CN211088396U

CN211088396U - 正极集流体、正极片及电池

Info

Publication number: CN211088396U
Application number: CN202020013752.2U
Authority: CN
Inventors: 张芹
Original assignee: Shenzhen Haihong New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2030-01-03

Abstract

本申请提供了正极集流体、正极片及电池，涉及电池极片技术领域。正极集流体包括基膜和设置在基膜表面上的功能层，第一功能层包括依次叠层设置于第一表面的粘接层、导流层以及保护层。第一功能层划分有第一功能段和第二功能段，第一功能段的厚度大于第二功能段的厚度。第二功能层的表面为涂覆区，该结构使得涂覆区能够涂覆更多的活性物质，提高正极集流体的能量密度。第一功能层包括极耳段，在极耳段和第一涂覆段与第二功能段之间设有第一涂覆段，使得第一涂覆段的厚度与极耳段的厚度相等。该结构通过增加涂覆段与极耳段连接处的功能层厚度，提高涂覆区与极耳区连接处的导电性和导流能力，提高正极集流体的综合过流能力。

Description

正极集流体、正极片及电池

技术领域

本申请涉及电池极片技术领域，具体而言，涉及正极集流体、正极片及电池。

背景技术

集流体作为锂离子电池的重要组成部分，起着支撑活性物质以及导通电流的作用。正极集流体一般包括涂覆正极活性物质的膜片区和同顶盖焊接的极耳区。目前的正极集流体的箔材是等厚的，该结构存在材料浪费、成本较高的问题。有研究报道减小膜片区的厚度以降低成本，但该结构存在导电性能下降、导流能力降低的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供正极集流体、正极片及电池，以改善正极集流体导电性能和导流能力低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种正极集流体，包括：基膜和设置在基膜表面上的功能层，基膜具有相背设置的第一表面和第二表面，第一表面设有第一功能层，第二表面设有第二功能层。第一功能层包括依次叠层设置的粘接层、导流层以及保护层，粘接层设置于第一表面。第一功能层在平行于第一表面的方向上划分有第一功能段和第二功能段，第一功能段的厚度大于第二功能段的厚度。第一功能段包括第一涂覆段和极耳段，第一涂覆段的表面用于涂覆材料，极耳段的表面用于与极耳连接，第一涂覆段设置于极耳段与第二功能段之间。

该正极集流体采用不等厚度的功能层，使得第二功能层的厚度小于第一功能层的厚度。第二功能层的表面为涂覆区，该结构使得涂覆区能够涂覆更多的活性物质，提高正极集流体的能量密度。第一功能层包括极耳段，极耳段的表面为极耳区，用于与极耳连接。在极耳段与第二功能段之间设有第一涂覆段，第一涂覆段的厚度与极耳段的厚度相等。该结构通过增加涂覆段与极耳段连接处的功能层的厚度，提高涂覆区与极耳区连接处的导电性和导流能力，提高正极集流体的综合过流能力。

在一种可能的实现方式中，第一功能段的厚度与第二功能段的厚度的比值为(5-25)：(1-15)。

第一功能段的厚度与第二功能段的厚度影响极耳区与涂覆区之间的导流能力，经过大量的试验研究，当第一功能段的厚度与第二功能段的厚度比例在上述范围内，能够保证极耳区的导电能力的同时，较大程度提高涂覆区的导电能力。

在一种可能的实现方式中，第一涂覆段的表面在平行于第一表面的方向上的尺寸为0.5nm-25nm。

第一涂覆段为涂覆区加厚处，第一涂覆段的的加厚宽度为上述范围值时，能够较好提高正极集流体的过流能力。

在一种可能的实现方式中，第二功能段包括第二涂覆段和第三涂覆段，第二涂覆段设置于第一涂覆段和第三涂覆段之间，第二涂覆段的厚度由第一涂覆段向第三涂覆段的方向逐渐减小。

第二涂覆段与第一涂覆段连接，该结构使得第一涂覆段的厚度与第二涂覆段的厚度变化逐渐减小，提高了第二功能段与第一功能段的导流能力，进而提高功能层的综合过流能力。同时，该结构避免了由于功能层的厚度不同而出现死皱、鼓劲的膜面缺陷。

在一种可能的实现方式中，第二涂覆段的表面为平面或曲面。第二涂覆段的表面可以根据需要调整表面形状，使得正极集流体在实际应用时不受弯曲、弯折的影响。

在一种可能的实现方式中，第二涂覆段的表面和第三涂覆段的表面均为平面，第二涂覆段的表面与第三涂覆段的表面形成夹角，夹角为1-50度。由于第二涂覆段的厚度是变化的，当第二功能段为上述结构时，功能层的导流能力较好。

在一种可能的实现方式中，导流层包括交替叠层设置的金属层和加固层，金属层的厚度为20-1500nm，层数为2-50层，加固层的厚度为2-50nm，层数为1-49层。基膜的厚度为1.2μm-12μm，粘接层的厚度为2-50nm，保护层的厚度为2-50nm。

