CN114597420A - 锂离子电池、双极性集流体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体提供一种锂离子电池、双极性集流体及其制备方法，旨在解决现有的锂离子电池的双极性集流体的制作工艺困难的问题。为此目的，本发明的双极性集流体的制备方法包括以下步骤：提供正极集流体箔材或者负极集流体箔材；对正极集流体箔材或者负极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域或者负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层；在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层。通过这样的设置，仅需要在绝缘层上完成一次箔材电镀即可，极大地降低了集流体制作工艺的难度，此外，还能够提高双极性集流体的抗拉强度和柔韧性，从而在制作锂离子电池的过程中，不易出现集流层断裂、褶皱等情况。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体提供一种锂离子电池、双极性集流体及其制备方法。
背景技术
随着锂离子电池的大规模普及应用，新能源动力及储能领域对更高能量密度、更低成本电池技术的持续需求，对现有锂离子电池技术的持续升级层出不穷。
作为锂离子电池中不可或缺的组成部件之一，目前广泛地运用于电芯生产的集流体主要为正极金属铝箔集流体、负极金属铜箔集流体以及双极性集流体，现有的双极性集流体包括PTC膜绝缘层以及附着在PTC膜绝缘层两面的铝箔和铜箔，在制作双极性集流体时，需要在PTC膜绝缘层的两面分别电镀铝箔和铜箔，制作工艺困难。
因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明旨在解决或者缓解上述技术问题，即，解决或缓解现有的锂离子电池的双极性集流体的制作工艺困难的问题。
在第一方面，本发明提供了一种双极性集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供正极集流体箔材或者负极集流体箔材；对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层；在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，在步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”之前，所述制备方法还包括：对所述金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，在步骤“对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层”之前，所述制备方法还包括：将所述正极集流体箔材的非涂布表面或者所述负极集流体箔材的非涂布表面遮盖，以避免在所述非涂布表面形成金属氧化物。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，在步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”之前，所述制备方法还包括：将所述金属氧化物绝缘层的端部区域遮盖以便形成与正极极耳区或者负极极耳区对应的绝缘区。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，步骤“对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层”具体包括：对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行阳极氧化处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成所述金属氧化物绝缘层。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”具体包括：在所述金属氧化物绝缘层表面电镀或者化学镀所述负极集流层或者所述正极集流层。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，所述正极集流体箔材为铝或铝合金，并且/或者所述负极集流体箔材为铜。
在上述双极性集流体的制备方法的优选技术方案中，所述金属氧化物绝缘层的厚度为1至10微米。
在第二方面，本发明还提供了一种双极性集流体，包括正极集流层、负极集流层以及位于所述正极集流层和所述负极集流层之间的绝缘层，其中，所述绝缘层为对所述正极集流层的箔材或者所述负极集流层的箔材进行处理而形成的金属氧化物绝缘层。
在上述双极性集流体的优选技术方案中，所述正极集流层包括正极活性涂层区和正极极耳区，所述负极集流层包括负极活性涂层区和负极极耳区，所述双极性集流体在正极侧与所述负极极耳区对应的位置设置有第一绝缘区，所述双极性集流体在负极侧与所述正极极耳区对应的位置设置有第二绝缘区。
在上述双极性集流体的优选技术方案中，所述双极性集流体还包括对所述金属氧化物绝缘层进行封孔处理而形成的封孔层。
在第三方面，本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述的双极性集流体。
在采用上述技术方案的情况下，本发明的双极性集流体的制备方法包括以下步骤：提供正极集流体箔材或者负极集流体箔材；对正极集流体箔材或者负极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域或者负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层；在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层。通过这样的设置，仅需要在绝缘层上完成一次箔材电镀即可，极大地降低了集流体制作工艺的难度，降低了加工成本，提高了加工效率，此外，还能够提高双极性集流体的抗拉强度和柔韧性，从而在制作锂离子电池的过程中，不易出现集流层断裂、褶皱等情况，进而提高集流层的导电性。
