CN116722148B - 复合集流体、极片、电池、用电设备 - Google Patents

复合集流体、极片、电池、用电设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种复合集流体、极片、电池、用电设备。复合集流体包括：绝缘基底；以及导电层。沿绝缘基底的厚度方向，导电层设置于绝缘基底两侧的导电层；沿垂直于复合集流体厚度方向，复合集流体包括活性物质支撑区和极耳连接区，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度。上述技术方案更有利于提高复合集流体的边缘金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。

Description

复合集流体、极片、电池、用电设备
技术领域
本申请涉及一种复合集流体、极片、电池、用电设备。
背景技术
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。
传统的锂离子电池是以铜箔铝箔为常规的集流体广泛应用于锂离子电池的电流传导以及起到承载支撑的作用；近年来，对于锂离子电池高能量密度以及热失控概率的要求越来越高，许多研究将目光转向复合集流体的应用。
然而目前复合集流体的应用受到很多的限制。
发明内容
本申请的目的在于提供一种复合集流体、极片、电池、用电设备。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种复合集流体，复合集流体包括：绝缘基底；以及导电层；沿绝缘基底的厚度方向，导电层设置于绝缘基底两侧
沿垂直于复合集流体厚度方向，复合集流体包括活性物质支撑区和极耳连接区，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度。
上述技术方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度，更有利于提高复合集流体的边缘金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。
在一些可选的实施方案中，复合集流体各个位置的厚度相同，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度为D1；极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3；D3＜D1。
上述技术方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度满足上述关系，有利于提高复合集流体的极耳连接区的金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。
在一些可选的实施方案中，极耳连接区的导电层的厚度为D4；极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3；D4与D3的比值为A，A≥1；可选地，1≤A≤2。
复合集流体由于中间层为聚合物非导体性，在极耳焊接方面需要用金属进行转接焊接，增加了焊接失效率，电池大倍率下也容易产生失效。上述技术方案，通过设置极耳连接区的导电层的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度满足上述的关系，极大地提高了复合集流体的极耳连接区的金属化程度，可以满足超声波直接焊接要求，从而可以实现复合集流体不需要转接焊接，极大地拓宽了复合集流体的应用。上述技术方案不需要转接焊接，可以满足电池大倍率充放电要求，有利于满足更高要求的电池热失控要求。
在一些可选的实施方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度为D1；极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3；D1与D3的比值为B，B≥2。
上述技术方案中，通过控制活性物质支撑区的绝缘基底的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度的比值的下限在上述范围，可以有效地控制绝缘基底的整体强度以及延展性既可以满足制成要求也可以满足复合集流体整体机械性能要求；同时保持活性物质支撑区有足够的强度以及延展性。
在一些可选的实施方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度为D1，3μm≤D1≤10μm。
上述技术方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度设置在上述的范围内，可以使得复合集流体具有良好的机械性能。
在一些可选的实施方案中，活性物质支撑区的导电层厚度为D2，0.5μm≤D2≤1.5μm。
上述技术方案中，活性物质支撑区的导电层厚度设置在上述的范围内，可以使得复合集流体具有良好的导流效果。
在一些可选的实施方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3，D3≤3μm；可选地，1.5μm≤D3≤3μm。
上述技术方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度设置在上述范围内，有利于极耳连接区实现优异的金属化程度，从而可以使得极耳连接区满足超声波直接焊接要求，使得复合集流体可以直接焊接，不需要使用转接焊。
在一些可选的实施方案中，极耳连接区的导电层的厚度为D4，D4≥1.5μm；可选地，1.5μm≤D4≤4μm。
上述技术方案中，极耳连接区的导电层的厚度设置在上述的范围内，有利于增加复合集流体边缘的强度性能，降低电池制造后续工序中复合集流体被辊压开裂的概率。
