CN115832324A - 集流体、电池极片、二次电池及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种集流体、电池极片、二次电池及用电装置，涉及电池领域。所述集流体包括：交织成网状的第一导电丝和第二导电丝，所述第一导电丝和第二导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材。本申请中，采用网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；将集流体设置为网状，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能，第一导电丝和所述第二导电丝至少其中之一的材质为表面包覆有金属层的柔性基材，可以提高集流体的导电性能，降低成本，有效减轻集流体的重量。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种集流体、电池极片、二次电池及用电装置。
背景技术
众所周知，电池的正负极集流体，既为正负极活性物质载体，又能在充放电过程中导电，是电池的重要组成部分；目前集流体通常采用铜箔或铝箔，直接将活性物质浆料涂布在铜箔或者铝箔表面，然而，这种方法制得的集流体，容易开裂、脱模，且浸润性能较差。
发明内容
本申请的主要目的是提出一种集流体、电池极片、二次电池及用电装置，旨在提供一种不易开裂、脱模，且浸润性能好的集流体。
第一方面，本申请提供了一种集流体，包括：交织成网状的第一导电丝和第二导电丝，所述第一导电丝和第二导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材。
本申请实施例的技术方案中，集流体由交织成网状的第一导电丝和第二导电丝，采用网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；此外，将集流体设置为网状，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能。
此外，第一导电丝和所述第二导电丝至少其中之一的材质为表面包覆有金属层的柔性基材。可以提高集流体的导电性能，降低成本，有效减轻集流体的重量。
在一些实施例中，所述第一导电丝的材质为包覆有金属层的柔性基材，所述第二导电丝的材质包括铂、金、银、铜、铝、镍和铁中的至少一种。所述金属层包括铂层、金层、银层、铜层、铝层、镍层和铁层中的至少一层；上述铂、金、银、铜、铝、镍和铁等金属，具有导电性和柔性强，适应于不同电池的特点，可根据电池的参数要求选用不同的金属或者金属层。
在一些实施例中，所述柔性基材的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、玻纤、棉和麻中的至少一种，上述材料具有质量轻、韧性好、成本低的优点，用于集流体中，可以有效减轻其重量，降低其制造成本。
在一些实施例中，所述柔性基材的直径为500nm～20μm，所述金属层的厚度为10nm～1μm，如此，能够使得集流体的厚度适中，且形成的网孔大小适中，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况。
在一些实施例中，所述横向导电丝和纵向导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材，如此，一方面能够有效起到减重的作用，另一方面，可以大幅降低集流体的制造成本。
第二方面，本申请提供了一种集流体的制备方法，包括以下步骤：
将第一导电丝和第二导电丝交织成网状，得集流体。
将集流体设置成网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；此外，将集流体设置为网状，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能。
在一些实施例中，所述包覆有金属层的柔性基材通过以下方法制得：
采用磁控溅射法、化学镀法或电镀法，在所述柔性基材的外表面制备金属层。
采用上述方法，在所述柔性基材的外表面制备金属层，使得金属层能更加紧密地附着在柔性基材的表面，可以提高集流体的导电性能，降低成本，有效减轻集流体的重量。
第三方面，本申请提供了一种电池极片，包括上述实施例中的集流体。
第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的电池极片。
在一些实施例中，所述二次电池为卷绕电池，所述二次电池的集流体中，第一导电丝沿所述集流体的长度方向延伸，第一导电丝的材质为金属，第二导电丝沿所述集流体的宽度方向延伸，第二导电丝的材质为表面包覆有金属层的柔性基材。如此，在集流体卷绕时，沿集流体的长度方向卷绕，表面包覆有金属层的柔性基材能够有效提高集流体的韧性，使集流体不易断裂，而纵向导电丝的材质为金属，保持集流体高的导电性以及低的延展性，降低集流体宽度方向的延展。
第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池。
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为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获得其他相关的附图。
图1本申请实施例的卷绕电池与普通卷绕电池的对比示意图；
图2为本申请实施例1的包覆有金属层的柔性基材的制备过程示意图；
图3为本申请实施例1的集流体的制备过程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，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。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。
众所周知，电池的正负极集流体，既为正负极活性物质载体，又能在充放电过程中导电，是电池的重要组成部分；目前集流体通常采用铜箔或铝箔，直接将活性物质浆料涂布在铜箔或者铝箔表面，然而，这种方法制得的集流体，容易开裂、脱模，且浸润性能较差。
