CN116247222A - 集流体、极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种集流体、极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备，集流体包括支撑层和导电层，沿集流体的厚度方向，支撑层的至少一侧设置有导电层，支撑层的延伸率大于导电层的延伸率，沿集流体的厚度方向，支撑层的厚度大于集流体的导电层的总厚度。支撑层的延伸率大于导电层的延伸率，集流体的支撑层的厚度大于集流体的导电层的总厚度，在集流体的厚度一定的情况下，支撑层的厚度占比大于导电层的厚度占比，使得绝缘层具有较好的延展性，从而使得集流体能够承受较大的膨胀力而不发生断裂，以使该集流体能够满足高能量密度电池单体膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体的可靠性。

Description

集流体、极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种集流体、极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备。

背景技术

电池广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具、电动工具、无人机、储能设备等领域。随着应用领域的扩大，电池的可靠性成为用户重点关注的问题之一。

发明内容

本申请实施例提供一种集流体、极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备，以提高电池单体的可靠性。

第一方面，本申请实施例提供一种集流体，包括支撑层和导电层。沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的至少一侧设置有所述导电层。其中，所述支撑层的延伸率大于所述导电层的延伸率，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度大于所述集流体的所述导电层的总厚度。

上述技术方案中，支撑层的延伸率大于导电层的延伸率，集流体的支撑层的厚度大于集流体的导电层的总厚度，在集流体的厚度一定的情况下，支撑层的厚度占比大于导电层的厚度占比，使得绝缘层具有较好的延展性，从而使得集流体能够承受较大的膨胀力而不发生断裂，以使该集流体能够满足高能量密度电池单体膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体的可靠性。

在本申请第一方面的一些实施例中，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度为H₁，所述集流体的所述导电层的总厚度为H₂，满足：H₁/H₂≤50。

上述技术方案中，支撑层的厚度H₁越大，集流体的强度越好，集流体的延伸率越好，导电层的总厚度H₂越大，过流能力越好，在集流体的厚度一定的情况下，若是H₁/H₂＞50，则支撑层的厚度占集流体的厚度的比重较大，则导电层的总厚度占集流体的厚度的比重较小，可能导致导电层的过流能力较小，因此，H₁/H₂≤50既能使得集流体具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体膨胀需求，还能使得导电层具有较好的过流能力，以使满足高倍率电池单体的充放电需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，2≤H₁/H₂≤20。

上述技术方案中，若1＜H₁/H₂＜2，支撑层的厚度超过导电层的总厚度较小，采用该集流体制造形成的电池单体，难以同时满足高能量密度和高倍率的需求，若20＜H₁/H₂＜50，支撑层的厚度超过导电层的总厚度较大，在集流体厚度一定的情况下，可能导致导电层的总厚度较小，从而导致导电层的过流能力较低，因此，2≤H₁/H₂≤20使得集流体具有较好的强度和延伸率，且该集流体的导电层具有较好的过流能力，采用该集流体制造形成的电池单体能够同时满足高能量密度和高倍率需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度为H₁，满足：1μm≤H₁≤20μm。

上述技术方案中，若1μm＞H₁，则支撑层的强度和延伸率均较小，从而集流体的强度和延伸率均较小，H₁＞20μm，则支撑层的厚度较大，导致集流体的厚度较大，占用空间较大，可能降低采用该集流体制造形成的电池单体的能量密度，因此，1μm≤H₁≤20μm，使得集流体具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体膨胀需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，3μm≤H₁≤14μm。

上述技术方案中，3μm≤H₁≤14μm，支撑层的强度和延伸率均较好，使得集流体具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体膨胀需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述集流体的所述导电层的总厚度为H₂，满足：0.1μm≤H₂≤10μm。

上述技术方案中，若0.1μm＞H₂，则导电层的过流能力较弱，H₁＞10μm，则导电层的厚度较大，占用空间较大，可能降低采用该集流体制造形成的电池单体的能量密度，因此，0.1μm≤H₁≤10μm，使得集流体的导电层具有较好的导电能力，以满足电池单体的高倍率需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，0.5μm≤H₂≤5μm。

上述技术方案中，0.5μm≤H₁≤5μm，使得集流体的导电层具有更优的导电能力，以满足电池单体的高倍率需求。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述导电层面向所述支撑层的表面设有凸部，所述凸部插设于所述支撑层内。