进一步地，在步骤“在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”之前，本发明的制备方法还包括：对金属氧化物绝缘层进行封孔处理。通过这样的设置，能够进一步提高金属氧化物绝缘层的绝缘效果，从而提高双极性集流体的可靠性
又进一步地，在步骤“对正极集流体箔材或者负极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域或者负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层”之前，本发明的制备方法还包括：将正极集流体箔材的非涂布表面或者负极集流体箔材的非涂布表面遮盖，以避免在非涂布表面形成金属氧化物。通过这样的设置，能够避免在正极集流体箔材的非涂布表面或者负极集流体箔材的非涂布表面也形成金属氧化物绝缘层。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明的双极性集流体的制备方法的实施例一的流程图；
图2是本发明的双极性集流体的实施例一的结构示意图；
图3是本发明的双极性集流体的制备方法的实施例二的流程图；
图4是本发明的双极性集流体的实施例二的结构示意图。
附图标记列表：
1、正极集流层；11、正极活性涂层区；12、正极极耳区；2、负极集流层；21、负极活性涂层区；22、负极极耳区；3、金属氧化物绝缘层；41、第一绝缘区；42、第二绝缘区。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“顶”、“底”、“左”、“右”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
具体地，本发明提供了一种双极性集流体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供正极集流体箔材或者负极集流体箔材；
对正极集流体箔材或者负极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域或者负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层；
在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层。
上述方法包含两种示例，示例1，先提供正极集流体箔材作为正极集流层，然后对正极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层，然后再在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层，以制成双极性集流体。
示例2，先提供负极集流体箔材作为负极集流层，然后对负极集流体箔材进行处理，以在负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层，然后再在金属氧化物绝缘层上设置正极集流层，以制成双极性集流体。
通过在正极集流体箔材或者负极集流体箔材上直接形成绝缘层，这样一来，仅需要在绝缘层上完成一次箔材电镀即可，极大地降低了集流体制作工艺的难度，降低了加工成本，提高了加工效率，此外，还能够提高双极性集流体的抗拉强度和柔韧性，从而在制作锂离子电池的过程中，不易出现集流层断裂、褶皱等情况，进而提高集流层的导电性。
需要说明的是，涂布区域指的是在制作电极时涂布正极活性物质或负极活性物质的区域，此外，金属氧化物绝缘层的形成区域不局限在涂布区域内，也可以超出涂布区域，即，使金属氧化物绝缘层的覆盖面积大于涂布区域。
还需要说明的是，上述的两个示例均属于本发明的保护范围，当然，在实际应用中个，优选采用示例1描述的制备方法。
下面以上述示例1描述的制备方法为例并结合两个具体的实施例来详细地介绍本发明的技术方案。
实施例一
下面参照图1和图2对本发明的第一实施例进行详细地介绍。
如图2所示，本实施例的双极性集流体包括正极集流层1、负极集流层2以及金属氧化物绝缘层3，其中，金属氧化物绝缘层3位于正极集流层1和负极集流层2之间。
如图1所示，本实施例的双极性集流体的制备方法包括以下步骤：
S10：提供正极集流体箔材。
即以正极集流体箔材作为正极集流层1。
需要说明的是，在实际应用中，正极集流体箔材可以采用铝或铝合金，或者，正极集流体箔材也可以采用钛，再者，正极集流体箔材还可以采用不锈钢，等等，这种对正极集流体箔材的具体类型的调整和改变并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
当然，在实际应用中，正极集流体箔材优选采用铝或者铝合金，相应地，金属氧化物绝缘层则为氧化铝绝缘层。
S30：对正极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层。
需要说明的是，在实际应用中，可以对正极集流体箔材进行阳极氧化、微弧氧化、电泳、发黑、钝化等处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层，这种灵活地调整和改变并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
当然，在实际应用中，优选对正极集流体箔材进行阳极氧化处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层。其中，阳极氧化的种类主要包括直流电阳极氧化、交流电阳极氧化以及脉冲电流阳极氧化。阳极氧化已经是现有技术中非常成熟的技术，在此就不再一一赘述了。
S50：在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层。
需要说明的是，在实际应用中，负极集流层可以通过在金属氧化物绝缘层的表面化学镀、电镀、真空溅射或气相沉积等方式产生。当然，优选采用化学镀或电镀的方式。
此外，还需要说明的是，负极集流层可以为铜，或者，负极集流层也可以为镍，再者，负极集流层还可以为不锈钢，等等，这种对负极集流层的具体材料的调整和改变也并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。当然，负极集流体箔材优选采用铜。
