CN203398227U - 锂离子电池正极集流体结构及包含该结构的电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极集流体结构，包括铝合金层和包覆于所述铝合金层的铝层，所述铝层包括第一铝层和第二铝层，所述铝合金层设置于所述第一铝层和所述第二铝层之间。本实用新型设置的结构比相同厚度的铝箔集流体结构具有更高的强度，从而可以降低正极集流体厚度和提高电池的能量密度，铝合金层的上下表面分别包覆有第一铝层和第二铝层，避免了正极对铝合金层本体材料的腐蚀，同时不容易产生打皱和断带的问题。此外，本实用新型还公开了一种锂离子电池。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极集流体结构及包含该结构的电池。
背景技术
由于电子元件和应用的集成度越来越高，消费类电池产品对于锂离子电池能量密度和电池性能提升的要求越来越迫切．为了提升锂离子电池的能量密度，锂离子电池制造厂商们试图把铝箔厚度不断降低，从而在电池内部挤出额外的空间来放置更多的活性物质．但是，随着铝箔厚度的降低，铝箔的整体强度也会相应降低，导致在涂布和冷压工序中很容易出现打皱和断带，影响了正常的量产化应用。
为了提高正极集流体的强度，业内有尝试采用强度更高的金属箔材如铜箔、镍箔来替换铝箔做为正极集流体，但是发现铜箔和镍箔用在正极时会被氧化然后发生铜离子／镍离子溶解到电池中的问题；业内也有采用在铝箔中添加合金元素来增强铝箔的强度，但是发现充放电过程中合金化的铝箔表面会发生点蚀现象。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池正极集流体结构，该正极集流体结构降低正极集流体厚度和提高电池的能量密度，大幅提高集流体的拉伸强度，而且避免了正极对铝合金层本体材料的腐蚀，同时不容易产生打皱和断带的问题。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种锂离子电池正极集流体结构，该技术方案如下：一种锂离子电池正极集流体结构，包括铝合金层和包覆于所述铝合金层的铝层，所述铝层包括第一铝层和第二铝层，所述铝合金层设置于所述第一铝层和所述第二铝层之间，铝合金层提升集流体的整体强度，避免了铝合金层主体材料被正极腐蚀。
一般的，铝合金不能单独作为正极集流体，因为合金成分存在会导致铝合金表层很难形成致密的氧化膜，从而导致合金元素被正极氧化，然后以金属阳离子的形式进入电池中，产生电池安全隐患。另外，失去致密氧化膜的保护，锂离子很容易进入正集流体中和铝原子发生合金化反应生成铝锂合金，从而导致集流体的破坏和电池容量的损失。
所述第一铝层包覆于所述铝合金层的上表面及周沿，所述第二铝层包覆于所述铝合金层的下表面。
所述第一铝层包覆于所述铝合金层的上表面，所述第二铝层包覆于所述铝合金层的下表面及周沿。
所述铝合金层的厚度为1～15ｕｍ，所述铝合金层的厚度需要考虑铝合金层的强度，厚度设计原则以确保“铝合金层的拉伸强度和铝合金层的厚度之乘积”不低于“锂离子电池商业化铝箔拉伸强度和铝箔厚度之乘积”。
优选的，所述铝合金层的厚度为2～6ｕｍ。
所述第一铝层和所述第二铝层的厚度均为0.1～2ｕｍ，所述第一铝层和所述第二铝层的纯度在98.8％以上，所述第一铝层和所述第二铝层的厚度不能太薄，否则生成的氧化铝保护膜不够致密；同时也不能太厚，否则会影响集流体的整体强度。
优选的，所述第一铝层和所述第二铝层的厚度均为0.5～1.5ｕｍ。
所述铝合金层中的合金元素为铜、镁、硅、锌、铁和铬中的至少一种，所述合金元素的总含量至少占所述铝合金层总含量的2%。
所述铝合金层的拉伸强度至少为250MPa，但是考虑到集流体强度太大，会影响集流体在卷绕结构中的使用，所以铝合金层的强度范围优选为300MPa~750MPa。
本实用新型还提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜以及电解液，所述正极极片采用的集流体结构为上述的锂离子电池正极集流体结构。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型包括铝合金层和包覆于所述铝合金层的铝层，所述铝层包括第一铝层和第二铝层，所述铝合金层设置于所述第一铝层和所述第二铝层之间。本实用新型设置的结构比相同厚度的铝箔集流体结构具有更高的强度，从而可以降低正极集流体厚度和提高电池的能量密度，铝合金层的上下表面分别包覆有第一铝层和第二铝层，避免了正极对铝合金层本体材料的腐蚀，同时不容易产生打皱和断带的问题。
附图说明
图1为本实用新型的截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型及其有益效果进行详细说明，但本实用新型的实施例不限于此。
实施例1，如图1所示，一种锂离子电池正极集流体结构，包括铝合金层1和包覆于铝合金层1的铝层，铝层包括第一铝层2和第二铝层3，铝合金层1设置于第一铝层2和第二铝层3之间。
第一铝层2包覆于铝合金层1的上表面及周沿，第二铝层3包覆于铝合金层1的下表面。
铝合金层1的拉伸强度为260MPa，第一铝层2和第二铝层3的厚度均为0.5ｕｍ，铝合金层1厚度为8ｕｍ。采用钴酸锂做为本实施例的正极材料，按照正极配方（钴酸锂：PVDF: SP=96.0%:2.0%:2.0%）搅拌制备得到正极浆料，然后将正极浆料在上述结构集流体上涂布制备得到正极极片，然后将正极极片冷压。整个浆料的制备、涂布、冷压都按照同一规范化参数设置和标准进行，我们对2000ｍ极片的整个生产过程进行监控，记录膜片打皱和断带出现的次数，并记录于表1。另外，正极集流体中所采用的铝合金层的拉伸强度数据也记录于表1，用于对比。
