在所述金属片的第一端和所述绝缘片的重叠部位,所述金属片的厚度沿远离所述第二端的方向递减,和/或,所述绝缘片的厚度沿靠近所述第二端的方向递减。
在一些实施例中,所述绝缘片包括第一绝缘片和第二绝缘片,所述第一绝缘片与所述第二绝缘片重叠设置并在端部形成夹持部,所述金属片的第一端连接于所述夹持部。
在一些实施例中,覆盖所述金属片表面的所述导电层的厚度大于覆盖所述绝缘片的所述导电层的厚度。
在一些实施例中,所述夹持部中沿远离所述第一绝缘片和所述第二绝缘片重叠处的方向,所述第一绝缘片和所述第二绝缘片相互远离。
在一些实施例中,所述夹持部包括:两夹持段,所述两夹持段平行设置并设有与所述金属片对应的预定间距;两过渡段,分别将一所述夹持段连接至所述第一绝缘片与所述第二绝缘片重叠位置的对应端。
另一方面,本申请提供了一种锂离子电池,包括上所述的电池集流体。
在一些实施例中,锂离子电池还包括极耳,所述极耳与所述金属片连接,或者,所述极耳与覆盖所述金属片表面的所述导电层连接,或者,所述极耳为所述金属片模切形成。
与现有技术中绝缘层表面镀金属层的集流体相比,本申请所提供的电池集流体的端部是金属片或覆有导电层的金属片,因而在与极耳或极柱焊接时,可确保焊接的可靠性,避免出现虚焊;此外,金属片还可增大焊接位点的过流能力,有助于提高电池的过充性能;不仅如此,绝缘片相对两个表面上的导电层还可通过金属片导通,从而不必额外引入部件用于绝缘层表面导电层的电引出,简化了电池结构;且电池集流体中绝缘片的引入,可降低电池集流体整体的重量,从而有助于提高电池的能量密度。
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为根据本申请一实施例的电池集流体的主视图;
图2为根据本申请第一实施例的电池集流体的剖面示意图;
图3为根据本申请第二实施例的电池集流体的剖面示意图;
图4为根据本申请第三实施例的电池集流体的剖面示意图;
图5为根据本申请一实施例的电池集流体的绝缘片的剖面示意图;
附图标记:
电池集流体 100;绝缘片 1;第一绝缘片 11;第二绝缘片 12;夹持部 13;夹持段131;过渡段 132;金属片 2;第一端 21;第二端 22;导电层 3。
具体实施方式
下面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。
本申请公开了一种锂离子电池,包括电池集流体100。
如图1-4所示,电池集流体100包括绝缘片1、金属片2和导电层3,其中,金属片2包括相对的第一端21和第二端22,第一端21与绝缘片1连接,第二端22伸出绝缘片1,导电层3覆盖绝缘片1相对的两个表面且与金属片2接触。
本申请所提供的电池集流体100,由于金属片2的第二端22伸出绝缘片1,使得电池集流体100的端部为金属片2,可用于与极耳或极柱焊接,即实现电池集流体100与外电路间的电连接,此类焊接为金属与金属间的焊接,从而可保证极耳或极柱与电池集流体100间焊接的牢固性、可靠性,降低焊接不良率。在制备电池极片时,电极浆料是涂覆在绝缘片1表面的导电层3上的,导电层3可为电极浆料层输入和输出电子。此外,导电层3与金属片2接触,也就是说,导电层3与金属片2电连接,从而电子可在电极浆料层、导电层3和金属片2间传输,进而实现电池的充放电。
此外,绝缘片1相对的两个表面上的导电层3均与金属片2接触,从而金属片2可电连接绝缘片1相对的两个表面上的导电层3,因而本申请的电池集流体100相较于现有技术中的多层结构的集流体,在制备电池时,不必额外引入用于导通绝缘片1两侧导电层3的部件,从而简化了电池结构与电池制备。不仅如此,绝缘片1的引入有效降低了电池集流体100的重量,因而可实现从电池集流体100的角度提高电池的能量密度。
其中,导电层3与金属片2接触,即绝缘片1相对的两个表面上的导电层3均伸出绝缘片1与金属片2接触。由此可表现为,如图3所示,绝缘片1两个表面上的导电层3均部分覆盖金属片2相对的两个表面;或者,如图2、图4所示,绝缘片1两个表面上的导电层3均全部覆盖金属片2相对的两个表面;或者,绝缘片1一个表面上的导电层3部分覆盖金属片2的一个表面,绝缘片1另一个表面上的导电层3全部覆盖金属片2的另一个表面。
优选地,导电层3覆盖金属片2的至少一个表面。
即绝缘片1一个表面上的导电层3完全覆盖金属片2的一个表面,或者,绝缘片1两个表面上的导电层3均完全覆盖金属片2的两个表面。
