CN117038858A - 一种涂炭铝箔及包含该涂炭铝箔的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种涂炭铝箔及包含该涂炭铝箔的电池，所述涂炭铝箔，包括铝箔基材以及位于所述铝箔基材至少一侧的复合导电层；所述复合导电层由若干呈岛状分布在铝箔基材表面的导电喷涂点构成。本申请中的这种涂炭铝箔技术相比于全涂的涂炭铝箔和不涂的光铝箔，具有降低厚度、增加电芯设计容量、减少复合导电层材料的用量、提升极板剥离力和降低接触内阻等优势。这些优势可以提高电池的性能和稳定性，同时降低制造成本，使得该技术在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种涂炭铝箔及包含该涂炭铝箔的电池。
背景技术
锂离子电池作为一种重要的能源储存技术，目前在新能源汽车、工商业储能和家用储能等领域得到了广泛应用。为了提高生产效率，锂离子电池的正极和负极活性材料以及其他辅助材料按比例混合后，涂布在铝箔或铜箔上形成正极板和负极板，然后通过卷绕或叠片的方式组装成电池。正极和负极板需要承载活性物质并保证其不脱落，同时还要具备良好的电子传导性能，以确保低接触阻抗。
由于正极活性物质颗粒较大，导电性较差，涂布后正极颗粒与铝箔之间只有点接触，导致电子传导效率低，接触阻抗较大。为了解决这一问题，现有技术中在光滑的铝箔表引入了一层复合导电层面。复合导电层的引入增强了活物质层与铝箔之间的粘结力，并扩展了电子的传导路径，从而提高了正极板的剥离强度并降低了接触内阻。然而，由于涂布工艺的限制，复合导电层通常具有较高的面密度和较厚的厚度。
这种情况在一定程度上压缩了活性物质层的厚度，降低了电池的设计容量。另外，复合导电层通常需要添加昂贵的碳纳米管材料，增加了电池的原材料成本。因此，为了进一步优化锂离子电池的性能和降低成本，有必要开发一种新型涂炭铝箔。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的铝箔具有粘结力较弱同时接触阻抗较大的缺陷，而现有的涂碳铝箔由于其较高的面密度和较厚的厚度导致压缩了活性物质层的厚度，降低了电池的设计容量，为此提出了一种涂炭铝箔及包含该涂炭铝箔的电池以克服上述不足之处。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明首先提供了一种涂炭铝箔，
包括铝箔基材以及位于所述铝箔基材至少一侧的复合导电层；
所述复合导电层由若干呈岛状分布在铝箔基材表面的导电喷涂点构成。
传统的全涂涂炭铝箔需要在整个表面均匀涂覆复合导电层，因此传统的全涂涂炭铝箔通常具有较高的面密度和较厚的厚度。而本技术通过采用导电喷涂点的方式构成复合导电层，可以实现更薄的涂炭层。这意味着在同样的电池尺寸下，涂炭铝箔所占据的空间更小，可以为电池提供更多的活性物质层，从而提高了电芯的设计容量。
此外，由于涂炭铝箔的厚度较薄，可以在有限的电池壳空间内容纳更多的活性物质层。这样一来，电池的设计容量可以增加，提供更长的使用时间或更高的能量密度。因此，这种涂炭铝箔技术可以在不改变电池尺寸的情况下实现更高的能量输出。
另外，全涂的涂炭铝箔需要在整个表面均匀涂覆复合导电层，而本技术通过采用导电喷涂点构成复合导电层，可以减少材料的使用量。这不仅有助于降低涂炭铝箔的制造成本，还可以减少电池的原材料成本，进一步降低电池的整体成本。
而相较于不涂的光铝箔，本技术采用复合导电层，其中导电喷涂点呈岛状分布在铝箔基材表面。这种设计可以增加导电层与铝箔基材之间的粘结力，提高了极板的剥离强度。极板剥离力的提升有助于提高电池的结构稳定性和使用寿命。
此外，光铝箔表面与正极活性材料之间的接触是点接触，导致接触阻抗较大。而采用本技术的涂炭铝箔，复合导电层中的导电喷涂点可以提供更多的接触面积，增加了正极活性材料与铝箔之间的接触区域，从而降低了接触内阻，提高了电子传导效率。
因此，综上所述，本申请中的这种涂炭铝箔技术相比于全涂的涂炭铝箔和不涂的光铝箔，具有降低厚度、增加电芯设计容量、减少复合导电层材料的用量、提升极板剥离力和降低接触内阻等优势。这些优势可以提高电池的性能和稳定性，同时降低制造成本，使得该技术在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
作为优选，所述导电喷涂点的高度为0.1~4um。
本申请中的导电喷涂点的高度范围较低，其高度范围仅在0.1~4um之间，使得涂炭铝箔的涂层非常薄。相比于传统的复合导电层，这种薄的涂层厚度可以显著降低材料的使用量，从而降低了复合导电层的成本。并且，由于导电喷涂点的高度较低，涂炭铝箔所占据的空间相对较小。这意味着在同样的电池尺寸下，可以容纳更多的活性物质层，从而增加了电池的设计容量。这对于电池的能量输出和使用时间都具有积极的影响。导电喷涂点呈岛状分布在铝箔基材表面，可以实现较为均匀的导电层分布，从而可以提高电池的电子传导性能，减少电池内阻，提升电池的功率输出和充放电效率。
作为优选，所述导电喷涂点在所述铝箔基材上的投影半径r，满足0.2≤r≤10um。
作为优选，所述导电喷涂点覆盖密度满足以下条件：0.2≤p*πr2<1；
其中：p表示单位面积铝箔基材上喷涂点的个数。