上述技术方案中，设置于导电层面向支撑层的表面的凸部插设于支撑层内，能够增大导电层和支撑层的连接面积，有利于提高导电层和支撑层之间的连接稳定性。设置于导电层面向支撑层的表面的凸部插设于支撑层内，可以增强导电层和支撑层之间的连接力，在集流体膨胀过程只，该连接力能够多导电层和支撑层的膨胀起到束缚作用，有利于缓解集流体的膨胀和提高集流体的延伸率，以使该集流体能够满足高能量密度电池单体膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体的可靠性。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述支撑层为绝缘层。

上述技术方案中，支撑层为绝缘层，能够减轻集流体的重量，从而能够减轻采用该集流体制造成型的电池单体的重量。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述绝缘层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。

上述技术方案中，聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯具有较好的绝缘性能、耐热性能，采用该集流体制造成型的电池单体的可靠性较好。聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量较轻，有利于减轻集流体的重量，从而有利于减轻采用该集流体制造成型的电池单体的重量。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述导电层的材质为铜或铝。

上述技术方案中，铜或铝的导电性能较好，有利于提高采用该集流体制造成型的电池单体的可靠性。

在本申请第一方面的一些实施例中，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的两侧均设置有所述导电层。

上述技术方案中，支撑层的两侧均设置有导电层，则沿集流体的厚度方向，集流体的两侧均可以设置活性物质层，有利于提高具备该集流体的电池单体的能量密度。

第二方面，本申请实施例提供了一种极片，包括活性物质层和第一方面任一实施例提供的集流体，沿所述集流体的厚度方向，所述导电层背离所述支撑层的一侧设置有所述活性物质层。

上述技术方案中，第一方面任一实施例提供的集流体的绝缘层具有较好的延展性，从而使得第一方面任一实施例提供的集流体能够承受较大的膨胀力，进而使得具备该集流体的极片能够承受较大的膨胀力，以使极片能够满足高能量密度电池单体膨胀需求，能够提高采用该极片制造成型的高能量密度的电池单体的可靠性。

第三方面，本申请实施例还提供一种电极组件，包括根据第二方面实施例提供的极片。

第二方面任一实施例提供的极片因其集流体的延伸率较大，因此，极片能够承受较大的膨胀力，具备该极片的电极组件也能够承受较大的膨胀力，以满足高能量密度的电池单体的膨胀需求。

在本申请第三方面的一些实施例中，所述电极组件包括两个第二方面任一实施例提供的极片，两个所述极片极性相反。

在本申请第三方面的一些实施例中，所述电极组件为卷绕式电极组件。

上述技术方案中，在电池单体循环过程中，卷绕式电极组件承受的膨胀力较大，电极组件的极片采用第一方面实施例提供的集流体制成，能够承受较大的膨胀力，能够满足卷绕式电极组件的膨胀需求。

第四方面，本申请实施例还提供了一种电池单体，电池单体包括第三方面任一实施例提供的电极组件。

上述技术方案中，第三方面任一实施例提供的电极组件至少一个极片能够承受较大的膨胀力，因此，具备该电极组件的电池单体因极片断裂而导致短路的风险较低，有利于提高电池单体的可靠性。

在本申请第四方面的一些实施例中，所述电池单体为圆柱结构。

上述技术方案中，圆柱结构的电池单体的电极组件的极片能够承受较大的膨胀力，使得圆柱结构的电池单体因极片断裂而导致短路的风险较低，有利于提高圆柱结构的电池单体的可靠性。

第五方面，本申请实施例还提供了一种电池，包括第四方面任一实施例提供的电池单体。

上述技术方案中，第四方面任一实施例提供的电池单体可靠性较好，包括该电池单体的电池也具有较好的可靠性。

第六方面，本申请实施例还提供了一种用电设备，包括第五方面实施例提供的电池。

上述技术方案中，第五方面实施例提供的电池的可靠性，通过该电池提供电能的用电设备的用电可靠性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图；

图3为本申请一些实施例提供的电池单体的分解图；

图4为本申请一些实施例提供的极片的结构示意图；

图5为本申请一些实施例提供的集流体的结构示意图；

图6为支撑层拉伸断裂前后的对比图；

图7为导电层拉伸断裂前后的对比图；

图8为本申请再一些实施例提供的集流体的结构示意图；

图9为本申请另一些实施例提供的集流体的结构示意图；

图10为本申请又一些实施例提供的极片的结构示意图；

图11为本申请又一些实施例提供的集流体的结构示意图；

图12为本申请又再一些实施例提供的集流体的结构示意图。

图标：1000-车辆；100-电池；10-箱体；11-第一部分；12-第二部分；20-电池单体；21-外壳；211-端盖；212-壳体；213-电极端子；22-电极组件；221-极片；2211-活性物质层；2212-集流体；22121-支撑层；221211-第一子部分；221212-第二子部分；22122-导电层；221221-第三子部分；221222-第四子部分；22123-凸部；22124-凹陷部；200-控制器；300-马达；X-集流体的厚度方向；Y-集流体的长度方向；Z-集流体的宽度方向。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。