因此，相关领域的研究者对集流体进行了改进，例如采用在酸性或者碱性溶液中对金属基材超声处理，使得其表面具有不穿透的纳米多孔金属，能有效提高活性物质在基材表面粘结力，减少脱落，且降低基材重量，提升电池质量能量密度；再如采用金属网状片体做为集流体，使得集流体两侧的活性物质形成一个整体，提高电池的浸润性能及倍率性能；但上述两种方法存在明显的缺点：集流体脆性高、韧性低，致使在生产过程中极片易发生破裂、断边、产生毛刺等不良现象，造成材料浪费，产品一致性差甚至安全问题。
还有研究者采用在柔性基材表面镀一层金属材料，使电池具有良好的柔性，可改善二次电池安全性能，但其表面粘度低，浸润性差等问题没有得到解决。
发明人注意到，如何使集流体同时具有良好的柔性和浸润性能，而不易开裂、脱模，同时导电性能较好，是关键的技术点，也即使集流体同时具有金属和柔性基材的两种特点，而将两种材料如何糅合在一起，是本申请的关键技术点。
基于上述分析，发明人在经过大量反复试验后发现，将导电丝交织成网状，形成集流体，可以同时满足柔性、浸润性能以及导电性的要求，而进一步地，发明人经过创造性地分析，和大量的理论研究，进一步地对导电丝进行改进，将导电丝制作成表面包覆有金属层的柔性基材，如此，一方面能够减轻导电丝及集流体的重量，另一方面，柔性基材的成本较低，可以大幅降低导电丝和集流体的成本。
具体地，本申请提出的集流体，第一导电丝和第二导电丝，所述第一导电丝和第二导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材。与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请实施例的技术方案中，集流体由交织成网状的第一导电丝和第二导电丝，采用网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；此外，将集流体设置为网状，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能。
此外，所述第一导电丝和第二导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材。采用柔性基材，使得极片具有更强的塑性，避免加工过程中的断带以及极片开裂；柔性基材密度小，成本低，可以有效提升电池能量密度。
可以理解地，本申请提出的集流体，有四种：(1)第一导电丝材质和第二导电丝的材质均为表面包覆有金属层的柔性基材；(2)第一导电丝材质为金属，第二导电丝的材质为包覆有金属层的柔性基材；(3)第一导电丝的材质为表面包覆有金属层的柔性基材，第二导电丝的材质为金属，上述三种集流体，均在本申请的保护范围内。所述第一导电丝和纵向导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材，如此，一方面能够有效起到减重的作用，另一方面，可以大幅降低集流体的制造成本。
需要说明的是，本申请对于第一导电丝和第二导电丝的延伸方向不做限制，可以分别是沿集流体长度方向延伸(纵向)和沿集流体宽度方向延伸(横向)，也可以是两个方向都倾斜，在本申请实施例中，第一方向是横向，横向是指TD方向，即垂直于机械方向，第二方向是纵向，纵向是指MD方向，即网状丝织物的机械拉伸方向。
此外，在一些实施例中，所述第一导电丝和所述第二导电丝的直径相同或相近设置，如此，使得集流体的网孔和表面的粗糙度更加均匀，提高了集流体的稳定性。
在一些实施例中，所述第一导电丝的材质为包覆有金属层的柔性基材，所述第二导电丝的材质包括铂、金、银、铜、铝、镍和铁中的至少一种。所述金属层包括铂层、金层、银层、铜层、铝层、镍层和铁层中的至少一层；上述铂、金、银、铜、铝、镍和铁等金属，具有导电性和柔性强，适应于不同电池的特点，可根据电池的参数要求选用不同的金属或者金属层。
可以理解的是，金属和表面包覆有金属层的柔性基材中，两者的金属可以相同，也可以不同，本申请对此不作限制；此外，金属层也可以是铂、金、银、铜、铝、镍和铁的合金制成的合金层，当金属层有多层时，本申请对于上述多层的层叠顺序也不做限制，只要是包括上述铂层、金层、银层、铜层、铝层、镍层和铁层的实施例，均在本申请的保护范围内。
在一些实施例中，所述柔性基材的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、玻纤、棉和麻中的至少一种，上述材料具有质量轻、韧性好、成本低的优点，用于集流体中，可以有效减轻其重量，降低其制造成本。
聚乙烯(PE)是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种，可见其制备工艺比较成熟，容易得到，低密度聚乙烯的柔软性、伸长率、冲击强度和渗透性较好，无毒、无味、无臭，表面无光泽。密度为0.916～0.930g/cm3，性质较柔软，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性(可耐-70℃7；聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，是平常常见的高分子材料之一；聚酰亚胺(Polyimide，简写为PI7指主链上含有酰亚胺环(-CO-NR-CO-7的一类聚合物，是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃；玻纤即玻璃纤维(Fiberglass7，是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，弹性系数高，刚性佳；棉即棉纤维，棉纤维是天然棉花组织，具有较好的吸湿性和柔韧性；麻是一种植物纤维，这种纤维来自各类粗纤维植物，具有天然的纺锤形结构和独特的果胶质斜边孔，由此产生的优良的吸湿性和柔韧性。
在一些实施例中，所述柔性基材的直径为500nm～20μm，其中1μm＝1000nm，当柔性基材的横截面为圆形时，直径即横截面圆的直径，例如柔性基材的直径可以是500nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等等，所述金属层的厚度为10nm～1μm，例如可以是10nm，20nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm等等，如此，能够使得集流体的厚度适中，且形成的网孔大小适中，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况。