在一些可选的实施方案中，极耳连接区的宽度为L1，L1≥10mm；可选地，10mm≤L1≤40mm。
上述技术方案中，通过控制极耳连接区的宽度在上述范围内，不仅可以满足极片焊接的最短极耳要求也控制了极耳的长度，也可以满足电池折极耳空间设计以及卷绕对极耳的长度要求。
在一些可选的实施方案中，绝缘基底中添加有导电材料；
可选地，导电材料包括：导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑或者碳纤维中的至少一种。
在一些可选的实施方案中，以质量百分比计，导电材料的添加比例占绝缘基底质量的3%-10%。
上述技术方案中，通过控制绝缘基底中导电材料的添加比例在上述范围内，不仅可以满足增加焊接导电性的要求起到助焊效果，又不会因为含量过高影响绝缘基底的力学性能。
在一些可选的实施方案中，绝缘基底的材料包括有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料或者复合材料中的至少一种；
可选地，有机聚合物绝缘材料包括聚酰胺、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、硅橡胶或者聚碳酸酯中的至少一种；
可选地，无机绝缘材料包括氧化铝、碳化硅或者二氧化硅中的至少一种；
可选地，复合材料包括环氧树脂玻璃纤维增强复合材料或者聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料中的至少一种。
在一些可选的实施方案中，导电层的材料包括金属导电材料或者碳基导电材料中的至少一种；
可选地，金属导电材料包括铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或者铝锆合金中的至少一种；
可选地，碳基导电材料包括石墨、乙炔黑、石墨烯或者碳纳米管中的至少一种。
第二方面，本申请实施例提供一种极片，包括第一方面提供的复合集流体。
上述技术方案中，该极片通过设置第一方面提供的复合集流体，可以提高极片的制备良率；将其应用于电池中，有助于提升电池的循环性能和能量密度。
第三方面，本申请实施例提供一种电池，该电池包括第二方面提供的极片。
上述技术方案中，该电池通过设置第二方面提供的极片，有利于使得电池获得高能量密度的同时满足高倍率快充要求以及获得较低的热失控概率。
第四方面，本申请实施例提供一种用电设备，该用电设备包括第三方面提供的电池。
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为图2所示的电池单体的爆炸图；
图4为本申请一些实施例提供的电极组件的局部结构示意图；
图5为本申请一些实施例提供的正极极片的局部结构示意图；
图6为本申请一些实施例提供的复合集流体的一种结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供的复合集流体的另一种结构示意图；
图8为本申请一些实施例提供的用于制备绝缘基底的模头的结构示意图；
图9为本申请一些实施例提供的复合集流体绝缘基底生产边缘消薄装置的一种结构示意图；
图10为本申请一些实施例提供的复合集流体涂覆正极活性材料层的结构示意图。
图标：
车辆1000；
电池100；控制器200；马达300；
箱体10；第一部分11；第二部分12；容纳空间13；
电池单体20；外壳21；电极组件22；电极端子23；泄压结构24；
壳体211；盖体212；正极极片221；负极极片222；隔离膜223；
正极集流体2211；正极活性材料层2212；
负极集流体2221；负极活性材料层2222。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”、“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。
在本申请实施例的描述中，技术术语“内”、“外”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申请实施例和简化描述，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实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的高度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体高度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
复合集流体一般包括中间层的非导体聚合物和表层的金属导体，非导体聚合物起到结构支撑的作用；金属导体用于为电极活性材料提供电子，连接极耳，即起到导电和集流的作用以及极耳区域极片过流作用。
然而，复合集流体由于包括中间层为非导体性的聚合物，限制了其应用。经过研究发现，聚合物的非导体性，使得复合集流体边缘极耳连接区域的金属化程度低，使得复合集流体过流作用低。
本申请实施例提供一种复合集流体，复合集流体包括：绝缘基底；以及导电层；沿绝缘基底的厚度方向，导电层设置于绝缘基底两侧；
沿垂直于复合集流体厚度方向，复合集流体包括活性物质支撑区和极耳连接区，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度。
上述技术方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度，更有利于提高复合集流体的边缘金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。
本申请提供的极片，包括前述的复合集流体。
该极片通过设置第一方面提供的复合集流体，可以提高极片的制备良率；将其应用于电池中，有助于提升电池的循环性能和能量密度。
本申请提供的电池，包括前述的极片，该电池通过设置第二方面提供的极片，有利于使得电池获得高能量密度的同时满足高倍率快充要求以及获得较低的热失控概率。
