CN114843522A - 复合导电材料、集流体、充电电池及新能源车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于揭示一种复合导电材料、集流体、充电电池及新能源车辆，包括高分子聚合物层以及附着于所述高分子聚合物层两面的第一金属复合层、第二金属复合层，所述高分子聚合物层设置微孔，所述微孔的直径为10μm～200μm，本发明的有益效果是：(1)当复合导电材料用于充电电池，在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，有助于电池散热，提高电池安全性能；(2)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在将复合导电材料作为集流体时，会提高集流体的比表面积，进而提高复合导电材料与正极或负极的活性物质的粘结强度；(3)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，降低集流体的重量，也就是降低了锂电池的重量，有助于进一步提高锂电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料技术领域，尤其涉及一种复合导电材料、集流体、充电电池及新能源车辆。
背景技术
锂离子电池因具有高的能量密度和长的循环寿命被广泛应用于电子设备、电动汽车以及电网储能等领域。随着锂电池行业的迅速发展，人们不断对锂电池的能量密度提出了更高的需求，锂电池的能量密度和更高的循环效率是其发展提升的关键。随着国际社会对能源的关注和重视，锂电池的相关矿产资源逐步紧缺，其中铜的价格随着行业发展逐步抬高，如何以最高效率使用铜也成为关键，现有技术工业化生产并直接应用的电解铜箔最薄4.5微米已达到极限。此外，传统的铜箔密度大，重量大，现有的工艺能力已接近极限，无法更进一步提升电池能量密度。轻质材料的集流体成为一个更优质的选择。
在现有技术中，在保持集流体导电性能的同时，人们在薄膜的两侧设置铜层的方式进一步降低集流体的厚度及重量，其存在的问题在于，薄膜集流体散热能力较差、薄膜集流体与活性物质的粘结力还存在不足；鉴于此，有必要对现有的集流体予以改进，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于揭示一种复合导电材料、集流体、充电电池及新能源车辆。
本发明的第一个发明目的，是提供一种复合导电材料。
本发明的第二个发明目的，是提供一种集流体。
本发明的第三个发明目的，是提供一种充电电池。
本发明的第四个发明目的，是提供一种新能源车辆。
为实现上述第一个发明目的，本发明提供了一种复合导电材料，包括高分子聚合物层以及附着于所述高分子聚合物层两面的第一金属复合层、第二金属复合层，所述高分子聚合物层设置微孔，所述微孔的直径为10μm～200μm。
优选地，所述高分子聚合物层为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。
优选地，所述高分子聚合物层厚度为4μm-8μm。
优选地，所述第一金属层和所述第二金属层为相同材质。
优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的材质均为铜、镍、铂、铅、金、银中的一种。
优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同。
优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度均为0.75μm-2μm。
为实现上述第二个发明目的，本发明提供了一种集流体，集流体的导电基材采用第一发明创造所述的复合导电材料，所述复合导电材料的总厚度为5.5μm-12μm。
为实现上述第三个发明目的，本发明提供了一种充电电池，充电电池包括第二发明创造所述的集流体。
为实现上述第四个发明目的，本发明提供了一种新能源车辆，新能源车辆包括第三发明创造所述的充电电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通常，当复合导电材料用于充电电池，高分子聚合物层的散热性不足，在锂电池内部热量积聚时，需要快速散热，一旦散热不足将发生燃烧甚至爆炸；为此，当复合导电材料用于充电电池，在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，有助于电池散热，提高电池安全性能。
(2)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在将复合导电材料作为集流体时，会提高集流体的比表面积，进而提高复合导电材料与正极或负极的活性物质的粘结强度。