电池单体包括外壳和电极组件，电极组件容纳于外壳内。电极组件由隔离膜和极性相反的两个极片组成。两个极性相反的极片分别是正极片和负极片。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。极片包括集流体和活性物质层，活性物质层涂覆于集流体的表面。

随着电池单体能量密度不断提升，在电池单体循环过程中，电池单体的体积膨胀率不断增大，电池单体的外壳内部空间较为有限，即群裕度大，正极片和负极片之间间隙较小，电池单体充电过程极片膨胀空间有限，高能量密度电池单体充电后极片承受较大的膨胀应力，极片易发生破损断裂，断裂的极片刺穿隔离膜搭接相邻极片，极易发生短路引发电池单体热失控失效，即因极片不能承受较大的膨胀力而断裂，导致电池单体的可靠性较低。

基于上述考虑，为了缓解因极片不能承受较大的膨胀力而断裂，导致电池单体的可靠性较低的问题，本申请实施例提供了一种集流体，集流体包括支撑层和导电层，沿集流体的厚度方向，支撑层的至少一侧设置有导电层，沿集流体的厚度方向，支撑层的延伸率大于导电层的延伸率，支撑层的厚度大于集流体的导电层的总厚度。

支撑层的延伸率大于导电层的延伸率，集流体的支撑层的厚度大于集流体的导电层的总厚度，在集流体的厚度一定的情况下，支撑层的厚度占比大于导电层的总厚度占比，使得绝缘层具有较好的延展性，从而使得集流体能够承受较大的膨胀力而不发生断裂，以使该集流体能够满足高能量密度电池单体膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体的可靠性。

本申请实施例公开的集流体可以用于制造极片、电池单体。具备本申请实施例提供的极片的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电设备中。可以使用于具备由本申请公开的极片制造成型的电池单体、电池等组成该用电设备的电源系统，这样，有利于缓解因极片不能承受较大的膨胀力而断裂的问题，提高电池的可靠性。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电设备，用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池100的爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。

其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池100的最小单元。如图3，电池单体20包括有外壳21、电极组件22以及其他的功能性部件。电极组件22容纳于外壳21内。

外壳21包括端盖211和壳体212。端盖211是指盖合于壳体212的开口处以将电池单体20的内部环境与外部环境分隔的部件。不限地，端盖211的形状可以与壳体212的形状相适应以配合壳体212。可选地，端盖211可以由具有一定硬度和强度的材质（如铝合金）制成，这样，端盖211在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，可靠性能也可以有所提高。端盖211上可以设置有如电极端子213等的功能性部件。电极端子213可以用于与电极组件22电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖211上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖211的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖211的内侧还可以设置有绝缘部件，绝缘部件可以用于隔离壳体212内的电连接部件与端盖211，以降低短路的风险。示例性的，绝缘部件可以是塑料、橡胶等。

壳体212是用于配合端盖211以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件22、电解液以及其他部件。壳体212和端盖211可以是独立的部件，可以于壳体212上设置开口，通过在开口处使端盖211盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖211和壳体212一体化，具体地，端盖211和壳体212可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体212的内部时，再使端盖211盖合壳体212。壳体212可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体212的形状可以根据电极组件22的具体形状和尺寸大小来确定。壳体212的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电极组件22是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体212内可以包含一个或更多个电极组件22。电极组件22主要由极性相反的两个极片221卷绕或者层叠放置形成，并且通常在极性相反的两个极片221之间设有隔离膜。隔离膜的材质可以为PP（polypropylene，聚丙烯）或PE（polyethylene，聚乙烯）等。

两个极性相反的极片221具有活性物质的部分构成电极组件22的主体部，两个极性相反的极片221不具有活性物质的部分各自构成极耳，即两个极性相反的极片221不具有活性物质的部分分别形成正极耳和负极耳。正极耳和负极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池100的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子213以形成电流回路。

如图4所示，在一些实施例中，极片221包括活性物质层2211和集流体2212，沿集流体的厚度方向X，集流体2212的至少一侧设置有活性物质层2211。

沿集流体的厚度方向X，集流体2212可以仅一侧设置有活性物质层2211，也可以是两侧均设置有活性物质层2211。

根据极片221的极性不同，活性物质层2211的材质有所不同，比如极片221为正极片的情况下，活性物质层2211可以是钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。如是极片221为负极片，活性物质层2211可以是碳或硅等。