本申请实施例提供用电设备，包括前述的电池。
参见图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。
本申请中，电池100是指包括一个或多个电池单体20以提供电压和容量的单一的物理模块。电池100一般包括用于封装一个或多个电池单体20的箱体10。箱体10可以避免液体或其他异物影响电池单体20的充电或放电。
参见图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可以包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于容纳电池单体20，箱体10可以是多种结构。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13。第二部分12可以是一端开口的空心结构，第一部分11为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以形成具有容纳空间13的箱体10；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，以形成具有容纳空间13的箱体10。当然，第一部分11和第二部分12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可以是一个，也可以是多个。若电池单体20为多个，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。也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成模块，多个模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10。电池100还可以包括其他结构，例如，多个电池单体20之间可通过汇流部件实现电连接，以实现多个电池单体20的并联或串联或混联。
其中，每个电池单体20可以为锂离子电池，例如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。
参见图3，图3为图2所示的电池单体20的爆炸图。电池单体20是指组成电池100的最小单元。电池单体20可以包括外壳21、电极组件22和电解液，电极组件22和电解液均容纳于外壳21内。
外壳21可以包括壳体211和盖体212。壳体211是用于配合盖体212以形成电池单体20的内部密封空间的组件，其中，形成的密封空间可以用于容纳电极组件22、电解液以及其他部件。盖体212是指盖合于壳体211的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件，盖体212的形状可以与壳体211的形状相适应以配合壳体211，盖体212上还可以设置有电极端子23、泄压结构24等功能性部件。壳体211的开口处和盖体212之间可以配置密封圈，用于实现壳体211和盖体212之间的密封。
壳体211和盖体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211和盖体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211和盖体212的材质可以是多种，例如但不限于为铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等金属。密封圈的材质可以是多种，例如但不限于为PP（聚丙烯）、PC（聚碳酸酯）、PET（聚对苯二甲酸乙二酯）等耐电解液腐蚀、高韧性且耐疲劳的材料。壳体211的外表面可以形成镀层，镀层的材质可以是多种，例如但不限于为Ni、Cr等耐腐蚀材料。
参见图4，电极组件22可以由正极极片221、负极极片222和隔膜223组成。隔膜223处于正极极片221和负极极片222中间起到隔离的作用。电极组件22可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
参见图5，负极极片222包括负极集流体2221和负极活性材料层2222，负极活性材料层2222中包括负极活性材料。负极活性材料包括：石墨、硅、硅合金或者锡合金中的至少一种。
请继续参见图5，正极极片221包括正极集流体2211和正极活性材料层2212，正极活性材料层2212中包括正极活性材料。
在本申请一些实施方式中，上述的负极集流体2221和正极集流体2211均可以选择复合集流体。
在本申请一些实施方式中，复合集流体包括：绝缘基底以及导电层。沿绝缘基底的厚度方向，导电层设置于绝缘基底两侧的导电层；沿垂直于复合集流体厚度方向，复合集流体包括活性物质支撑区和极耳连接区，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度。
上述技术方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度小于活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；极耳连接区的导电层的厚度大于活性物质支撑区的导电层的厚度，更有利于提高复合集流体的边缘金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。
进一步地，在本申请一些实施方式中，上述的极耳连接区是指复合集流体用于连接极耳的区域，例如，将极耳焊接在复合集流体上时，极耳所占据的集流体的区域。进一步可选地，上述的极耳连接区可以是设置在复合集流体的一侧边缘；或者可以是设置在复合集流体的两侧边缘。
进一步地，参照图10，在本申请一些实施方式中，上述的活性物质支撑区是指活性物质层涂覆的区域；例如，可以是正极活性物质层涂布的区域或者可以是负极活性物质层涂布的区域。进一步可选地，上述的活性物质支撑区设置在复合集流体的中间区域。