金属层和加固层在上述层厚度范围内交替叠层设置，能够较大程度保证导流层的导流能力，同时导流层具有较好的稳固性。基膜、粘接层、导流层和保护层在上述厚度范围内，粘接层能够使导流层与基膜连接稳固，使得正极集流体具有较好的剥离强度。

在一种可能的实现方式中，第二功能层的结构与第一功能层的结构相同，第二功能层与第一功能层相对基膜对称设置。该结构使得功能层具有较高的导流能力。

第二方面，提供了一种正极片，包括上述正极集流体，以及活性物质，活性物质设置于第一涂覆段以及第二功能段的表面。

该正极片采用本申请提供的正极集流体，能够涂覆较多量的活性物质，提高正极集流体的能量密度。并且该正极集流体的涂覆区对应的功能层与极耳段的连接处厚度增大，进一步提高正极片的导电性和导流能力。

第三方面，提供了一种电池，包括壳体、电芯、绝缘件以及顶盖组件，电芯收容于壳体的内部，绝缘件设置于电芯与壳体之间，顶盖组件盖设于壳体，且通过极耳与电芯连接。电芯包括负极片、隔膜层、外壳以及上述正极片，负极片、隔膜层以及正极片设置于外壳内。

该电池中的正极片具有较高的导电性和导流能力，使得含有该正极片的电芯的能量密度能够提高0.5-2％，使得电池具有较高的电容量，扩大电池的使用范围，可以应用在电量需求较大的设备上。

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为本申请实施例提供的正极集流体的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的正极集流体的另一种状态的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的正极集流体的层厚度不变的部分的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的正极集流体划分的结构示意图；

图5为图4中的正极集流体另一视角的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种正极集流体的结构示意图；

图7为图6中的正极集流体的另一视角的结构示意图；

图8为多个图6中的正极集流体的结构示意图；

图9为本实施例提供的多个又一种正极集流体的结构示意图。

图标：100-正极集流体；110-基膜；111-第一表面；112-第二表面；120-功能层；121-第一功能层；122-第二功能层；130-粘接层；140-导流层；141-金属层；143-加固层；150-保护层；210-第一功能段；211-第一涂覆段；212-第一涂覆区；213-极耳段；214-极耳区；220-二功能段；221-第二涂覆段；222-第二涂覆区；223-第三涂覆段；224-第三涂覆区。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于段分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。

请参照图1和图2，图1为本实施例提供的正极集流体100的结构示意图，图2为本申请实施例提供的正极集流体100另一种状态的结构示意图。

本实施例提供一种正极集流体100，用于锂电池的电芯中，将电池的活性物质产生的电流汇集并对外输出。正极集流体100为多层结构，包括基膜110和设置在基膜110上的功能层120。在本申请的实施例中，基膜110的材质可以为邻苯基苯酚(OPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、流延聚丙烯(CPP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)，优选地，基膜110的材质为PET、PPS或PEN。基膜110可以采用任一种材料，或两种以上的材料得到复合膜。在本申请的部分实施例中，基膜110为基膜110。上述材质的基膜110重量较轻，拉伸性能好，与功能层120的粘接强度好。在本申请部分实施例中，基膜110的厚度为1.2μm-12μm，其中，基膜110的厚度可以为1.2μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm或12μm。

请参照图2，基膜110的上表面为第一表面111，下表面为第二表面112。在本申请实施例中，第一表面111和第二表面112均设有功能层120，进一步地，第一表面111设有第一功能层121，第二表面112设有第二功能层122。在本申请的其他实施例中，基膜110的第一表面111或第二表面112设有功能层120，根据实际需要进行调整。本实施例中，第一功能层121与第二功能层122的结构相同，且第一功能层121与第二功能层122相对基膜110对称设置。下面以第一功能层121为例进行详细说明。

请参照图1和图2，第一功能层121包括依次叠层设置的粘接层130、导流层140以及保护层150，粘接层130设置于第一表面111。请参照图3，图3为正极集流体100中层厚度不变的部分的结构示意图。导流层140包括交替叠层设置的金属层141和加固层143，图中虚线段表示省略的多层结构。可以理解为，第一功能层121中的粘接层130设置于第一表面111上，粘接层130上设置一层金属层141，在该金属层141上设置一层加固层143，再在该加固层143上设置一层金属层141，根据实际需求，如调节导流层140的导电率，继续交替设置金属层141和加固层143，使得导流层140为金属层141和加固层143交替叠层设置的层结构。然后在导流层140的表面设置保护层150。在本实施例中，导流层140的最外层为金属层141，保护层150设置于最外层的金属层141上。

图1为正极集流体100的最小单元结构示意图，图2为多个未切割的正极集流体100的结构示意图。在制备正极集流体100的过程中，基膜110为连续的膜结构，在基膜110上依次形成具有一定结构的粘接层130、导流层140和保护层150，然后再根据需要对长度较长的膜进行切割，得到正极集流体100。