可以理解地，上述柔性基材的直径和金属层的厚度范围，可以只满足其中一个，也可以同时满足，而在本申请实施例中，上述两个范围同时满足，使得到的集流体表面粗糙度较好，活性物质能够高效地粘附在其上。
第二方面，本申请提供了一种集流体的制备方法，包括以下步骤：
将第一导电丝和第二导电丝交织成网状，得集流体。
交织时可以采用纺织的方式，将集流体纺织成网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；此外，将集流体设置为网状，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能。
在一些实施例中，所述包覆有金属层的柔性基材通过以下方法制得：
采用磁控溅射法、化学镀法或电镀法，在所述柔性基材的外表面制备金属层。
磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气，在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁)之间施加几百K的直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离，磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点；化学镀(Chemicalplating)也称无电解镀(Electroless plating)或者自催化镀(Autocatalytic plating)，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法，化学镀使用范围很广，镀金层均匀、装饰性好；电镀法是在电镀槽中，被镀钻头为阴极，在电场力作用下，电解液中的金属离子游向阴极，在钻头被镀部位还原沉积为金属的中性原子，形成镀层，并将被镀材料牢固包镶，最终形成符合钻头尺寸要求的镀层。
采用上述方法中的任意一种，在所述柔性基材的外表面制备金属层，使得金属层能更加紧密地附着在柔性基材的表面，可以提高集流体的导电性能，降低成本，有效减轻集流体的重量。
本申请提出的集流体的制备方法，方法简单，便于操作，且具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。
第三方面，本申请提供了一种电池极片，包括上述实施例中的集流体。
作为示例，电池极片包括如上实施例中的集流体以及设置在集流体至少一个表面的活性物质。
电池极片具体制备时，将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到电池极片。
本申请提出的电池极片，具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。
第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的电池极片。
二次电池可以为电池单体，电池单体包括如上述实施例所述的电池极片(正极极片、负极极片)、电解液和隔离膜。二次电池单体主要依靠锂离子在正极极片和负极极片之间的移动来工作。柱形电池单体中三层材料的薄膜结构被卷绕成柱形形状的电极组件，而在长方体电池单体中薄膜结构被卷绕或者叠置成具有大致长方体形状的电极组件。
在通常的电池单体结构中，电池单体包括外壳、电极组件和电解液。电极组件被容纳在电池单体的外壳中，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。外壳包括外壳和端盖。外壳包括由多个壁形成的容纳腔以及开口。端盖布置在开口处以封闭容纳腔。除了电极组件之外，容纳腔中还容纳有电解液。电极组件中的正极极片和负极极片包括极耳。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。极耳通过连接构件与位于电池单体外部的电极端子电连接，电极端子一般包括正电极端子和负电极端子。对长方体电池单体而言，电极端子一般设置在端盖部分。多个电池单体经由电极端子而被串联和/或并联在一起以应用于各种应用场合。
在一些实施例中，所述二次电池为卷绕电池，所述二次电池的集流体中，第一导电丝为横向导电丝，横向导电丝的材质为表面包覆有金属层的柔性基材，第二导电丝为纵向导电丝，纵向导电丝的材质为金属。如此，在集流体卷绕时，沿纵向卷绕，表面包覆有金属层的柔性基材能够有效提高集流体的韧性，使集流体不易断裂，而纵向导电丝的材质为金属，保持集流体高的导电性以及低的延展性，降低集流体宽度方向的延展。
请参阅图1，普通集流体铜箔和铝箔制得的二次电池，由于铜箔和铝箔的阻挡作用，电解液只能从卷轴两端进入，而本申请将第一导电丝和第二导电丝纺织成网状，形成导电金属网集流体，电解液不仅可从两端进入，也可从金属网的网孔中进入，实现四个方向的浸润，浸润效率更高，使得电解液更容易透过集流体，提高了其浸润性能以及电池倍率性能。
以卷绕方式组合成形的电芯所组成的电池，称为卷绕电池。卷绕电池也称为电芯，电池业内人士称为卷芯。相对于平板电池而言，卷绕式电池采用只有1mm左右的极板高压卷绕而成,通过特殊的工艺手段使得电池具有了许多特点超强的高倍率放电能力，最大放电倍率为18C～30C；卓越的高低温性能，可在-55℃～150℃下工作；平稳的高输出电压，更高的能量密度；结构坚固，具有优异的抗震性能；无游离电解液(如采用胶体酸7，可任意方向放置工作；可以进行快速充电，40分钟内可充入95％以上的电量(1C充电7；超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上；极高的耐小电流深放电能力。
本申请的上述卷绕电池的制作方法如下：
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、玻纤、棉、麻中的至少一种，直径500nm～20μm；采用磁控溅射法、化学镀法或电镀法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，其中，金属层包括铂层、金层、银层、铜层、铝层、镍层和铁层中的至少一层，金属层厚度为10nm～1μm，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的机械拉伸方向(MD方向)，取纯金属丝做为垂直于机械方向(TD方向)，其中，金属丝的材质包括铂、金、银、铜、铝、镍和铁中的至少一种，直径500nm～20μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。其中，MD方向采用的是复合导电丝材质，柔性好，整形过程中不易折断，解决卷绕结构电芯拐角易开裂问题。TD方向采用的是导电性良好的纯金属，导电性好，过流能力强，使电芯在充放电过程中电流均匀分布。