进一步地，在本申请一些实施方式中，上述的“极耳连接区的绝缘基底的厚度”，当断面形状规则时（区域内各个位置的厚度相同），“极耳连接区的绝缘基底的厚度”为该区域的厚度；当断面形状不规则时（区域内各个位置的厚度不完全相同，或者区域内各个位置的厚度梯度变化），则“极耳连接区的绝缘基底的厚度”为整个区域的平均厚度。前述其他区域的“厚度”也遵循上述规则，例如“极耳连接区的导电层的厚度”，当断面形状不规则时，上述“极耳连接区的导电层的厚度”，指该区域的平均厚度。
进一步地，参照图6，在本申请一些实施方式中，复合集流体各个位置的厚度相同，活性物质支撑区（图6中H区域）的绝缘基底的厚度为D1；极耳连接区（图6中J区域）的绝缘基底的厚度为D3；D3＜D1。
上述技术方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度满足上述关系，有利于提高复合集流体的极耳连接区的金属化程度，从而当极耳连接于极耳连接区时，有利于提高极耳连接区极片的过流作用。
进一步地，传统复合集流体通常为聚合物支撑层一体化设计，导电层与聚合物支撑层无论活性物质承载区域还是极耳区都是统一厚度设计，通常表现为支撑层厚度大于导电层厚度。由于边缘极耳区域支撑层基膜为绝缘体，传统的超声波直接焊接方式无法将上下层的导电层进行焊接，通常需要借助2片转接金属箔材分别与上下层导电层焊接后，最终的极片极耳再进行多层极耳超声波焊接。其中转接焊接对于复合集流体焊接的可靠性也带来巨大挑战，超声波能量过低，金属层间无法有效融合，产生虚焊；超声波能量过大，则容易直接将金属层振裂，同样影响导流能力。这种转接焊不仅增加了焊接失效率，电池大倍率下也容易产生失效。
在本申请一些实施方式中，参照图6，极耳连接区的导电层的厚度为D4；极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3；D4与D3的比值为A，A≥1。
上述技术方案，通过设置极耳连接区的导电层的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度满足上述的关系，极大地提高了复合集流体的极耳连接区的金属化程度。对于常见厚度的复合集流体（3.5μm~11.5μm），可以满足超声波直接焊接要求，从而可以实现复合集流体不需要转接焊接，极大地拓宽了复合集流体的应用。上述技术方案不需要转接焊接，极大降低了焊接失效率；而且有效地降低了电池大倍率下产生失效的概率，也有利于满足更高要求的电池热失控要求。
在本申请其他可选的实施方式中，可以只设置一侧极耳，此时复合集流体仅设置一侧极耳连接区。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，1≤A≤2。
示例性地，在本申请一些实施方式中，A为1、A为1.1、A为1.2、A为1.3、A为1.4、A为1.5、A为1.6、A为1.7、A为1.8、A为1.9、A为2.0；或者A为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图6，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度为D1；极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3；D1与D3的比值为B，B≥2。
上述技术方案中，通过控制活性物质支撑区的绝缘基底的厚度与极耳连接区的绝缘基底的厚度的比值的下限在上述范围，可以有效地控制绝缘基底的整体强度以及延展性既可以满足制成要求也可以满足复合集流体整体机械性能要求；同时保持活性物质支撑区有足够的强度以及延展性。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图6，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度为D1，3μm≤D1≤10μm。
上述技术方案中，活性物质支撑区的绝缘基底的厚度设置在上述的范围内，可以使得复合集流体具有良好的机械性能。
示例性地，在本申请一些实施方式中，D1为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm；或者D1为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图6，活性物质支撑区的导电层厚度为D2，0.5μm≤D2≤1.5μm。
上述技术方案中，活性物质支撑区的导电层厚度设置在上述的范围内，可以使得复合集流体具有良好的导流效果。
示例性地，在本申请一些实施方式中，D2为0.5μm、600nm、800nm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm；或者D2为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图6，极耳连接区的绝缘基底的厚度为D3，D3≤3μm。
上述技术方案中，极耳连接区的绝缘基底的厚度设置在上述范围内，有利于极耳连接区实现优异的金属化程度，从而可以使得极耳连接区满足超声波直接焊接要求，使得复合集流体可以直接焊接，不需要使用转接焊。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，1.5μm≤D3≤3μm。
示例性地，在本申请一些实施方式中，D3为1.5μm、1.6μm、1.8μm、2.0μm、2.2μm、2.3μm、2.5μm、2.6μm、2.8μm、3.0μm；或者D3为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
