CN116995241A - 一种集流体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集流体及其制备方法，该集流体包括依次连接的涂料区、过渡区和焊接区；涂料区包括第一导电层、阻电基膜和第二导电层，第一导电层和第二导电层分别设于阻电基膜的相对表面；过渡区包括第一导电部、阻电部和第二导电部，沿集流体厚度方向，第一导电部、阻电部和第二导电部依次连接；焊接区包括第三导电部和第四导电部，沿集流体厚度方向，第三导电部和第四导电部相连接。通过去除焊接区导热性差与导电性差的阻电膜，可实现复合集流体与外部金属极耳之间直接的金属间牢固焊接，并实现每片集流体的导电层与外部金属极耳之间的电子通路。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种集流体及其制备方法。
背景技术
近年来兴起的聚合物基复合集流体，被用于替换传统锂离子电池的纯金属集流体，以提高电芯的能量密度，并改善电芯的安全性能。聚合物基复合集流体通常为三层构造，中间层为聚合物基膜，上下两层为金属导电层。由于中间层聚合物的密度低于纯金属，有益于减轻集流体的重量，从而提高电芯的质量能量密度。通过设计较薄的金属导电层，还可减薄集流体的厚度，从而提高电芯的体积能量密度。聚合物基复合集流体提高电芯安全性的机制在于，电芯受挤压或针刺时，聚合物基膜通过延展，包裹电极或针的部分区域，或使金属导电层断裂，从而减少短路面积，抑制电芯的热失控。此外，该种复合集流体的金属导电层很薄，针刺时产生毛刺引发短路的概率较小。
传统软包锂离子电池输出或输入电流，是通过外部金属极耳与电芯内部多片金属集流体的焊接实现的。然而复合集流体的聚合物基膜会阻碍各金属导电层与外部金属极耳的金属间焊接。并且聚合物基膜不导电，会阻塞各金属导电层与外部金属极耳的电子通路。
因此，期待发明一种集流体，能够有效解决现有技术中由于传统锂离子电池中的聚合物基膜而阻碍各金属导电层与外部金属极耳的金属之间焊接以及阻塞各金属导电层与外部金属极耳的电子通路的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种集流体，以保障复合集流体与外部极耳之间可靠的直接焊接和良好的电子通路。
为了实现上述目的，本发明提供一种集流体，包括依次连接的涂料区、过渡区和焊接区；
所述涂料区包括第一导电层、阻电基膜和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层分别设于所述阻电基膜的相对表面；
所述过渡区包括第一导电部、阻电部和第二导电部，沿所述集流体厚度方向，所述第一导电部、所述阻电部和所述第二导电部依次连接；
所述焊接区包括第三导电部和第四导电部，沿所述集流体厚度方向，所述第三导电部和所述第四导电部相连接。
可选地，所述涂料区的面积大于所述过渡区和所述焊接区的面积之和。
可选地，从所述涂料区向所述焊接区，所述阻电部的厚度逐渐减小。
可选地，所述阻电部为由平面、第一弧面和第二弧面围成的区域，所述第一弧面和所述第二弧面之间的夹角与所述平面相对，且所述平面连接于所述涂料区，所述夹角连接于所述焊接区。
可选地，所述第一导电层和所述第二导电层的厚度范围均为0.1～30μm。
可选地，所述阻电基膜的厚度范围为0.5～50μm。
可选地，所述第一导电层、所述第二导电层、所述第一导电部、所述第二导电部、所述第三导电部和所述第四导电部的材料为金属或合金，其中，所述金属为铝、铜、镍和钛中的至少一种，所述合金为铝合金、铜合金、镍合金和钛合金中的至少一种。
可选地，所述阻电基膜和所述阻电部的材料为聚合物，所述聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的至少一种。
本发明还提供了一种集流体制备方法，用于制备所述的集流体，包括：
将阻电膜依次划分为涂料区、过渡区和焊接区；
将在所述过渡区和所述焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第一加工空位和第三加工空位；
在所述第一加工空位和所述第三加工空位上分别复合第一导电部和第三导电部；
在所述第一导电部和所述第三导电部的对侧，将在所述过渡区和所述焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第二加工空位和第四加工空位，使得所述过渡区内的阻电膜的剩余部分形成阻电部，且所述焊接区内的阻电膜被完全去除；
在所述第二加工空位和所述第四加工空位上分别复合第二导电部和第四导电部；
在所述涂料区内的所述阻电膜的相对表面分别复合第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间的阻电膜形成阻电基膜。
可选地，所述第一加工空位、所述第二加工空位、所述第三加工空位和所述第四加工空位的加工方式为机械加工、激光加工、离子束加工、化学加工中的至少一种。
本发明的有益效果在于：
本发明的集流体包括依次连接的涂料区、过渡区和焊接区，涂料区包括第一导电层、阻电基膜和第二导电层，过渡区包括第一导电部、阻电部和第二导电部，焊接区包括第三导电部和第四导电部；通过去除焊接区导热性差与导电性差的阻电膜，可实现复合集流体与外部金属极耳之间直接的金属间牢固焊接，并实现每片集流体的导电层与外部金属极耳之间的电子通路。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种集流体的俯视图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种集流体的截面示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种集流体制备方法的流程图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种集流体制备方法的流程图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的一种集流体制备方法的流程图。