导电层3全覆盖金属片2的至少一个表面,可确保金属片2与导电层1间连接的有效性,降低金属片2与导电层3连接处的电阻,有利于电子在金属片2与导电层3间的传输,提高电池性能。此外,金属片2的至少一个表面上全覆盖导电层3,当导电层3为金属层时,导电层3的覆盖无疑是增加了金属片2的厚度,不仅有利于金属片2与极耳或极柱的焊接,而且还有利于增强金属片2处的过流能力,改善电池的过充过放性能。
进一步优选地,绝缘片1两个表面上的导电层3均完全覆盖金属片2的两个表面。
在本申请一些实施例中,绝缘片1与金属片2间的连接可通过胶粘的方式或者胶带缠绕的方式等进行拼接,即金属片2的第一端与绝缘片的一端进行头对头式连接。此种连接方式,不会额外增加电池集流体100的厚度,可保证电池集流体100在厚度上的均一性。
在本申请一些实施例中,绝缘片1与金属片2间的连接还可通过部分重叠的方式实现连接,即金属片2的第一端21与绝缘片1的一端重叠。
如图2-4所示,金属片2的第一端21叠放在绝缘片1的一端上,二者间可通过胶粘的方式或者胶带缠绕的方式等实现连接。重叠的连接方式,可提高绝缘片1与金属片2间的连接可靠性,避免后期操作中绝缘片1与金属片2间的连接易断开的情况发生。
此外,金属片1的第一端与绝缘片2的一端重叠设置的连接方式,由于重叠处绝缘片1的导热系数低,使得在对金属片2进行焊接或模切时,所产生的热量可以较少地传输到涂覆有电极浆料的绝缘片上,有利于改善电池集流体100的安全性能。
对于本申请的一些实施例中,金属片2的第一端21与绝缘片1的一端采用重叠的连接方式,其中,重叠部位的金属片2的厚度沿远离金属片2的第二端22的方向递减,或者,重叠部位的绝缘片1的厚度沿靠近金属片2的第二端22的方向递减,或者,重叠部位的金属片2的厚度沿远离金属片2的第二端22的方向递减,以及绝缘片1的厚度沿靠近金属片2的第二端22的方向递减。
金属片1与绝缘片2间采用重叠的连接方式,会造成电池集流体100局部厚度的增大,因而将重叠部位的金属片1和/或绝缘片2的厚度做成渐变的结构,使得重叠部位和非重叠部位的连接处不会存在较明显的厚度差,而较大的厚度差会使得重叠部位与非重叠部位出现台阶结构,台阶结构既不利于后期导电层3、电极浆料层的制备,也易出现台阶结构处涂层脱落的现象,因而,本申请中厚度的渐变结构的设计,可避免这些现象的出现;不仅如此,重叠部位厚度的渐变设计,还可减小重叠部位的厚度,减小电池集流体100局部厚度的额外增加。
在本申请一些实施例中,如图2、图5所示,绝缘片1包括第一绝缘片11和第二绝缘片12,第一绝缘片11与第二绝缘片12重叠设置并在端部形成夹持部13,金属片2的第一端21连接于夹持部13中。
也就是说,金属片2的第一端21位于第一绝缘片11与第二绝缘片12之间,其中,第一绝缘片11靠近第二绝缘片12的表面与金属片2的第一端21连接,第二绝缘片12靠近第一绝缘片11的表面与金属片2的第一端21连接。两片绝缘片1夹持金属片2的结构,可进一步增加金属片2与绝缘片1间连接的可靠性,避免后期操作中,金属片2与绝缘片1间的连接失效。
其中,如图2、图5所示,第一绝缘片11与第二绝缘片12重叠设置,二者之间可通过胶粘的方式实现连接。进一步地,第一绝缘片11和第二绝缘片12的端部并未连接在一起,从而在端部形成夹持部13。
在本申请一些实施例中,夹持部13中沿远离第一绝缘片11和第二绝缘片12重叠处的方向,第一绝缘片11与第二绝缘片12相互远离。
在本申请一些实施例中,如图5所示,夹持部13包括两夹持段131和两过渡段132,两夹持段131平行设置并设有与金属片2对应的预定间距,两过渡段132分别将一夹持段131连接至第一绝缘片11和第二绝缘片12重叠位置的对应端。
上述第一绝缘片11和第二绝缘片12的端部夹持金属片2的第一端21的结构中,如图2所示,金属片2表面所覆盖的导电层3的厚度大于绝缘片1表面所覆盖的导电层3的厚度。
也就是说,覆盖在金属片2一个表面上的导电层3的厚度大于覆盖在绝缘片1表面上的导电层3的厚度,或者,覆盖在金属片2两个表面上的导电层3的厚度均大于覆盖在绝缘片1表面上的导电层3的厚度。优选情况下,金属片2两个表面上的导电层3的厚度均大于绝缘片1表面上的导电层3的厚度。