本申请提出的二次电池，具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。
二次电池可以为电池模块，电池模块是为了从外部冲击、热、振动等中保护电池单体，将一定数目的电池单体电连接在一起并放入一个框架中而形成的。常用的电池模块一般包括两块端板，两块端板之间排布有多个电池单体(二次电池)。设置有电池模块输出极的端板又称输出极端板，未设置电池模块输出极的端板又称非输出极端板。
二次电池还可以为电池包，在一些电池生产加工技术中，将多个电池单体先整合为电池模块，然后将电池模块封装于电池的箱体中，形成电池包。电池包内可封装一排多个电池模块，也可封装多排多个电池模块，多排多个电池模块的排列方式可以是双排多列、多排双列、多排多列等。以封装双排多列电池模块的电池包为例，每一列第一个端板一般为头部输出极端板，两排电池模块间相邻的两块端板为中部非输出极端板，每一列最后一个端板为尾部非输出极端板，头部输出极端板和其中一个中部非输出极端板属于第一排电池模块，其中一个中部非输出极端板和尾部输出极端板属于第二排电池模块。
第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池。
本申请提出的用电装置包括但不限于：手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动车辆、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等，电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动车辆玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨。
本申请提出的用电装置，具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1至8及对比例1至2集流体组成如下表1：
表1实施例1至8及对比例1至2集流体组成
实施例1
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
请参阅图2，取柔性基材，采用磁控溅射法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材(即图中的复合导电丝)。
【集流体的制备】
请参阅图3，取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的机械拉伸方向(MD方向)，取金属丝做为垂直于机械方向(TD方向)，其中，金属丝的直径20μm；用纺织的方法纺织成集流体(即导电金属网)。
从导电金属网的XRD图可以看出，导电金属网网格均匀。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例2
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用化学镀法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的机械拉伸方向(MD方向)，取金属丝做为垂直于机械方向(TD方向)，其中，金属丝的直径20μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例3
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用电镀法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的机械拉伸方向(MD方向)，取金属丝做为垂直于机械方向(TD方向)，其中，金属丝的直径8μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例4
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用电镀法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的机械拉伸方向(MD方向)，取金属丝做为垂直于机械方向(TD方向)，其中，金属丝的直径13μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到电池极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例5
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用磁控溅射法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的垂直于机械方向(TD方向)，取金属丝做为机械拉伸方向(MD方向)，其中，金属丝的直径10μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例6
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用磁控溅射法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的垂直于机械方向(TD方向)，取金属丝做为机械拉伸方向(MD方向)，其中，金属丝的直径15μm；用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例7