附图标记说明
100、阻电膜；200、上导电层；300、下导电层；110、涂料区；111、第一导电层；112、阻电基膜；113、第二导电层；120、过渡区；121、第一加工空位；122、第一导电部；123、阻电部；124、第二加工空位；125、第二导电部；130、焊接区；131、第三加工空位；132、第三导电部；133、第四加工空位；134、第四导电部。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以通过各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种集流体，包括依次连接的涂料区、过渡区和焊接区；
涂料区包括第一导电层、阻电基膜和第二导电层，第一导电层和第二导电层分别设于阻电基膜的相对表面；
过渡区包括第一导电部、阻电部和第二导电部，沿集流体厚度方向，第一导电部、阻电部和第二导电部依次连接；
焊接区包括第三导电部和第四导电部，沿集流体厚度方向，第三导电部和第四导电部相连接。
在一个示例中，涂料区的面积大于过渡区和焊接区的面积之和。
在一个示例中，从涂料区向焊接区，阻电部的厚度逐渐减小。
在一个示例中，阻电部为由平面、第一弧面和第二弧面围成的区域，第一弧面和第二弧面之间的夹角与平面相对，且平面连接于涂料区，夹角连接于焊接区。
在一个示例中，第一导电层和第二导电层的厚度范围均为0.1～30μm；
在一个示例中，阻电基膜的厚度范围为0.5～50μm。
在一个示例中，第一导电层、第二导电层、第一导电部、第二导电部、第三导电部和第四导电部的材料为金属或合金，其中，金属为铝、铜、镍和钛中的至少一种，合金为铝合金、铜合金、镍合金和钛合金中的至少一种；
在一个示例中，阻电基膜和阻电部的材料为聚合物，聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的至少一种。
本发明还提供了一种集流体制备方法，用于制备所述的集流体，包括：
将阻电膜依次划分为涂料区、过渡区和焊接区；
将在过渡区和焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第一加工空位和第三加工空位；
在第一加工空位和第三加工空位上分别复合第一导电部和第三导电部；
在第一导电部和第三导电部的对侧，将在过渡区和焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第二加工空位和第四加工空位，使得过渡区内的阻电膜的剩余部分形成阻电部，且焊接区内的阻电膜被完全去除；
在第二加工空位和第四加工空位上分别复合第二导电部和第四导电部；
在涂料区内的阻电膜的相对表面分别复合第一导电层和第二导电层，第一导电层和第二导电层之间的阻电膜形成阻电基膜。
本发明还提供了一种集流体制备方法，用于制备所述的集流体，包括：
将阻电膜沿长度方向依次划分为涂料区、过渡区和焊接区；
将在过渡区和焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第一加工空位和第三加工空位；
在第一加工空位和第三加工空位上分别复合第一导电部和第三导电部，并在阻电膜的一个表面复合第一导电层；
在第一导电部和第三导电部的对侧，将阻电膜通过加工去除其中一部分，分别形成第二加工空位和第四加工空位，使得过渡区内的阻电膜的剩余部分形成阻电部，且焊接区内的阻电膜被完全去除；
在阻电膜的另一表面复合第二导电层，并在第二加工空位和第四加工空位上分别复合第二导电部和第四导电部，第一导电层和第二导电层之间的阻电膜形成阻电基膜。
本发明还提供了一种集流体制备方法，用于制备所述的集流体，包括：
在阻电膜的相对表面分别复合上导电层和下导电层，形成复合集流体；
将复合集流体依次划分为涂料区、过渡区和焊接区；
将在过渡区和焊接区内的复合集流体的其中一部分通过加工去除，分别形成第一加工空位和第三加工空位，上导电层的剩余部分形成涂料区的第一导电层；
在第一加工空位和第三加工空位上分别复合第一导电部和第三导电部；
在第一导电部和第三导电部的对侧，将复合集流体的其中一部分通过加工去除，分别形成第二加工空位和第四加工空位，使得过渡区内的阻电膜的剩余部分形成阻电部，且焊接区内的阻电膜被完全去除，同时，下导电层的剩余部分形成涂料区的第二导电层，第一导电层和第二导电层之间的阻电膜形成阻电基膜；
在第二加工空位和第四加工空位上分别复合第二导电部和第四导电部。
在一个示例中，第一加工空位、第二加工空位、第三加工空位和第四加工空位的加工方式均为机械加工、激光加工、离子束加工、化学加工中的至少一种。
在一个示例中，第一导电部、第二导电部、第三导电部、第四导电部、第一导电层和第二导电层、上导电层和下导电层的复合方式均为物理气相沉积、化学镀、粘接中的至少一种。
实施例1
如图1和图2所示，一种集流体，包括依次连接的涂料区110、过渡区120和焊接区130，涂料区110相对的两个表面用于涂覆正极材料，以制成正极片，焊接区130用于与外部极耳直接焊接，以传输电流；
涂料区110包括第一导电层111、阻电基膜112和第二导电层113，第一导电层111和第二导电层113分别设于阻电基膜112的相对表面；