作为优选，所述导电喷涂点覆盖密度为0.04 g/m2-2 g/m2。
通过发明人的试验测试发现通过控制导电喷涂点的覆盖密度，可以实现在铝箔基材上均匀分布的导电喷涂点。使得涂炭铝箔的导电层可以在整个表面上具有较为均匀的分布，提高了电流在箔片表面的传导性能。在本申请中导电喷涂点的覆盖密度较高，意味着导电点之间的间隙较小。这有助于减少导电层中的空隙，提高导电层的连续性和电子传导性能。减少空隙可以降低电池内阻，提高电池的功率输出和充放电效率。并且，覆盖密度较高的导电喷涂点意味着在单位面积上有更多的导电点存在。这样一来，可以增加导电层与正极活性材料之间的接触面积，提高接触性能。增加接触面积可以降低电池中的接触内阻，提高电子传导效率，从而提高电池的性能和功率输出。最后，通过增加导电喷涂点的覆盖密度，可以增加导电层与铝箔基材之间的粘结力。这有助于提高极板的剥离强度，增加电池的结构稳定性和循环寿命。
作为优选，所述复合导电层包含导电材料和粘结材料。
作为优选，所述导电材料占所述复合导电层的质量分数为5%~90%；
所述粘结材料占所述复合导电层的质量分数为10%~95%。
本申请中的复合导电层其制备原料由导电材料和粘结材料按照一定的配比制备得到，其中由于具有较高的导电材料质量分数，因此可以增加导电路径，提高导电层的电子传导性能，降低电池内阻，从而提高电池的功率输出和充放电效率。粘结材料在复合导电层中起到连接和粘结导电材料的作用。通过调节粘结材料的质量分数，可以优化粘结层的粘结强度，进而增加导电材料与粘结材料之间的粘结力，提高复合导电层的结构稳定性和耐久性。
作为优选，所述导电材料为石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
作为优选，所述粘结材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃类、聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚氨酯中的至少一种。
作为优选，所述导电喷涂点通过空气喷涂、高速旋转喷涂或丝网印刷涂覆在所述铝箔基材上，从而形成所述复合导电层。
第二方面，本发明还提供了一种电池，其包含如上任意一项所述涂炭铝箔。
因此，本发明具有以下有益效果:
本申请中的这种涂炭铝箔技术相比于全涂的涂炭铝箔和不涂的光铝箔，具有降低厚度、增加电芯设计容量、减少复合导电层材料的用量、提升极板剥离力和降低接触内阻等优势。这些优势可以提高电池的性能和稳定性，同时降低制造成本，使得该技术在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中涂炭铝箔示意图-俯视图。
图2为本发明实施例中涂炭铝箔示意图-侧视图。
图3 为实施例1~3中的涂炭铝箔示意图-侧视图。
其中，1-铝箔基材，2-复合导电层区域，21-导电喷涂点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.203g/m2。
实施例2
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.162g/m2。
实施例3
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.122g/m2。
实施例4
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.081g/m2。
实施例5
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.041g/m2。
实施例6
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为0.1 um，复合导电层涂覆面密度为0.041g/m2。
实施例7
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为1 um，复合导电层涂覆面密度为0.406g/m2。
实施例8
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例60:40，复合导电层厚度为4 um，复合导电层涂覆面密度为1.624g/m2。
实施例9
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例95:5，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.256g/m2。
实施例10
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例5:95，复合导电层厚度为0.5 um，复合导电层涂覆面密度为0.156g/m2。
对比例1
一种全涂涂炭铝箔，其结构如图3所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例90:10，复合导电层2厚度为1.5um，复合导电层涂覆面密度为0.741g/m2。
对比例2