进一步地，复合集流体经涂敷工序后，焊接区就一直暴露在外，直接与设备的传动辊系接触，因设备与集流体之间存在的速差，容易在焊接区与涂敷区的交界区域产生磨损、划痕，亚微米级的导电层也容易损伤甚至开裂，造成极片方阻增加乃至失去导电能力；如上虚焊、损伤的极片在电池制程工序中要进行剔除，导致制程优率的下降及制造成本的上升；虚焊或损伤的导电层如未在生产工序中识别出来，进入电池后也容易进一步受电解液腐蚀导致失效，导致循环性能衰减加剧，出现可靠性问题。且传统的转接焊接后，复合集流体极片折极耳高度无形增加7mm左右，大大降低了电池的空间利用率。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图6，极耳连接区的导电层的厚度为D4，D4≥1.5μm。
上述技术方案中，极耳连接区的导电层的厚度设置在上述的范围内，有利于增加复合集流体边缘的强度性能，降低电池制造后续工序中复合集流体被辊压开裂的概率。同时也可以降低复合集流体极片高度，提高电池的空间利用率。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，1.5μm≤D4≤4μm。
示例性地，在本申请一些实施方式中，D4为1.5μm、1.8μm、2.0μm、2.5μm、2.8μm、3.0μm、3.2μm、3.5μm、3.8μm、4.0μm；或者D4为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
进一步地，在本申请一些实施方式中，上述的设置于绝缘基底两侧的导电层的厚度可以选择设置为相同；或者上述的设置于绝缘基底两侧的导电层的厚度可以选择设置为不相同。
示例性地，在本申请一些实施方式中，设置于绝缘基底极耳连接区的导电层的厚度D4可以相同，例如均为1.5μm；或者不相同，一侧为1.5μm，另一侧为2.0μm。
示例性地，在本申请一些实施方式中，设置于绝缘基底两侧的活性物质支撑区的导电层厚度D2可以相同，例如均为0.5μm；或者不相同，一侧为0.5μm，另一侧为600nm。
进一步地，在本申请一些实施方式中，极耳连接区的宽度为L1，L1≥10mm。
上述技术方案中，通过控制极耳连接区的宽度在上述范围内，不仅可以满足极片焊接的最短极耳要求也控制了极耳的长度，也可以满足电池折极耳空间设计以及卷绕对极耳的长度要求。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，10mm≤L1≤40mm。
示例性地，在本申请一些实施方式中，L1为10mm、12mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、38mm、40mm；或者L1为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
在本申请一些实施方式中，极耳区域长度的测试方法为：使用刻度尺进行宽度测试。
进一步地，在本申请一些实施方式中，参照图7，绝缘基底中添加有导电材料（图7中黑色圆点）。
进一步地，在本申请一些实施方式中，导电材料包括：导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑或者碳纤维中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，导电材料选择导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑或者碳纤维中的任意一种；或者在本申请一些实施方式中，导电材料选择导电炭黑和碳纳米管的混合物，二者可以以任意质量比混合；或者在本申请一些实施方式中，导电材料选择乙炔黑、乙炔黑和碳纤维的混合物，三者可以以任意质量比混合；或者在本申请一些实施方式中，导电材料选择导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑以及碳纤维的混合物，四者可以以任意质量比混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，以质量百分比计，导电材料的添加比例占绝缘基底质量的3%-10%。
上述技术方案中，通过控制绝缘基底中导电材料的添加比例在上述范围内，不仅可以满足增加焊接导电性的要求起到助焊效果，又不会因为含量过高影响绝缘基底的力学性能。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，以质量百分比计，导电材料的添加比例占绝缘基底质量的3.1%-9.9%。
示例性地，在本申请一些实施方式中，以质量百分比计，导电材料的添加比例占绝缘基底质量的3.2%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、8%、9%、9.5%；或者导电材料的添加比例为在上述任意两个数值所组成的范围内的值。
在本申请一些实施方式中，绝缘基底导电材料成分的测试方法：通过元素ICP分析得出微量元素含量百分比。
进一步地，在本申请一些实施方式中，绝缘基底的材料包括有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料或者复合材料中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，绝缘基底的材料选择有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料或者复合材料中的任意一种；或者，在本申请一些实施方式中，绝缘基底的材料选择有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料的混合物，二者可以以任意比例混合；或者，在本申请一些实施方式中，绝缘基底的材料选择有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料、复合材料中的混合物，三者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，有