如图4、图5所示，在一些实施例中，集流体2212包括支撑层22121和导电层22122，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的至少一侧设置有导电层22122，其中，支撑层22121的延伸率大于导电层22122的延伸率，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度。

沿集流体的厚度方向X，支撑层22121可以仅一层设置有导电层22122，也可以两侧均设置有导电层22122。

导电层22122可以粘接于支撑层22121位于集流体的厚度方向X上的表面，也可以是以其他连接方式设置于支撑层22121沿集流体的厚度方向X的一侧，如熔接等。根据极片221的极性不同，导电层22122的选材可以不同，如极片221为正极片，导电层22122的材质可以是铝，如极片221为负极片，导电层22122的材质可以是铜。

如图6所示，沿集流体的长度方向Y，支撑层22121拉伸断裂之前的原始长度为L₀，支撑层22121在一定拉力作用下拉伸断裂后的总长度为L^'0，支撑层22121拉伸前后的长度差△L= L^'0-L₀，则支撑层22121的断裂延伸率为δ₁=（L^' ₀-L₀）/L₀*100%。需要说明的是，支撑层22121拉伸后沿集流体的长度方向Y断裂为第一子部分221211和第二子部分221212，沿集流体的长度方向Y，第一子部分221211的长度为L'₀₁，第二子部分221212的长度为L'₀₂，L^' ₀=L'₀₁+ L'₀₂。

如图7所示，沿集流体的长度方向Y，导电层22122拉伸断裂之前的原始长度为H₀，导电层22122在一定拉力作用下拉伸断裂后的总长度为H^' ₀，导电层22122拉伸前后的长度差△H=H^' ₀-H₀，则导电层22122的断裂延伸率为δ₂=（H^' ₀-H₀）/H₀*100%。满足：δ₁＞δ₂。需要说明的是，导电层22122拉伸后沿集流体的长度方向Y断裂为第三子部分221221和第四子部分221222，沿集流体的长度方向Y，第三子部分221221的长度为H'₀₁，第四子部分221222的长度为H'₀₂，H^' ₀= H'₀₁+ H'₀₂。

当然，若是沿集流体的宽度方向Z，支撑层22121和导电层22122的尺寸足够，也可以沿集流体的宽度方向Z对支撑层22121和导电层22122分别做拉伸测试。集流体的厚度方向X、集流体的长度方向Y和集流体的宽度方向Z两两垂直。

支撑层22121的厚度是支撑层22121沿集流体的厚度方向X的尺寸。支撑层22121可以是等厚结构，也可以是非等厚结构。

导电层22122的厚度是指导电层22122沿集流体的厚度方向X的尺寸。导电层22122可以是等厚结构，也可以是非等厚结构。

在沿集流体的厚度方向X，支撑层22121仅一侧设置有导电层22122的实施例中，集流体2212的导电层22122的总厚为该导电层22122的厚度。如图5所示，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的一侧设置有等厚的导电层22122，导电层22122的厚度为H₂₁，该集流体2212的导电层22122总厚度H₂与H₂₁相同。

在沿集流体的厚度方向X，支撑层22121两侧均设置有导电层22122的实施例中，集流体2212的导电层22122的总厚为该导电层22122的厚度为设置于支撑层22121的两侧的导电层22122的厚度之和。如图11、图12所示，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的两侧均有等厚的导电层22122，一个导电层22122的厚度为H₂₁，另一个导电层的厚度为H₂₂，该集流体2212的导电层22122总厚度H₂=H₂₁+H₂₂，其中，H₂₁和H₂₂可以相同，也可以不同。

需要说明的是，支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的比较应该在集流体的宽度方向Z的同一位置进行，在集流体的宽度方向Z的同一位置，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度。如图5所示，A1和B1分别是沿集流体的宽度方向Z的不同的两个位置，示例性地，在比较支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的大小时，应比较A1位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层的总厚度的大小或者比较B1位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层的总厚度的大小。

在支撑层22121为等厚结构，且每个导电层22122为等厚结构的实施例中，在集流体的宽度方向Z的任意位置，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，且支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值相同。示例性地，如图5所示，在A1位置H₂-H₁的差值与在B1位置的H₂-H₁的差值相同。

在支撑层22121为非等厚结构，每个导电层22122为非等厚结构的实施例中，在集流体的宽度方向Z的不同位置，支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值可以相同也可以不同。如图8所示，沿集流体的厚度方向X ，支撑层22121的一侧设置有非等厚的导电层22122，在沿集流体的宽度方向Z的A2位置H₂-H₁的差值与在B2位置的H₂-H₁的差值不同。如图8所示，A2和B2分别是沿集流体的宽度方向Z的不同的两个位置，示例性地，在比较支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层的总厚度的大小，应比较A2位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的大小或者比较B2位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的大小，而不是比较A1位置的支撑层22121厚度和B2位置的导电层22122的总厚度的大小。