当导电层3选用金属材质时,导电层3在金属片2处的厚度较大,从而可增加金属片2处的厚度,既有利于金属片2与极耳或极柱等部件间的焊接,确保焊接可靠性,还可提升金属片2处的过流能力,有利于改善电池的过充性能。
在本申请一些实施例中,绝缘片1的厚度为1um-20um,金属片2的厚度为200nm-10um,导电层3的厚度为100nm-30um。
在本申请一些实施例中,绝缘层1的材料可选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯中一种或几种。
金属片2的材料可选自金属材料、高分子导电材料、碳基导电材料。
导电层3的材料可选自金属材料、高分子导电材料、碳基导电材料,当导电层3的材料为金属时,导电层3的形成,可通过蒸镀、溅射、电镀、化学镀、金属箔的粘合等方法以及这些方法组合而成的方法,在本申请中并不做限定。
优选地,导电层3和金属片2为同种材料。
本申请公开的锂离子电池,还包括极耳,极耳用于电池集流体100的电引出。其中,极耳可直接与伸出绝缘片1的金属片2连接,由于此连接为金属与金属间的焊接,从而可保证二者间焊接的牢固性;或者,极耳是与伸出绝缘片1的覆盖有导电层3的金属片2连接,由于导电层3是覆盖在金属片2表面的,而非现有技术中的覆盖在绝缘层1表面,从而可确保极耳与导电层间焊接的牢固性,避免出现虚焊的情况。
本申请公开的锂离子电池,也可不进行外焊极耳,而是通道对电池集流体100进行模切,在电池集流体100上形成极耳,即对伸出绝缘片1的金属片2进行模切,当此部分金属片2的表面覆盖有导电层3时,则是对覆盖有导电层3的金属片2进行模切,形成模切极耳,然后再将模切极耳与极柱或外电路元件进行焊接。而多余现有技术中的绝缘层1表面覆盖导电层3结构的多层集流体,在进行模切极耳用于与其他元件进行焊接时,仍然会存在由于模切极耳的中部是绝缘层1而出现虚焊等焊接不良的情形。本申请的电池集流体100在进行模切形成的模切极耳,其中部为金属片2,因而不会出现焊接不良的情形,从而有助于降低焊接处的电阻,改善电池性能。
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 (11)

1.一种电池集流体,其特征在于,包括:
绝缘片和金属片,所述金属片包括相对的第一端和第二端,所述第一端与所述绝缘片连接,所述第二端伸出所述绝缘片;
导电层,所述导电层覆盖所述绝缘片相对的两个表面并与所述金属片接触。
2.根据权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电层覆盖所述金属片的至少一个表面。
3.根据权利要求2所述的电池集流体,其特征在于,所述金属片的所述第一端与所述绝缘片的一端重叠。
4.根据权利要求3所述的电池集流体,其特征在于,在所述金属片的第一端和所述绝缘片的重叠部位,所述金属片的厚度沿远离所述第二端的方向递减,和/或,所述绝缘片的厚度沿靠近所述第二端的方向递减。
5.根据权利要求3所述的电池集流体,其特征在于,所述绝缘片包括第一绝缘片和第二绝缘片,所述第一绝缘片与所述第二绝缘片重叠设置并在端部形成夹持部,所述金属片的第一端连接于所述夹持部。
6.根据权利要求5所述的电池集流体,其特征在于,覆盖所述金属片表面的所述导电层的厚度大于覆盖所述绝缘片的所述导电层的厚度。
7.根据权利要求5所述的电池集流体,其特征在于,所述夹持部中沿远离所述第一绝缘片和所述第二绝缘片重叠处的方向,所述第一绝缘片和所述第二绝缘片相互远离。
8.根据权利要求5所述的电池集流体,其特征在于,所述夹持部包括:
两夹持段,所述两夹持段平行设置并设有与所述金属片对应的预定间距;
两过渡段,分别将一所述夹持段连接至所述第一绝缘片与所述第二绝缘片重叠位置的对应端。
9.根据权利要求1-3任一项所述的电池集流体,其特征在于,所述绝缘片的厚度为1um-20um,所述金属片的厚度为200nm-10um,所述导电层的厚度为100nm-30um。
10.一种锂离子电池,其特征在于,包括权利要求1-8任一项所述的电池集流体。
11.根据权利要求10所述的锂离子电池,其特征在于,还包括极耳,所述极耳与所述金属片连接,或者,所述极耳与覆盖所述金属片表面的所述导电层连接,或者,所述极耳为所述金属片模切形成。
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