机聚合物绝缘材料包括聚酰胺、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、硅橡胶或者聚碳酸酯中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，有机聚合物绝缘材料选择聚乙烯、聚丙烯或者聚苯乙烯；或者在本申请一些实施方式中，有机聚合物绝缘材料选择聚甲醛、环氧树脂的混合物，二者可以以任意比例混合；或者在本申请一些实施方式中，有机聚合物绝缘材料选择聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶的混合物，三者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，无机绝缘材料包括氧化铝、碳化硅或者二氧化硅中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，无机绝缘材料选择氧化铝、碳化硅或者二氧化硅中的任意一种；或者在本申请一些实施方式中，无机绝缘材料选择氧化铝和碳化硅的混合物，二者可以以任意比例混合；或者在本申请一些实施方式中，无机绝缘材料选择氧化铝、碳化硅、二氧化硅的混合物，三者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，复合材料包括环氧树脂玻璃纤维增强复合材料或者聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，复合材料选择环氧树脂玻璃纤维增强复合材料或者聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料中的任意一种；或者在本申请一些实施方式中，复合材料选择环氧树脂玻璃纤维增强复合材料和聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料的混合物，二者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，导电层的材料包括金属导电材料或者碳基导电材料中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，导电层的材料选择金属导电材料或者碳基导电材料中的任意一种；或者导电层的材料选择金属导电材料和碳基导电材料的混合物，二者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，金属导电材料包括铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或者铝锆合金中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，金属导电材料选择铝、铜或者镍；或者在本申请一些实施方式中，金属导电材料选择铝和铜的混合物，二者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，碳基导电材料包括石墨、乙炔黑、石墨烯或者碳纳米管中的至少一种。
示例性地，在本申请一些实施方式中，碳基导电材料选择石墨、乙炔黑、石墨烯或者碳纳米管中的任意一种；或者在本申请一些实施方式中，碳基导电材料选择石墨和乙炔黑的混合物，二者可以以任意比例混合；或者在本申请一些实施方式中，碳基导电材料选择石墨、乙炔黑、石墨烯的混合物，三者可以以任意比例混合。
进一步地，在本申请一些实施方式中，上述的绝缘基底可以通过特殊结构的模头通过挤压的方式共挤拉膜形成。示例性地，在本申请一些实施方式中，图8示出了一种滴管式形状的模头，采用该模头可以通过挤压的方式共挤拉膜形成上述的绝缘基底。
进一步地，参照图9，在本申请一些实施方式中，在拉膜的前段加上多级辊压减薄装置，对刚挤出的铸片辊压成薄片进行拉膜，使得绝缘基底形成极耳连接区较薄，活性物质支撑区较厚的特殊结构。
进一步地，在本申请一些实施方式中，当绝缘基底中添加有导电材料时，导电材料需要在绝缘基底材料母粒熔融时就按照对应质量百分比例投入进行共挤拉膜形成上述特殊结构的增加导电材料的绝缘基底。
进一步地，在本申请一些实施方式中，导电层可通过水电镀、气相沉积法或者化学镀中的至少一种形成于绝缘基底两侧。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，上述的气相沉积法，可以选择物理气相沉积法；物理气相沉积法，可以选择蒸发法或者溅射法中的至少一种；蒸发法可以选择真空蒸镀法、热蒸发法或者电子束蒸发法中的至少一种；溅射法可以选择磁控溅射法。
进一步地，在本申请一些实施方式中，边缘极耳连接区的导电层加厚可以通过水电镀两端导电方式增加边缘区域的电流以及镀液浓度分布进行厚度增厚，中间活性物质支撑区采取阳极屏蔽进行消薄；可选地，溶液采用硫酸铜溶液，阳极为不可溶性阳极板进行沉积金属。
进一步可选地，在本申请一些实施方式中，采用蒸镀实现则边缘极耳连接区的导电层加厚；可以采取多次蒸镀的方式，完成中间区域导电层的蒸镀后，单独进行边缘极耳送丝蒸镀，其他区域不采取送丝以及蒸镀的方式进行边缘加厚。
下面列举了一些具体实施例以更好地对本申请进行说明。
【绝缘基底的制备】
采用图8示出的模头进行挤压。将绝缘基底材料的母粒或者切片熔融后经过挤压通过图8示出的模头形成厚铸片，设置不同方向的横纵拉伸比将铸片进行拉膜处理，先纵向（MD方向）拉伸再横向（TD方向）拉伸。其中边缘极耳区薄化处理采用图9示出的绝缘基底生产边缘消薄装置，在第一道拉伸后增加辊压装置将薄化铸片进一步辊压成薄膜后再经过多级拉伸最终形成薄膜。其中，导电材料是在切片或者母粒熔融状态下添加，然后进行共挤拉膜。
【复合集流体制备】