支撑层22121的延伸率大于导电层22122的延伸率，集流体2212的支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，在集流体2212的厚度一定的情况下，支撑层22121的厚度占比大于导电层22122的厚度占比，使得绝缘层具有较好的延展性，从而使得集流体2212能够承受较大的膨胀力而不发生断裂，以使该集流体2212能够满足高能量密度电池单体20膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体20的可靠性。

如图4、图5所示，在一些实施例中，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的厚度为H₁，集流体2212的导电层22122的总厚度为H₂，满足：H₁/H₂≤50。

由于支撑层22121的厚度大于导电层22122的总厚度，即H₁＞H₂，则H₁/H₂＞1。

示例性地，H₁/H₂可以为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50等。

以支撑层22121的材质为PET，导电层22122的材质为铝，支撑层22121的两侧均设有导电层22122，且支撑层22121两侧的导电层22122的厚度相同，H₁+H₂为8μm的集流体2212为例，对不同H₁/H₂的集流体2212进行拉伸测试，获得如下表1数据：

表1：

如表1所示，H₁/H₂为0.5时，集流体2212的延伸率分别为2.3%，延伸率较低，难以满足高能量密度的电池单体20的膨胀需求。在H₁/H₂为2、3、4、5、6、8、10、20、30、50、70时，集流体2212的延伸率较高，但是在H₁/H₂为70时，导电层22122的厚度仅0.055μm左右，导电层22122的过流能力很小。

因此，支撑层22121的厚度H₁越大，集流体2212的强度越好，集流体2212的延伸率越好，导电层22122的总厚度H₂越大，过流能力越好，在集流体2212的厚度一定的情况下，若是H₁/H₂＞50，则支撑层22121的厚度占集流体2212的厚度的比重较大，则导电层22122的总厚度占集流体2212的厚度的比重较小，可能导致导电层22122的过流能力较小，因此，H₁/H₂≤50既能使得集流体2212具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体20膨胀需求，还能使得导电层22122具有较好的过流能力，以使满足高倍率电池单体20的充放电需求。

在一些实施例中，2≤H₁/H₂≤20。

比如，H₁/H₂可以为2、4、6、8、12、14、16、18、19、20等。

请继续参照表1，在1＜H₁/H₂＜2时，集流体2212的延伸率位于9.5%~30.5%之间，延伸率相对H₁/H₂≤1时的延伸率更高，但是难以满足市面对电池单体更高能量密度的需求，在H₁/H₂为30、50、70时，相对H₁/H₂为5、6、8、10、20时延伸率提升并不明显，还使得支撑层22121的厚度太大，导电层22122的厚度较小，影响过流能力。

因此，若1＜H₁/H₂＜2，支撑层22121的厚度超过导电层22122的总厚度较小，采用该集流体2212制造形成的电池单体20，难以同时满足高能量密度和高倍率的需求，若20＜H₁/H₂＜50，支撑层22121的厚度超过导电层22122的总厚度较大，在集流体2212厚度一定的情况下，可能导致导电层22122的总厚度较小，从而导致导电层22122的过流能力较低，同样难以同时满足高能量密度和高倍率的需求，因此，2≤H₁/H₂≤20使得集流体2212具有较好的强度和延伸率，且该集流体2212的导电层22122具有较好的过流能力，采用该集流体2212制造形成的电池单体20能够同时满足高能量密度和高倍率需求。

在一些实施例中，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的厚度为H₁，满足：1μm≤H₁≤20μm。

示例性地，H₁可以为1μm、3μm、5μm、6μm、8μm、10μm、13μm、15μm、18μm、20μm等。

若1μm＞H₁，则支撑层22121的强度和延伸率均较小，从而集流体2212的强度和延伸率均较小，H₁＞20μm，则支撑层22121的厚度较大，导致集流体2212的厚度较大，占用空间较大，可能降低采用该集流体2212制造形成的电池单体20的能量密度，因此，1μm≤H₁≤20μm，使得集流体2212具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体20膨胀需求。