一种全涂涂炭铝箔，其结构如图3所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例90:10，复合导电层厚度为1.0um，复合导电层涂覆面密度为0.494g/m2。
对比例3
一种全涂涂炭铝箔，其结构如图3所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例90:10，复合导电层厚度为0.5um，复合导电层涂覆面密度为0.247g/m2。
对比例4
一种涂炭铝箔，其结构如图1以及图2所示，包括铝箔基材1以及位于所述铝箔基材1两侧的复合导电层2；
所述复合导电层2由通过空气喷涂的方式涂覆在铝箔基材表面呈岛状分布的导电喷涂点21构成，复合导电层2中导电材料（导电炭黑SP）与粘结材料（聚偏氟乙烯）比例90:10，复合导电层厚度为5 um，复合导电层涂覆面密度为2.472g/m2。
对比例5
光铝箔。
将实施例1~10以及对比例1~5中制备得到的涂炭铝箔进行测试，测试过程如下：
（1）正极浆料的制备：将正极活性物质LFP、导电剂导电炭黑SP、导电剂碳纳米管CNT、粘结剂聚偏氟乙烯PVDF按重量比97:0.5:0.5:2依次加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，充分搅拌混合后，制得固含量为59％的正极浆料。
（2）然后将正极浆料均匀涂覆在上述实施例中规格的铝箔的正反两个表面上，在110℃下烘干，辊压至压实密度为2.1[g/cc]，得到正极膜片。
（3）测试得到的正极膜片的剥离力[N/m]和极片阻抗[Ω]。
测试结果如下表1所示：
表1
。
【测试分析】
从上表中的数据可知，本申请中涂炭铝箔由于其复合导电层由若干呈岛状分布在铝箔基材表面的导电喷涂点构成，相比于全涂的涂炭铝箔和不涂的光铝箔，具有降低厚度、增加电芯设计容量、减少复合导电层材料的用量、提升极板剥离力和降低接触内阻等优势。
Claims (10)
1.一种涂炭铝箔，其特征在于，
包括铝箔基材以及位于所述铝箔基材至少一侧的复合导电层；
所述复合导电层由若干呈岛状分布在铝箔基材表面的导电喷涂点构成。
2.根据权利要求1所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电喷涂点的高度为0.1~4um。
3.根据权利要求1所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电喷涂点在所述铝箔基材上的投影半径r，满足0.2≤r≤10um。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电喷涂点覆盖密度满足以下条件：0.2≤p*πr2<1；
其中：p表示单位面积铝箔基材上喷涂点的个数。
5.根据权利要求1所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述复合导电层包含导电材料和粘结材料。
6.根据权利要求5所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电材料占所述复合导电层的质量分数为5%~90%；
所述粘结材料占所述复合导电层的质量分数为10%~95%。
7.根据权利要求1或6所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电材料为石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
8.根据权利要求1或6所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述粘结材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃类、聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚氨酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种涂炭铝箔，其特征在于，
所述导电喷涂点通过空气喷涂、高速旋转喷涂或丝网印刷涂覆在所述铝箔基材上，从而形成所述复合导电层。
10.一种电池，其特征在于，包含如权利要求1~9中任意一项所述涂炭铝箔。
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| CN103620838A (zh) * | 2011-06-16 | 2014-03-05 | 株式会社神户制钢所 | 电极材料及其制造方法 |
| CN216389433U (zh) * | 2022-03-15 | 2022-04-26 | 广州巨湾技研有限公司 | 一种快充石墨负极极片及采用该极片的锂离子电池电芯 |
| CN116314623A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-23 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种复合正极极片、其制备方法及二次电池 |
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