优选地，如图1所示，在步骤S30之前，本实施例的制备方法还包括以下步骤：
S20：将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖。
即，在对正极集流体箔材进行阳极氧化处理之前，先将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖，这样一来，能够避免在正极集流体箔材的非涂布表面也形成金属氧化物绝缘层。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用遮蔽膜或者遮蔽油墨将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖。
优选地，如图1所示，在步骤S50之前，本实施例的制备方法还包括以下步骤：
S40：对金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
即，在金属氧化物绝缘层3上设置负极集流层2之前，先对金属氧化物绝缘层3进行封孔处理，在金属氧化物绝缘层3上形成封孔层，这样一来，能够进一步提高金属氧化物绝缘层3的绝缘效果，从而提高双极性集流体的可靠性。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用高温水化反应封闭、无机盐封闭或者有机物封闭等方法对金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
以金属氧化物绝缘层为氧化铝膜为例，其中，高温水化反应封闭方法是利用铝氧化膜与水的水化反应，将非晶质膜变为水合结晶膜，水化反应在常温和高温下都可以进行，但是在高温下特别是在沸点时，所生成的水合结晶膜是非常稳定的不可逆的结晶膜，因此，最常用的铝氧化膜的封孔处理就是沸水法或蒸汽法处理。无机盐封闭方法可以提高有机着色染料的牢度，因此在化学着色法中常用，如醋酸盐法或硅酸盐法。有机物封闭法是对铝氧化膜进行浸油、浸漆或进行涂装等。在实际应用中，优选采用高温水化反应封闭或无机盐封闭。
优选地，如图2所示，正极集流层1的厚度为1至20微米。例如，正极集流层1的厚度可以为3微米、5微米、10微米、15微米、19微米等。
优选地，如图2所示，金属氧化物绝缘层3的厚度为1至10微米。例如，金属氧化物绝缘层3的厚度可以为2微米、3微米、5微米、8微米、9微米等。
优选地，如图2所示，负极集流层2的厚度为1至8微米。例如，负极集流层2的厚度可以为2微米、3微米、5微米、6微米、7微米等。
实施例二
下面参照图3和图4对本发明的第二实施例进行详细地介绍。
如图4所示，本实施例的双极性集流体包括正极集流层1、负极集流层2以及位于正极集流层1和负极集流层2之间的金属氧化物绝缘层3。
其中，正极集流层1包括正极活性涂层区11和正极极耳区12，负极集流层2包括负极活性涂层区21和负极极耳区22，双极性集流体在正极侧与负极极耳区22对应的位置设置有第一绝缘区41，双极性集流体在负极侧与正极极耳区12对应的位置设置有第二绝缘区42。
示例性地，如图4所示，双极性集流体在正极侧(从图4上看为底侧)上设置有第一绝缘区41，第一绝缘区41与负极极耳区22对应设置，第一绝缘区41和负极极耳区22均位于双极性集流体的左端部，双极性集流体在负极侧(从图4上看为顶侧)上设置有第二绝缘区42，第二绝缘区42与正极极耳区12对应设置，第二绝缘区42和正极极耳区12均位于双极性集流体的右端部。
如图3所示，本实施例的双极性集流体的制备方法包括以下步骤：
S100：提供正极集流体箔材。
即以正极集流体箔材作为正极集流层。
需要说明的是，在实际应用中，正极集流体箔材可以采用铝或铝合金，或者，正极集流体箔材也可以采用钛，再者，正极集流体箔材还可以采用不锈钢，等等，这种对正极集流体箔材的具体类型的调整和改变也并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
当然，正极集流体箔材优选采用铝或者铝合金，相应地，金属氧化物绝缘层则为氧化铝绝缘层。
S300：对正极集流体箔材进行处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层。
需要说明的是，在实际应用中，可以对正极集流体箔材进行阳极氧化、微弧氧化、电泳、发黑、钝化等处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层，这种灵活地调整和改变并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。
当然，在实际应用中，优选对正极集流体箔材进行阳极氧化处理，以在正极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层。其中，阳极氧化的种类主要包括直流电阳极氧化、交流电阳极氧化以及脉冲电流阳极氧化。阳极氧化已经是现有技术中非常成熟的技术，在此就不再一一赘述了。
还需要说明的是，在对正极集流体箔材进行阳极氧化处理时，可以在集流体的正极侧形成与负极极耳区22对应的第一绝缘区41，示例性地，如图4所示，负极极耳区22位于双极性集流体的左端部，在对正极集流体箔材进行阳极氧化处理时，可以一并对正极集流体箔材的左端部进行阳极氧化处理以形成第一绝缘区41。
S500：将金属氧化物绝缘层的端部区域遮盖。
示例性地，将金属氧化物绝缘层3的右端区域遮盖，以形成与正极极耳区12对应的第二绝缘区42。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用遮蔽膜或者遮蔽油墨等方式将金属氧化物绝缘层3的右端区域遮盖。
还需要说明的是，如果是采用对负极集流体箔材进行处理以形成金属氧化物绝缘层，将金属氧化物绝缘层的端部区域进行遮蔽形成的绝缘区则与负极极耳区对应。
S600：在金属氧化物绝缘层上设置负极集流层。
需要说明的是，在实际应用中，负极集流层可以通过在金属氧化物绝缘层的表面化学镀、电镀、真空溅射或气相沉积等方式产生。当然，优选采用化学镀或电镀的方式。
此外，还需要说明的是，负极集流层可以为铜，或者，负极集流层也可以为镍，再者，负极集流层还可以为不锈钢，等等，这种对负极集流层的具体材料的调整和改变也并不偏离本发明的原理和范围，均应限定在本发明的保护范围之内。当然，负极集流体箔材优选采用铜。