在一些实施例中，3μm≤H₁≤14μm。

比如，H₁可以为3μm、4μm、4.5μm、7μm、7.5μm、9μm、10.5μm、11μm、12μm、14μm等。

3μm≤H₁≤14μm，支撑层22121的强度和延伸率均较好，使得集流体2212具有较好的强度和延伸率，以满足高能量密度电池单体20膨胀需求。

在一些实施例中，集流体2212的导电层22122的总厚度为H₂，满足：0.1μm≤H₂≤10μm。

示例性地，H₂可以为0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、5μm、7μm、9μm、10μm等。

若0.1μm＞H₂，则导电层22122的过流能力较弱，H₁＞10μm，则导电层22122的厚度较大，占用空间较大，可能降低采用该集流体2212制造形成的电池单体20的能量密度，因此，0.1μm≤H₁≤10μm，使得集流体2212的导电层22122具有较好的导电能力，以满足电池单体20的高倍率需求。

在一些实施例中，0.5μm≤H₂≤5μm。

比如，H₂可以为0.5μm、0.8μm、1.5μm、1.8μm、2.5μm、2.8μm、3.5μm、3.8μm、4μm、4.5μm、4.8μm、5μm等。

0.5μm≤H₁≤5μm，使得集流体2212的导电层22122具有更优的导电能力，以满足电池单体20的高倍率需求。

如图9所示，在一些实施例中，导电层22122面向支撑层22121的表面设有凸部22123，凸部22123插设于支撑层22121内。

沿集流体的厚度方向X，导电层22122面向支撑层22121的表面可以设置一个或者多个凸部22123。多个是指两个及两个以上。在导电层22122面向支撑层22121的表面设置有多个凸部22123的实施例中，多个凸部22123间隔布置，多个凸部22123可以均间隔或者非均匀间隔分布于导向层面向支撑层22121的表面。

凸部22123插设于支撑层22121内，支撑层22121面向导电层22122的表面形成有供凸出插入的凹陷部22124。其中，支撑层22121上的凹陷部22124可以是在凸部22123插设于支撑层22121内之前形成，换句话说，在将导电层22122设置于支撑层22121上之前，支撑层22121沿集流体的厚度方向X表面形成有凹陷部22124。支撑层22121上的凹陷部22124也可以是在凸部22123插设于支撑层22121的过程中形成。

凸部22123的形状可以是多种，比如凸部22123为圆柱结构、棱柱结构等。凹陷部22124的形状可以与凸部22123的形状相匹配，以使凸部22123和凹陷部22124更高的配合，提高导电层22122和支撑层22121连接的稳定性。比如，凸部22123的形状为三棱锥结构，则凹陷部22124的形状也可以为三棱锥形状，凸部22123的外周面与凹陷部22124的内壁贴合；凸部22123的形状为圆锥结构，则凹陷部22124的形状也可以为圆锥形状，凸部22123的外周面与凹陷部22124的内壁贴合。

设置于导电层22122面向支撑层22121的表面的凸部22123插设于支撑层22121内，能够增大导电层22122和支撑层22121的连接面积，有利于提高导电层22122和支撑层22121之间的连接稳定性。设置于导电层22122面向支撑层22121的表面的凸部22123插设于支撑层22121内，可以增强导电层22122和支撑层22121之间的连接力，在集流体2212膨胀过程只，该连接力能够多导电层22122和支撑层22121的膨胀起到束缚作用，有利于缓解集流体2212的膨胀和提高集流体2212的延伸率，以使该集流体2212能够满足高能量密度电池单体20膨胀需求，能够提高高能量密度的电池单体20的可靠性。

在一些实施例中，支撑层22121为绝缘层。

支撑层22121为绝缘层能够降低其他结构与导电层22122接触导致具备该集流体2212的电池单体20短路的风险，提高电池单体20的可靠性。在支撑层22121沿集流体的厚度方向X的两层均设置有导电层22122的实施例中，绝缘层能够绝缘分隔两侧的导电层22122。

支撑层22121不仅能够增强集流体2212的强度的作用，还能够减轻集流体2212的重量，从而能够减轻采用该集流体2212制造成型的电池单体20的重量。

在一些实施例中，绝缘层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。

绝缘层可以是由聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种材质制造形成。

绝缘层也可以是由聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的多种共同制造形成。比如，绝缘层可以是由聚丙烯和聚乙烯制造形成，或者绝缘层可以是由聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯制造形成，或者绝缘层可以是由聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯制造形成，或者绝缘层也可以是由聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯共同形成。

聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯具有较好的绝缘性能、耐热性能，采用该集流体2212制造成型的电池单体20的可靠性较好。聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量较轻，有利于减轻集流体2212的重量，从而有利于减轻采用该集流体2212制造成型的电池单体20的重量。