过渡区120包括第一导电部122、阻电部123和第二导电部125，沿集流体厚度方向，第一导电部122、阻电部123和第二导电部125依次连接；
焊接区130包括第三导电部132和第四导电部134，沿集流体厚度方向，第三导电部132和第四导电部134相连接。
其中，第一导电层111和第二导电层113的厚度均为0.5μm；阻电基膜112的厚度范围为12μm。从涂料区110向焊接区130，阻电部123的厚度从4μm逐渐减小至0μm。第一导电层111、第二导电层113、第一导电部122、第二导电部125、第三导电部132和第四导电部134的材料均为金属铝。阻电基膜112和阻电部123的材料均为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
实施例2
如图1和图2所示，一种集流体，包括依次连接的涂料区110、过渡区120和焊接区130，涂料区110相对的两个表面用于用于涂覆负极材料，以制成负极片。焊接区130用于与外部极耳直接焊接，以传输电流；
涂料区110包括第一导电层111、阻电基膜112和第二导电层113，第一导电层111和第二导电层113分别设于阻电基膜112的相对表面；
过渡区120包括第一导电部122、阻电部123和第二导电部125，沿集流体厚度方向，第一导电部122、阻电部123和第二导电部125依次连接；
焊接区130包括第三导电部132和第四导电部134，沿集流体厚度方向，第三导电部132和第四导电部134相连接。
其中，第一导电层111和第二导电层113的厚度均为0.3μm；阻电基膜112的厚度范围为5.4μm。从涂料区110向焊接区130，阻电部123的厚度从2μm逐渐减小至0μm。第一导电层111和第二导电层113的材料为金属铜，第一导电部122、第二导电部125、第三导电部132和第四导电部134的材料均为金属钛。阻电基膜112和阻电部123的材料均为聚酰亚胺。
实施例3
一种集流体的制作流程如图3所示。取阻电膜100，其中，阻电膜100的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，阻电膜100的厚度为12μm。将阻电膜100依次划分为涂料区110、过渡区120和焊接区130。将在过渡区120和焊接区130内的阻电膜100的其中一部分通过机械加工去除，分别形成第一加工空位121和第三加工空位131。其中，从涂料区110向焊接区130，第一加工空位121的深度从4μm逐步增至6μm，第三加工空位131各处的深度均为6μm。在第一加工空位121和第三加工空位131上，通过真空气相沉积得到一体化的第一导电部122和第三导电部132。在第一导电部122和第三导电部132的对侧，将在过渡区120和焊接区130内的阻电膜100的其中一部分通过机械加工去除，分别形成第二加工空位124和第四加工空位133。其中，从涂料区110向焊接区130，第二加工空位124的深度从4μm逐步增至6μm，第四加工空位133各处的深度均为6μm。由此，在过渡区120内的阻电膜100的剩余部分形成阻电部123，且焊接区130内的阻电膜100被完全去除。在第二加工空位124和第四加工空位133上，通过真空气相沉积得到一体化的第二导电部125和第四导电部134。将阻电膜100的一个表面通过真空气相沉积，得到第一导电层111，并增厚第一导电部122和第三导电部132，使第一导电层111与第一导电部122相接触。将阻电膜100的另一个表面通过真空气相沉积，得到第二导电层113，并增厚第二导电部125和第四导电部134，使第二导电层113与第二导电部125相接触。第一导电层111和第二导电层113之间的阻电膜100形成阻电基膜112。
实施例4
一种集流体的制作流程如图4所示。取阻电膜100，其中，阻电膜100的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，阻电膜100的厚度为12μm。将阻电膜100依次划分为涂料区110、过渡区120和焊接区130。将在过渡区120和焊接区130内的阻电膜100的其中一部分通过机械加工去除，分别形成第一加工空位121和第三加工空位131。其中，从涂料区110向焊接区130，第一加工空位121的深度从4μm逐步增至6μm，第三加工空位131各处的深度均为6μm。在阻电膜100的一个表面、第一加工空位121和第三加工空位131上，通过真空气相沉积得到一体化的第一导电层111、第一导电部122和第三导电部132。在第一导电部122和第三导电部132的对侧，将在过渡区120和焊接区130内的阻电膜100的其中一部分通过机械加工去除，分别形成第二加工空位124和第四加工空位133。其中，从涂料区110向焊接区130，第二加工空位124的深度从4μm逐步增至6μm，第四加工空位133各处的深度均为6μm。由此，在过渡区120内的阻电膜100的剩余部分形成阻电部123，且焊接区130内的阻电膜100被完全去除。在阻电膜100的另一表面、第二加工空位124和第四加工空位133上，通过真空气相沉积得到一体化的第二导电层113、第二导电部125和第四导电部134。第一导电层111和第二导电层113之间的阻电膜100形成阻电基膜112。
实施例5