优选地，如图3所示，在步骤S300之前，本实施例的制备方法还包括以下步骤：
S200：将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖。
即，在对正极集流体箔材进行阳极氧化处理之前，先将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖，这样一来，能够避免在正极集流体箔材的非涂布表面也形成金属氧化物绝缘层。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用遮蔽膜或者遮蔽油墨将正极集流体箔材的非涂布表面遮盖。
优选地，如图3所示，在步骤S500之前，本实施例的制备方法还包括以下步骤：
S400：对金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
即，在金属氧化物绝缘层3上设置负极集流层2之前，先对金属氧化物绝缘层3进行封孔处理，在金属氧化物绝缘层3上形成封孔层，这样一来，能够进一步提高金属氧化物绝缘层3的绝缘效果，从而提高双极性集流体的可靠性。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用高温水化反应封闭、无机盐封闭或者有机物封闭等方法对金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
以金属氧化物绝缘层为氧化铝膜为例，其中，高温水化反应封闭方法是利用铝氧化膜与水的水化反应，将非晶质膜变为水合结晶膜，水化反应在常温和高温下都可以进行，但是在高温下特别是在沸点时，所生成的水合结晶膜是非常稳定的不可逆的结晶膜，因此，最常用的铝氧化膜的封孔处理就是沸水法或蒸汽法处理。无机盐封闭方法可以提高有机着色染料的牢度，因此在化学着色法中常用，如醋酸盐法或硅酸盐法。有机物封闭法是对铝氧化膜进行浸油、浸漆或进行涂装等。在实际应用中，优选采用高温水化反应封闭或无机盐封闭。
优选地，如图4所示，正极集流层1的厚度为1至20微米。例如，正极集流层1的厚度可以为3微米、5微米、10微米、15微米、19微米等。
优选地，如图4所示，金属氧化物绝缘层3的厚度为1至10微米。例如，金属氧化物绝缘层3的厚度可以为2微米、3微米、5微米、8微米、9微米等。
优选地，如图4所示，负极集流层2的厚度为1至8微米。例如，负极集流层2的厚度可以为2微米、3微米、5微米、6微米、7微米等。
最后，本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述两个实施例介绍的双极性集流体。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双极性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供正极集流体箔材或者负极集流体箔材；
对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层；
在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层。
2.根据权利要求1所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，在步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”之前，所述制备方法还包括：
对所述金属氧化物绝缘层进行封孔处理。
3.根据权利要求1所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，在步骤“对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层”之前，所述制备方法还包括：
将所述正极集流体箔材的非涂布表面或者所述负极集流体箔材的非涂布表面遮盖，以避免在所述非涂布表面形成金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，在步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”之前，所述制备方法还包括：
将所述金属氧化物绝缘层的端部区域遮盖以便形成与正极极耳区或者负极极耳区对应的绝缘区。
5.根据权利要求1所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，步骤“对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成金属氧化物绝缘层”具体包括：
对所述正极集流体箔材或者所述负极集流体箔材进行阳极氧化处理，以在所述正极集流体箔材的涂布区域或者所述负极集流体箔材的涂布区域形成所述金属氧化物绝缘层。
6.根据权利要求1所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，步骤“在所述金属氧化物绝缘层上设置负极集流层或者正极集流层”具体包括：
在所述金属氧化物绝缘层表面电镀或者化学镀所述负极集流层或者所述正极集流层。
7.一种双极性集流体，其特征在于，包括正极集流层、负极集流层以及位于所述正极集流层和所述负极集流层之间的绝缘层，
其中，所述绝缘层为对所述正极集流层的箔材或者所述负极集流层的箔材进行处理而形成的金属氧化物绝缘层。
8.根据权利要求7所述的双极性集流体，其特征在于，所述正极集流层包括正极活性涂层区和正极极耳区，所述负极集流层包括负极活性涂层区和负极极耳区，所述双极性集流体在正极侧与所述负极极耳区对应的位置设置有第一绝缘区，所述双极性集流体在负极侧与所述正极极耳区对应的位置设置有第二绝缘区。
9.根据权利要求7所述的双极性集流体，其特征在于，所述双极性集流体还包括对所述金属氧化物绝缘层进行封孔处理而形成的封孔层。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7至9中任一项所述的双极性集流体。
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