在另一些实施例中，支撑层22121也可以是与导电层22122材质不同的导体或者半导体。

在一些实施例中，导电层22122的材质为铜或铝。

若集流体2212作为正极片的集流体2212，导电层22122的材质可以是铝。若集流体2212作为负极片的集流体2212，导电层22122的材质可以是铜。

铜或铝的导电性能较好，有利于提高采用该集流体2212制造成型的电池单体20的可靠性。

如图10、图11所示，在一些实施例中，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的两侧均设置有导电层22122。

集流体2212包括支撑层22121和两个导电层22122，沿集流体的厚度方向X，两个导电层22122分别设置于支撑层22121的两侧。

两个导电层22122的材质可以相同，也可以不同。两个导电层22122的厚度可以相同，也可以不同。

集流体2212的导电层22122的总厚为该导电层22122的厚度为设置于支撑层22121的两侧的导电层22122的厚度之和。示例性地，如图11所示，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的两侧均设有导电层22122，支撑层22121为等厚结构，支撑层22121的两侧的导电层22122均为等厚结构。两个导电层22122的厚度分别为H₂₁和H₂₂，H2= H₂₁+H₂₂。图11中，沿集流体的宽度方向Z的任意两个位置，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，且支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值相同，即图11中，A3位置的支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，B3位置的支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，且A3位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值和B3位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值相同。

如图12所示，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的两侧均设有导电层22122，支撑层22121为等厚结构，支撑层22121的两侧的导电层22122均为非等厚结构。两个导电层22122的厚度在同一位置的厚度分别为H₂₁和H₂₂，H2=H₂₁+H₂₂。图12中，沿集流体的宽度方向Z的任意两个位置，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，且支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值可以不同，即图12中，A4位置的支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，B4位置的支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度，且A4位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值与B4位置的支撑层22121的厚度和集流体2212的导电层22122的总厚度的差值可以不同。

沿集流体的厚度方向X，导电层22122背离支撑层22121的一侧可以设置活性物质层2211。

支撑层22121的两侧均设置有导电层22122，则沿集流体的厚度方向X，集流体2212的两侧均可以设置活性物质层2211，有利于提高具备该集流体2212的电池单体20的能量密度。

本申请实施例还提供一种极片221，极片221包括性物质层和上述任一实施例提供的集流体2212，沿集流体的厚度方向X，导电层22122背离支撑层22121的一侧设置有活性物质层2211。

活性物质层2211可以涂覆于导电层22122背离支撑层22121的表面。在集流体2212的绝缘层沿集流体的厚度方向X的两侧均设置有导电层22122的实施例中，可以在两侧的导电层22122的背离支撑层22121的表面均涂覆活性物质层2211，也可以仅在一个导电层22122背离支撑层22121的表面均涂覆活性物质层2211。

根据极片221的极性不同，活性物质层2211的材质有所不同，比如极片221为正极片的情况下，活性物质层2211可以是钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。如是极片221为负极片，活性物质层2211可以是碳或硅等。

上述任一实施例提供的集流体2212的绝缘层具有较好的延展性，从而使得第一方面任一实施例提供的集流体2212能够承受较大的膨胀力，进而使得具备该集流体2212的极片221能够承受较大的膨胀力，以使极片221能够满足高能量密度电池单体20膨胀需求，能够提高采用该极片221制造成型的高能量密度的电池单体20的可靠性。

本申请实施例还提供一种电极组件22，电极组件22包括上述任一实施例提供的极片221。

电极组件22包括极性相反的两个极片221，上述任一实施例提供的极片221可以是作为电极组件22的正极片，也可以是负极片。也可以是极性相反的两个极片221具采用上述任一实施例提供的极片221。

上述任一实施例提供的极片221因其集流体2212的延伸率较大，因此，极片221能够承受较大的膨胀力，具备该极片221的电极组件22也能够承受较大的膨胀力，有利于电极组件22能够满足高能量密度的电池单体20的膨胀需求。

在一些实施例中，电极组件22包括两个上述任一实施例提供的极片221，两个极片221极性相反。

即电极组件22的正极片和负极片均采用上述任意实施例提供的极片221，则电极组件22的每个极片221均能够承受较大的膨胀力，以使电极组件22能够满足高能量密度的电池单体20的膨胀需求。

在一些实施例中，电极组件22为卷绕式电极组件22。

卷绕式电极组件22是隔离膜和极性相反的两个极片221层叠设置并卷绕形成的结构。卷绕式电极组件22可以是圆柱形、方形等多种形状。

在电池单体20循环过程中，卷绕式电极组件22承受的膨胀力较大，电极组件22的极片221采用上述实施例提供的集流体2212制成，能够承受较大的膨胀力，能够满足卷绕式电极组件22所处环境的膨胀需求，降低卷绕式电极组件22的极片221断裂的风险，提高具备该卷绕式电极组件22的电池单体20的可靠性。