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用磁控溅射法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的垂直于机械方向(TD方向)，取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为机械拉伸方向(MD方向)，用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
实施例8
【包覆有金属层的柔性基材的制备】
取柔性基材，采用磁控溅射法，在柔性丝织物基材上镀导电金属层，得包覆有金属层的柔性基材。
【集流体的制备】
取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为网状丝织物的垂直于机械方向(TD方向)，取上述制备的包覆有金属层的柔性基材做为机械拉伸方向(MD方向)，用纺织的方法纺织成集流体。
【极片的制备】
将活性物质制作成浆料，均匀涂敷在上述集流体的两面，之后经过烘干、冷压、分切得到卷绕电芯极片。
【卷绕电池的制备】
将上述正负极极片与隔离膜通过卷绕机生产成卷绕结构的干电芯，再冷压整形。
对比例1
制备方法同实施例1，其铜的直径为21μm。
对比例2
制备方法同实施例1，其铝的直径为21μm。
以市售某铜箔集流体为对比例3，铝箔集流体为对比例4，按照实施例1的极片的制备方法制成极片及电池，实施例1至8的负极活性物质为石墨，将实施例1至8及对比例1至4所得到的正极极片和负极极片测试电阻率、粘结力、脆断性能，并测定对应电池的浸润性能和倍率性能，得表2。
其中，电阻率测试采用电阻率测试仪检测，粘结力测定方法为，将制得的正极极片固定在试验台上，用不同粘结力的粘胶粘极片，测定活性物质和集流体分离时的力；脆断性能测定方法为，将正极极片沿中间折叠后展开，重复上述操作并计次，当极片出现裂纹时的次数；浸润性能的测定方法为，将电池进行浸润，每隔1h观察电解液是否进入集流体，并记录电解液完全进入集流体的时间；倍率性能的测定方法为，在充放电机上分别测定电池0.5C和4C时的保持率，以0.5C为100％，折算4C的保持率，即为倍率性能。
表2集流体和电池的性能测试
由表2可以看出，本申请工艺制备的二次电池正极和负极极片的电导率和现有的铜箔、铝箔相比无明显恶化，倍率性能、粘结力、脆断性能和浸润性能明显提高。
相比于对比例1和2，本申请实施例1至10的正极极片柔性基材的直径(直径)在500nm～20μm范围内，而对比例1和2不在范围内，则其倍率性能、粘结力、脆断性能和浸润性能明显低于实施例，可见柔性基材的直径至关重要。
此外，本申请实施例1至8制得的电池，其倍率性能、粘结力、脆断性能和浸润性能明显高于常规的铜箔和铝箔制得的电池，说明采用网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；电解液可透过集流体，提高浸润性能以及电池倍率性能；采用柔性基材，使得极片具有更强的塑性，避免加工过程中的断带以及极片开裂；柔性基材密度小，成本低，可以有效提升电池能量密度。
综上所述，本申请采用网状结构，相比于传统的铜箔或铝箔，可以有效增加集流体片表面的粗造度，提高活性物质在基片上的黏附性能，避免开裂、脱膜等情况；电解液可透过集流体，提高浸润性能以及电池倍率性能；采用柔性基材，使得极片具有更强的塑性，避免加工过程中的断带以及极片开裂；柔性基材密度小，成本低，可以有效提升电池能量密度。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种集流体，其特征在于，包括：交织成网状的第一导电丝和第二导电丝，所述第一导电丝和第二导电丝至少其中之一的材质为包覆有金属层的柔性基材。
2.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一导电丝的材质为包覆有金属层的柔性基材，所述第二导电丝的材质包括铂、金、银、铜、铝、镍和铁中的至少一种。
3.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层的材质包括铂、金、银、铜、铝、镍和铁中的至少一种。
4.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述柔性基材的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、玻纤、棉和麻中的至少一种。
5.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述柔性基材的直径为500nm～20μm。
6.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层的厚度为10nm～1μm。
7.一种如权利要求1至6任意一项所述的集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第一导电丝和第二导电丝交织成网状，得集流体。
8.如权利要求7所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述包覆有金属层的柔性基材通过以下方法制得：
采用磁控溅射法、化学镀法或电镀法，在所述柔性基材的外表面制备金属层。
9.一种电池极片，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的集流体。
10.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池极片。
11.如权利要求10所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池为卷绕电池，所述二次电池的集流体中，第一导电丝沿所述集流体的长度方向延伸，第一导电丝的材质为金属，第二导电丝沿所述集流体的宽度方向延伸，第二导电丝的材质为表面包覆有金属层的柔性基材。
12.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求10或11所述的二次电池。
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- 2022-11-14 CN CN202211429528.1A patent/CN115832324A/zh active Pending
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