对前述制得的绝缘基底进行表面清洁；然后置于真空镀室内，以1600℃至2000℃的高温将金属蒸发室内的高纯金属丝熔化蒸发，蒸发后的金属经过真空镀室内的冷却系统，最后沉积于绝缘基底两侧的表面，形成导电层。金属丝的熔化机构由若干个沿绝缘基底宽度方向排列且独立控制的熔化单元组成（包括蒸发舟、送丝机构及加热电流回路）。边缘极耳连接区导电层加厚的方式为只开边缘的送丝机构，关闭中间的送丝机构，经过多遍蒸镀加厚形成。
【复合集流体性能测试】
（1）、绝缘基底厚度/导电层厚度的测试方法为：使用液氮淬冷法或氩离子刻蚀法制备复合集流体横截面样品，利用扫描电子显微镜放大（1000-5000倍）观察样品横截面的二次电子相形貌并测量导电层及支撑层的厚度，最小分辨度可达到纳米级。
（2）、复合集流体强度、延展性的测试方法为：将样品沿MD方向裁切成15mm顶宽的长条，测试极耳连接区的强度、极耳连接区的延展率。结果见表2。表2中采用强度均值表征极耳连接区强度；采用延展率均值表征极耳连接区延展率；
强度均值=10个样品强度值之和/10；
延展率均值=10个样品延展值之和/10。
实施例和对比例
提供一种复合集流体，各个实施例或对比例的复合集流体的各个性能参数见表1。
表1中，D1为活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；
D2为活性物质支撑区的导电层厚度；
D3为极耳连接区的绝缘基底的厚度；
D4为极耳连接区的导电层的厚度；
D4与D3的比值为A；
D1与D3的比值为B。
【锂离子电池制备及检测】
通过常规的电池涂布工艺，在集流体的表面涂布正极浆料或负极浆料，100℃干燥后得到正极极片或负极极片。极片两侧保留不同宽度的极耳连接区用于焊接金属极耳；通过常规的电池冷压工艺将正负极极片表面活性物质层压实，其中正极极片压实密度设定为3.4g/cm3，负极极片压实密度设定为1.6g/cm3。
冷压时收集断带以及极耳开裂次数，每1000m统计一轮数据。
随后通过常规的电池制作工艺，将正极极片、隔膜和负极极片一起卷绕成裸电芯，使用超声波焊接的方式分别对正负极极耳进行多层焊接，取消转接焊接的工序。其中焊接功率为4KW-6KW，振幅为25-60um。其中实施例7和对比例1采用转接焊接的方式，将两片窄集流体沿着焊接区极耳根部进行上下贴合，通过辊焊的方式将焊接区和定宽基材焊接在一起形成整体的极耳。
为评估多层极耳焊接的可靠性，对极耳的超声波焊接拉力进行评估。
（1）、使用高铁拉力机测量多层极耳的超声波焊接拉力。
使用高铁拉力机测量多层极耳焊接后的焊接拉力。沿极耳根部裁下超声波焊接后的极耳，以5mm/min的速度对样品进行拉伸，读取焊接断裂时的最大力值；作为焊接拉力（N）。
（2）、选取32个样品进行测试，其中对焊接后的电池进行随机挑选样品。通过样品的超声波焊接拉力均值来评估焊接的机械结合效果来判断是否虚焊。其中拉力均值及标准差计算公式如下：
焊接拉力均值=32个样品焊接拉力值之和/32；
各实施例及对比例的复合集流体对焊接结果的影响如表2 所示，表2中焊接拉力采用焊接拉力均值。表2中冷压开裂次数（次/1000m)
为评估对比例中采用转接焊接单层极耳焊接的可靠性，对极耳的单层转接焊接拉力进行评估。
（1）、使用高铁拉力机测量单层转接极耳的焊接拉力。
使用高铁拉力机测量单层极耳焊接后的焊接拉力。沿膜片区将极耳裁成宽度50mm的固定样品，长度以方便测试为宜，以5mm/min的速度对样品进行拉伸，读取焊接断裂时的最大力值；作为焊接拉力（N）。
（2）、选取32个样品进行测试，其中对焊接后的电池进行随机挑选样品。通过样品的焊接拉力均值来评估焊接的机械结合效果来判断是否虚焊。其中拉力均值及标准差计算公式如下：
焊接拉力均值=32个样品焊接拉力值之和/32。
随后将焊接后的电芯置入电池壳体中，注入电解液（EC:EMC体积比为3:7，LiPF6为1mol/L），随之进行密封、化成等工序，最终得到锂离子电池。
通过收集短期10个电池的DCR数据，观察极耳连接区不同导电层厚度对电池DCR的影响。
（1）、使用电芯测试设备测试DCR测试，具体测试方法如下：通过调节电芯容量至50%SOC,记录电压V1,4C放电电流30S得到电压值V2， DCR=(V1-V2)/4C（放电电流）
DCR值=10个样品的DCR值之和/10；
（2）、温升测试：在电芯入壳前，将感温线用铁氟龙胶带粘在超声波焊印的位置，然后进行封装注液，在不同电流倍率（3C、4C、5C）放电下，用多路测温仪测试超声波焊接位置温升的差异来评估快充效果。
超声波焊接处温升值=10个样品的超声波焊接处温升值之和/10。
锂电池性能检测结果见表2。
表1
表2
从上述表2可以看出：
对比例1是常规的一体式结构的复合集流体；相对于对比例1，本申请上述各个实施例超声波焊印处不同倍率下的放电温升优于对比例1。可见，本申请实施例提供的复合集流体提高了极耳连接区极片的过流作用。
进一步地，实施例1-实施例6与对比例1相比，实施例1-实施例6焊接拉力得到显著提升。这是由于对比例1中的常规的复合集流体，极耳连接区金属化程度低，直接进行超声焊接极易产生虚焊问题，导致焊接拉力大大降低或焊接不上。对比例1无法采用直接焊接，需要采用转接焊。
进一步地，实施例2-实施例6相互比对，可以看出，当极耳连接区的绝缘基底的厚度D3＜1.5μm时，复合集流体极耳连接区的延伸率较低，可能产生冷压开裂以及焊接失效的问题；当极耳连接区的绝缘基底的厚度D3＞3μm时，极耳连接区整体强度下降，极耳连接区整体延伸率降低，冷压开裂频次上升。由此，当1.5μm≤D3≤3μm时，极耳连接区强度、延伸率优异，焊接可靠性高。
进一步地，实施例8-实施例11与对比例1相比，实施例8-实施例11焊接拉力得到显著提升。这是由于对比例1中的常规的复合集流体，极耳连接区金属化程度低，直接进行超声焊接极易产生虚焊问题，导致焊接拉力大大降低或焊接不上。