本申请实施例还提供一种电池单体20，电池单体20包括上述任一实施例提供的电极组件22。

上述任一实施例提供的电极组件22至少一个极片221能够承受较大的膨胀力，因此，具备该电极组件22的电池单体20因极片221断裂而导致短路的风险较低，有利于提高电池单体20的可靠性。

在一些实施例中，电池单体20为圆柱结构。

电池单体20的外壳21和电极组件22均为圆柱结构。以电池单体20为锂离子电池100为例，随着锂离子电池100能量密度不断提升，负极片的活性物质层2211由石墨（C）发展到硅/石墨（Si/C），并随着Si含量的不断提高，电池单体20体积膨胀率不断增大。圆柱结构的外壳21内部空间利用较极限，电池单体20充电过程，极片221膨胀空间有限。硅/石墨（Si/C）高能量密度电池单体20充电后极片221承受较大的膨胀应力，极片221易发生破损断裂，断裂的极片221刺穿隔离膜搭接相邻极片221，极易发生短路引发锂离子电池100热失控失效。

圆柱结构的电池单体20的电极组件22的极片221能够承受较大的膨胀力，使得圆柱结构的电池单体20因极片221断裂而导致短路的风险较低，有利于提高圆柱结构的电池单体20的可靠性。

本申请实施例还提供一种电池100，电池100包括上述任一实施例提供的电池单体20。

上述任意实施例提供的电池单体20可靠性较好，包括该电池单体20的电池100也具有较好的可靠性。

本申请实施例还提供一种用电设备，用电设备包括上述实施例提供的电池100。

上述实施例提供的电池100的可靠性，通过该电池100提供电能的用电设备的用电可靠性较好。

本申请实施例提供一种圆柱结构的电池单体20，电池单体20包括圆柱结构的外壳21和圆柱结构的电极组件22，电极组件22包括极性相反的两个极片221，极片221包括集流体2212和活性物质层2211。集流体2212包括支撑层22121和两个导电层22122，沿集流体的厚度方向X，两个导电层22122分别设置于支撑层22121的两侧。支撑层22121的延伸率大于导电层22122的延伸率，沿集流体的厚度方向X，支撑层22121的厚度大于集流体2212的导电层22122的总厚度。支撑层22121为绝缘层，每个导电层22122背离支撑层22121的表面均涂覆有活性物质层2211。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种集流体，其特征在于，包括支撑层和导电层，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的至少一侧设置有所述导电层；

其中，所述支撑层的延伸率大于所述导电层的延伸率，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度大于所述集流体的所述导电层的总厚度。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度为H₁，所述集流体的所述导电层的总厚度为H₂，满足：H₁/H₂≤50。

3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，2≤H₁/H₂≤20。

4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的厚度为H₁，满足：1μm≤H₁≤20μm。

5.根据权利要求4所述的集流体，其特征在于，3μm≤H₁≤14μm。

6.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述集流体的所述导电层的总厚度为H₂，满足：0.1μm≤H₂≤10μm。

7.根据权利要求6所述的集流体，其特征在于，0.5μm≤H₂≤5μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电层面向所述支撑层的表面设有凸部，所述凸部插设于所述支撑层内。

9.根据权利要求1-7任一项所述的集流体，其特征在于，所述支撑层为绝缘层。

10.根据权利要求9所述的集流体，其特征在于，所述绝缘层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。

11.根据权利要求1-7任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电层的材质为铜或铝。

12.根据权利要求1-7任一项所述的集流体，其特征在于，沿所述集流体的厚度方向，所述支撑层的两侧均设置有所述导电层。

13.一种极片，其特征在于，包括：

活性物质层；

根据权利要求1-12任一项所述的集流体，沿所述集流体的厚度方向，所述导电层背离所述支撑层的一侧设置有所述活性物质层。

14.一种电极组件，其特征在于，包括根据权利要求13所述的极片。

15.根据权利要求14所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件包括两个根据权利要求13所述的极片，两个所述极片极性相反。

16.根据权利要求14或15所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为卷绕式电极组件。

17.一种电池单体，其特征在于，包括根据权利要求14-16任一项所述的电极组件。

18.根据权利要求17所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体为圆柱结构。

19.一种电池，其特征在于，包括根据权利要求17或18所述的电池单体。

20.一种用电设备，其特征在于，包括根据权利要求17或18所述的电池单体。

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