一种集流体的制作流程如图5所示。在阻电膜100相对的两个表面分别通过真空气相沉积得到上导电层200和下导电层300，三者共同构成复合集流体。将复合集流体依次划分为涂料区110、过渡区120和焊接区130。将在过渡区120和焊接区130内的复合集流体的其中一部分通过激光加工去除，分别形成第一加工空位121和第三加工空位131，上导电层200在涂料区110的剩余部分形成第一导电层111。其中，从涂料区110向焊接区130，第一加工空位121的深度从2μm逐步增至3μm，第三加工空位131各处的深度均为3μm。在第一加工空位121和第三加工空位131上，通过真空气相沉积得到一体化第一导电部122和第三导电部132。在第一导电部122和第三导电部132的对侧，将在过渡区120和焊接区130内的复合集流体的其中一部分，通过激光加工去除，分别形成第二加工空位124和第四加工空位133。其中，从涂料区110向焊接区130，第二加工空位124的深度从2μm逐步增至3μm，第四加工空位133各处的深度均为3μm。由此，在过渡区120内的阻电膜100的剩余部分形成阻电部123，且焊接区130内的阻电膜100被完全去除。另外，在涂料区110内剩余的下导电层300形成第二导电层113，第一导电层111和第二导电层113之间的阻电膜100形成阻电基膜112。在第二加工空位124和第四加工空位133上，通过真空气相沉积得到一体化的第二导电部125和第四导电部134。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种集流体，其特征在于，包括依次连接的涂料区、过渡区和焊接区；
所述涂料区包括第一导电层、阻电基膜和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层分别设于所述阻电基膜的相对表面；
所述过渡区包括第一导电部、阻电部和第二导电部，沿所述集流体厚度方向，所述第一导电部、所述阻电部和所述第二导电部依次连接；
所述焊接区包括第三导电部和第四导电部，沿所述集流体厚度方向，所述第三导电部和所述第四导电部相连接。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述涂料区的面积大于所述过渡区和所述焊接区的面积之和。
3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，从所述涂料区向所述焊接区，所述阻电部的厚度逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述阻电部为由平面、第一弧面和第二弧面围成的区域，所述第一弧面和所述第二弧面之间的夹角与所述平面相对，且所述平面连接于所述涂料区，所述夹角连接于所述焊接区。
5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层的厚度范围均为0.1～30μm。
6.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述阻电基膜的厚度范围为0.5～50μm。
7.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一导电层、所述第二导电层、所述第一导电部、所述第二导电部、所述第三导电部和所述第四导电部的材料为金属或合金，其中，所述金属为铝、铜、镍和钛中的至少一种，所述合金为铝合金、铜合金、镍合金和钛合金中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述阻电基膜和所述阻电部的材料为聚合物，所述聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的至少一种。
9.一种集流体制备方法，用于制备权利要求1-8中的任一项所述的集流体，其特征在于，包括：
将阻电膜依次划分为涂料区、过渡区和焊接区；
将在所述过渡区和所述焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第一加工空位和第三加工空位；
在所述第一加工空位和所述第三加工空位上分别复合第一导电部和第三导电部；
在所述第一导电部和所述第三导电部的对侧，将在所述过渡区和所述焊接区内的阻电膜的其中一部分通过加工去除，分别形成第二加工空位和第四加工空位，使得所述过渡区内的阻电膜的剩余部分形成阻电部，且所述焊接区内的阻电膜被完全去除；
在所述第二加工空位和所述第四加工空位上分别复合第二导电部和第四导电部；
在所述涂料区内的所述阻电膜的相对表面分别复合第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间的阻电膜形成阻电基膜。
10.根据权利要求9所述的集流体制备方法，其特征在于，所述第一加工空位、所述第二加工空位、所述第三加工空位和所述第四加工空位的加工方式为机械加工、激光加工、离子束加工、化学加工中的至少一种。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210445391.2A CN116995241A (zh) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | 一种集流体及其制备方法 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202210445391.2A Pending CN116995241A (zh) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | 一种集流体及其制备方法 |
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2022
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