优选的，铝合金层1中的合金元素为铜、镁、硅、锌、铁和铬中的至少一种，合金元素的总含量至少占铝合金层总含量的2%。
一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置于正极极片和负极极片之间的隔膜以及电解液，正极极片采用的集流体结构为上述的锂离子电池正极集流体结构。
实施例2，与实施例1不同的是：本实施例的第一铝层2包覆于铝合金层1的上表面，第二铝层3包覆于铝合金层1的下表面及周沿。
铝合金层1的拉伸强度为300MPa，第一铝层2和第二铝层3的厚度均为2ｕｍ，铝合金层1厚度为15ｕｍ。
其它的与实施例1相同，这里不再重复。
实施例3，与实施例2不同的是：本实施例的铝合金层1的拉伸强度为250MPa，第一铝层2和第二铝层3的厚度均为1.5ｕｍ，铝合金层1厚度为6ｕｍ。
其它的与实施例2相同，这里不再重复。
实施例4，与实施例3不同的是：本实施例的铝合金层1的拉伸强度为520MPa，第一铝层2和第二铝层3的厚度均为1.0ｕｍ，铝合金层1厚度为2ｕｍ。
其它的与实施例3相同，这里不再重复。
实施例5，与实施例4不同的是：本实施例的铝合金层1的拉伸强度为250MPa，第一铝层2和第二铝层3的厚度均为0.1ｕｍ，铝合金层1厚度为1ｕｍ。
其它的与实施例4相同，这里不再重复。
对比例1，与实施例1不同的是：本对比例采用锂离子电池商业化铝箔作为正极集流体，铝箔的拉伸强度为175MPa，铝箔厚度为12ｕｍ。
其它的与实施例1相同，这里不再重复。
对比例2，与对比例1不同的是：本对比例采用锂离子电池商业化铝箔作为正极集流体，铝箔的拉伸强度为200MPa，铝箔厚度为15ｕｍ。
其它的与对比例1相同，这里不再重复。
对比例3，与对比例2不同的是：本对比例采用锂离子电池商业化铝箔作为正极集流体，铝箔的拉伸强度为150MPa，铝箔厚度为8ｕｍ。
其它的与对比例2相同，这里不再重复。
表1，实施例1~5和对比例1~3所采用的正极集流体厚度（如对比例），铝合金层厚度（如实施例），正极极片涂布＆冷压过程中所出现的极片打皱＆断带次数对比：
| 铝合金层厚度/铝箔厚度(um) | 铝合金层强度/铝箔强度(MPa) | 极片打皱次数 | 极片断带次数 | |
| 实施例1 | 8 | 260 | 0 | 0 |
| 实施例2 | 15 | 300 | 0 | 0 |
| 实施例3 | 6 | 250 | 0 | 0 |
| 实施例4 | 2 | 520 | 0 | 0 |
| 实施例5 | 1 | 250 | 0 | 0 |
| 对比例1 | 12 | 175 | 15 | 16 |
| 对比例2 | 15 | 200 | 10 | 20 |
| 对比例3 | 6 | 150 | 50 | 16 |
从表1中可以看出，采用本实用新型提出的正极集流体结构后，正极集流体的厚度可以大幅降低（无极片打皱和断带的问题），这为电芯能量密度进一步提高提供了一个机会。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (8)
1.一种锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：包括铝合金层和包覆于所述铝合金层的铝层，所述铝层包括第一铝层和第二铝层，所述铝合金层设置于所述第一铝层和所述第二铝层之间。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述第一铝层包覆于所述铝合金层的上表面及周沿，所述第二铝层包覆于所述铝合金层的下表面。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述第一铝层包覆于所述铝合金层的上表面，所述第二铝层包覆于所述铝合金层的下表面及周沿。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述铝合金层的厚度为1～15ｕｍ。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述铝合金层的厚度为2～6ｕｍ。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述第一铝层和所述第二铝层的厚度均为0.1～2ｕｍ。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极集流体结构，其特征在于：所述第一铝层和所述第二铝层的厚度均为0.5～1.5ｕｍ。
8.一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜以及电解液，其特征在于：所述正极极片采用的集流体结构为权利要求1~7任一项所述的锂离子电池正极集流体结构。
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| CN103384012A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-11-06 | 东莞新能源科技有限公司 | 锂离子电池正极集流体结构及包含该结构的电池 |
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