(3)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在相同厚度的情况下，还有助于进一步降低复合导电材料的重量，进而降低集流体的重量，也就是降低了锂电池的重量，有助于进一步提高锂电池的能量密度。
(4)复合导电材料在作为集流体使用时，既可以用于充电电池的正极集流体，也可以用于充电电池负极的集流体；避免了铝箔及铝箔复合材料作为负极集流体时出现的易腐蚀、易发生LiAl合金化反应等。
附图说明
图1为本发明复合导电材料的剖视图；
图2为本发明高分子聚合物层的俯视图；
图3为本发明复合导电材料的厚度分布图。
其中，1、高分子聚合物层；11、微孔；2、第一金属复合层；3、第二金属复合层。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。
实施例一：
本实施例揭示了一种复合导电材料，参见图1和图2，包括高分子聚合物层1以及附着于所述高分子聚合物层两面的第一金属复合层2、第二金属复合层3，所述高分子聚合物层1设置微孔11，所述微孔11的直径为10μm～200μm。具体地，图1是复合导电材料的剖视图，自下至少依次为第一金属复合层2、高分子聚合物层1和第二金属复合层3，高分子聚合物层1设置微孔11，微孔11均匀设置，微孔11之间的间距为1mm-2mm，微孔11之间的间距不能太小，以免影响高分子聚合物层1的拉伸强度，微孔11之间的距离也不能太大，否则难以起到微孔11的作用；参见图2，微孔的直径为10μm～200μm，微孔通过激光打孔形成，微孔直径具体可选择10μm、20μm、50μm、70μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm，选择上述直径的微孔，既能够保障高分子聚合物层1的拉伸强度，也能够通过微孔进行散热，同时在设置第一金属复合层2、第二金属复合层3后，还不影响复合导电材料的导电性能。
需要进一步说明的是，参见图1，第一金属复合层2和第二金属复合层3是以电镀方式附着于高分子聚合物层1的表面，同时，微孔11的侧壁也会附着相同的金属复合层，微孔11的侧壁附着的厚度与第一金属复合层2的厚度相当，为避免在电镀过程中，微孔11被全部封闭，将微孔的最小直径设置为10μm。
作为优选实施例，第一金属复合层2和第二金属复合层3为相同材质，具体而言，所述第一金属层2和所述第二金属层3的材质均为铜、镍、铂、铅、金、银中的一种，优选铜，以第一金属复合层2和第二金属复合层3均为铜层作为具体例子，铜层以真空镀和/或电镀的工艺设置于高分子聚合物层1的两个表面，也可以以磁控溅射和/或电镀的工艺设置于高分子聚合物层1的两个表面；若铜层较薄时，微孔11不会被遮蔽，且微孔11的内部也会附着部分铜，具体参见图1；若铜层较厚时且微孔11较小，微孔11有可能被全部或部分遮蔽，具体在选择铜层厚度及微孔11的直径时，以微孔11不被遮蔽为优选实施例。
作为优选实施例，所述第一金属层2和所述第二金属层3的厚度相同，所述第一金属层2和所述第二金属层3的厚度均为0.75μm-2μm。具体地，第一金属层2和所述第二金属层3的厚度影响着复合导电材料的整体厚度、密度及导电性能，为使本实施例的复合导电材料能够应用于充电电池的集流体，需要控制复合导电材料的厚度及密度，当所述第一金属层2和所述第二金属层3的厚度均为0.75μm-2μm时，既能保障复合导电材料的导电性能，同时，还能够降低其厚度及密度，有助于提高充电电池的能量密度。
作为优选实施例，所述高分子聚合物层1为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。具体地，高分子聚合物层1的两面在设置第一金属层2和所述第二金属层3时，需要进行连续化生产，需要高分子聚合物层1具有一定的拉伸性能及强度指标。
作为优选实施例，所述高分子聚合物层1厚度为4μm-8μm。具体地，高分子聚合物层1的厚度既要考虑其满足连续化生产的强度指标，还要考虑厚度尽量小，以便满足充电电池的能量密度需求。
本实施例的优势如下：
(1)在高分子聚合物层1设置直径为10～200μm的微孔，当复合导电材料用于充电电池，有助于电池散热，提高电池安全性能。
(2)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在将复合导电材料作为集流体时，会提高集流体的比表面积，进而提高复合导电材料与正极或负极的活性物质的粘结强度。
(3)在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在相同厚度的情况下，还有助于进一步降低复合导电材料的重量，进而降低集流体的重量，也就是降低了锂电池的重量，有助于进一步提高锂电池的能量密度。
(4)复合导电材料在作为集流体使用时，既可以用于充电电池的正极集流体，也可以用于充电电池负极的集流体；避免了铝箔及铝箔复合材料作为负极集流体时出现的易腐蚀、易发生LiAl合金化反应等。