进一步地，实施例8-实施例11相互比对，可以看出，当极耳连接区的导电层的厚度D4与极耳连接区的绝缘基底的厚度D3的比值A＜1时，复合集流体极耳连接区的延伸率较低，可能产生冷压开裂以及焊接失效的问题；当极耳连接区的导电层的厚度D4与极耳连接区的绝缘基底的厚度D3的比值A＞2时，复合集流体极耳连接区的金属化程度太高，容易在制成阶段造成极耳连接区沉积量大、产生孔洞等问题，虽然整体的强度高以及对于不同倍率下的温升和焊接拉力都有改善，但延伸率较低导致冷压开裂次数大幅度提升；由此，当1≤A≤2时，极耳连接区强度、延伸率优异，焊接可靠性高；可以直接满足复合集流体直接超声波焊接的需求，满足电池大倍率下的放电安全可靠性要求。
进一步地，实施例12-实施例17相互比对，可以看出，当绝缘基底中导电材料添加量＜3%时，对于电芯最终不同倍率下的温升效果并未有提升；当绝缘基底中导电材料添加量＞10%时，由于导电材料加入过多，导致复合集流体整体延伸率降低，脆性增强，冷压开裂概率递增，导致焊接失效风险加大，虚焊问题增加导致电芯温升异常升高。由此，当导电材料的添加比例占绝缘基底质量的3%-10%时，复合集流体力学性能优异，又对于电池的DCR以及不同倍率下的温升性能有所改善。
对实施例7和对比例1的性能进行比对，见表3和表4。
表3
表4
/>
从上述表4可以看出：
实施例7和对比例1不采用直接超声焊接的方式，而是采用复合集流体传统的转接焊接的方式制成电芯后看，虽然本方案实施例7中极耳区金属厚度D4/极耳区聚合物层厚度D3比值A小于1，可能对冷压开裂造成制成影响，但挑选好的部分区域制成电芯后发现，实施例7方案极耳区金属化强度高，聚合物层厚度占比小，对转接焊接的强度是有提升的，对于过流温升，相对于对比例的传统结构得到改善。
以上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。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。

Claims (15)

1. 一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括：
绝缘基底；以及
导电层；沿所述绝缘基底的厚度方向，所述导电层设置于所述绝缘基底两侧；
沿垂直于所述复合集流体厚度方向，所述复合集流体包括活性物质支撑区和极耳连接区，所述极耳连接区的绝缘基底的厚度小于所述活性物质支撑区的绝缘基底的厚度；所述极耳连接区的导电层的厚度大于所述活性物质支撑区的导电层的厚度；所述绝缘基底的断面形状规则；所述复合集流体各个位置的厚度相同，所述极耳连接区的所述绝缘基底的厚度为D3；1.5μm≤D3≤3μm；
所述活性物质支撑区的所述绝缘基底的厚度为D1； D1与D3的比值为B，B≥2；
所述极耳连接区的所述导电层的厚度为D4；D4与D3的比值为A，1≤A≤2；
所述绝缘基底中添加有导电材料，所述导电材料的添加比例占所述绝缘基底质量的3%-10%。
2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述活性物质支撑区的所述绝缘基底的厚度为D1，3μm≤D1≤10μm。
3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述活性物质支撑区的所述导电层厚度为D2，0.5μm≤D2≤1.5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述极耳连接区的所述导电层的厚度为D4，D4≥1.5μm。
5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，1.5μm≤D4≤4μm。
6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
所述极耳连接区的宽度为L1，L1≥10mm。
7.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
10mm≤L1≤40mm。
8.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
所述导电材料包括：导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑或者碳纤维中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述绝缘基底的材料包括有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料或者复合材料中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的复合集流体，其特征在于，
所述有机聚合物绝缘材料包括聚酰胺、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、硅橡胶或者聚碳酸酯中的至少一种；和/或所述无机绝缘材料包括氧化铝、碳化硅或者二氧化硅中的至少一种；和/或所述复合材料包括环氧树脂玻璃纤维增强复合材料或者聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层的材料包括金属导电材料或者碳基导电材料中的至少一种。
12. 根据权利要求11所述的复合集流体，其特征在于，
所述金属导电材料包括铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或者铝锆合金中的至少一种；和/或
所述碳基导电材料包括石墨、乙炔黑、石墨烯或者碳纳米管中的至少一种。
13.一种极片，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的复合集流体。
14.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求13所述的极片。
15.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求14所述的电池。
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