实施例二
实施例二提供了一种集流体，集流体的导电基材采用实施例一所述的复合导电材料，所述复合导电材料的总厚度为5.5μm-12μm。
具体地，复合导电材料的总体厚度，包括了高分子聚合物层1、第一金属层2和第二金属层3的厚度，复合导电材料的总体厚度的总厚度将决定集流体的厚度、密度及重量，选择导电率高、密度小且重量轻的集流体，对制备高能量密度的充电电池，并保证其安全性能，具有重要的意义。
图3是不同厚度的高分子聚合物层1、第一金属层2和第二金属层3组成的复合导电材料；复合导电材料最小厚度为5.5μm，相比现有铜箔集流体的极限厚度4.5μm而言，复合导电材料的密度降低65％，能够提高充电电池的能量密度；复合导电材料最大厚度为12μm，但其两侧的金属层厚度均为2μm，也就是金属层总厚度为4μm，即便采用厚度为12μm的复合导电材料，也比现有极限厚度为4.5μm的铜箔密度降低60％，同样能够提高充电电池的能量密度；需要进一步说明的是，在高分子聚合物层1满足强度的情况下，为了尽量降低复合导电材料的制造成本，且保障其导电性能，第一金属层2和第二金属层3的厚度均为1μm，高分子聚合物层1为6μm时，总厚度为8μm时，为复合导电材料的最佳选择。
另外，在高分子聚合物层1设置直径为10～200μm的微孔，当复合导电材料用于集流体，有助于电池散热，提高电池安全性能；在高分子聚合物层设置直径为10～200μm的微孔，在将复合导电材料作为集流体时，会提高集流体的比表面积，进而提高复合导电材料与正极或负极的活性物质的粘结强度。
本实施例所揭示的集流体与实施例一具有相同部分的技术方案，请参实施例一所述，在此不再赘述。
实施例三
实施例三提供了一种充电电池，充电电池包括实施例二所述的集流体。
具体地，当充电电池采用实施例二所述的集流体时，能够整体提高充电电池的能量密度，且能够保障充电电池的散热能力，安全可靠。
本实施例所揭示的集流体与实施例二具有相同部分的技术方案，请参实施例二所述，在此不再赘述。
实施例四
实施例四提供了一种新能源车辆，新能源车辆包括实施例三所述的充电电池。
具体地，新能源车辆采用了实施例三所述的充电电池，能够在相同重量的充电电池情况下，能够储蓄更多的电能，进而能够提高新能源车辆的续航里程，进一步提高了新能源车辆的推广价值。
Claims (10)
1.复合导电材料，其特征在于，包括高分子聚合物层以及附着于所述高分子聚合物层两面的第一金属复合层、第二金属复合层，所述高分子聚合物层设置微孔，所述微孔的直径为10μm～200μm。
2.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述高分子聚合物层为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。
3.如权利要求1或2所述的复合导电材料，其特征在于，所述高分子聚合物层厚度为4μm-8μm。
4.如权利要求3所述的复合导电材料，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层为相同材质。
5.如权利要求4所述的复合导电材料，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的材质均为铜、镍、铂、铅、金、银中的一种。
6.如权利要求3所述的复合导电材料，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同。
7.如权利要求6所述的复合导电材料，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度均为0.75μm-2μm。
8.集流体，其特征在于，集流体的导电基材采用权利要求1-7任一所述的复合导电材料，所述复合导电材料的总厚度为5.5μm-12μm。
9.充电电池，其特征在于，充电电池包括权利要求8所述的集流体。
10.新能源车辆，其特征在于，新能源车辆包括权利要求9所述的充电电池。
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2022
- 2022-04-28 CN CN202210455976.2A patent/CN114843522A/zh active Pending
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| CN116598044A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-08-15 | 扬州纳力新材料科技有限公司 | 导电材料、导电基材及其复合集流体和应用 |
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