在本申请的部分实施例中，粘接层130为非金属镀膜，非金属包括SiC、Si₃N₄、SiO_x(1.5≤x≤2)以及AlO_x(1≤x≤1.5)中的至少一种。非金属粘结层可以通过电子束蒸镀或其他方式直接将上述化合物镀至基膜110上，也可以通过类似化学气相沉积(CVD)的方式，直接利用金属蒸气、有机金属源和氧气、水等氧源反应而成，本申请对其不做限定。在本申请部分实施例中，粘接层130的厚度为2-50nm，该结构的粘接层130能够稳固连接基膜110与导流层140、保护层150，较大程度保证正极集流体100的使用性能。可选地，当粘结层为AlO_x(1≤x≤1.5)时，粘接层130的厚度为8-20nm；当粘结层为SiO_x(1.5≤x≤2)时，粘接层130的厚度为10-40nm。可选地，粘接层130的厚度可以为2nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm或50nm。

现有的正极集流体100一般为铝箔，在本申请实施例中，正极集流体100中的金属层141为铝层或铝合金。在本申请部分实施例中，金属层141的厚度为20-1500nm，可选地，金属层141的厚度为20-1000nm，进一步的，金属层141的厚度可以为20nm、100nm、200nm、500nm、700nm、800nm、1000nm、1200nm、1300nm或1500nm。

本申请中的加固层143为致密的非金属层141，成分为金属氧化物。在本申请的部分实施例中，加固层143为AlO_x(1≤x≤1.5)。加固层143的厚度为2-50nm，可选地，加固层143的厚度可以为3-6nm，也可以为2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。本申请中的加固层143可以采用蒸镀或静止熟化的方法制备。本申请中的金属层141和加固层143组成导流层140，在上述金属层141和加固层143的厚度范围内，金属层141的个数可以为2-50层，加固层143的个数可以为1-49层，即金属层141的层数比加固层143的层数多一层。

正极集流体100最外层设置保护层150是为了避免金属层141氧化，保护层150为抗氧化层。在本申请的部分实施例中，保护层150为非金属层141或金属层141，当保护层150为金属层141时，金属可以为Ni，当保护层150为非金属层141时，非金属可以为SiC、Si₃N₄、SiO_x(1.5≤x≤2)或AlO_x(1≤x≤1.5)。保护层150的厚度为2-50nm，可选地，保护层150的厚度可以为3-12nm，也可以为2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。

现有的集流体为等厚结构，本申请发明人在实际应用中发现由于涂覆活性物质的区域对导电能力要求不高，而为了保证与极耳连接区域的导电能力，涂覆活性物质的区域的厚度较大，导致其导电能力过剩，浪费材料，提高了成本。

本申请提出对正极集流体100进行不等厚设计，使得极耳区214对应的功能层120的厚度大于涂覆区对应的功能层120的厚度，在保证正极集流体100的过流能力的基础上，降低涂覆区对应的功能层120的厚度，增大涂覆区上涂覆的活性物质的量，提高含有该正极集流体100的电芯的能量密度，使正极集流体100的成本降低3-30％。

请参照图4，图4为本申请正极集流体100划分的结构示意图。在本申请的实施例中，第一功能层121在平行于第一表面111的方向上划分有第一功能段210和第二功能段220，第一功能段210的厚度大于第二功能段220的厚度。进一步地，为了保证极耳区214的导电能力的同时，较大程度提高涂覆区的导电能力，第一功能段210的厚度与第二功能段220的厚度的比值为(5-25)：(1-15)。在本申请的部分实施例中，第一功能段210的厚度为500nm-2500nm，第二功能段220的厚度为100nm-1500nm。可选地，第一功能段210的厚度为500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2300nm或2500nm，第二功能段220的厚度为100nm、500nm、800nm、1000nm、1200nm或1500nm。

请参照图4和图5，图5为图4中的正极集流体100的另一视角的结构示意图。第一功能段210包括第一涂覆段211和极耳段213，极耳段213的表面为极耳区214，用于与极耳连接；第一涂覆段211的表面为第一涂覆区212，用于涂覆活性材料，第二功能段220的表面为涂覆区的一部分，用于涂覆活性材料。第一涂覆段211设置于极耳段213与第二功能段220之间，即极耳段213、第一涂覆段211和第二功能段220依次连接。该结构相较于极耳区214对应的功能层120的厚度大于涂覆区对应的功能层120的厚度的结构，增加了涂覆区所对应的功能层120靠近极耳区214的一侧的厚度。由于正极集流体100对极耳界面的导流能要求较高，该结构提高了涂覆区与极耳区214连接处的导电性和导流能力，避免出现短板效应。

为了进一步提高正极集流体100的过流能力，第一涂覆段211的表面在平行于第一表面111的方向上的尺寸为0.5nm-25nm。可以理解为第一涂覆区212的宽度为0.5nm-25nm。可选地，第一涂覆区212的宽度为1nm-15nm。第一涂覆区212的宽度可以为0.5nm、1nm、5nm、10nm、15nm、20nm或25nm。

请参照图6和图7，图6为本申请正极集流体100的另一种结构示意图，图7为图6中的正极集流体100的另一视角的结构示意图。本申请发明人经研究发现上述结构的功能层120的导流能力存在一定的限制，为了突破该限制，本申请发明人对第二功能段220的结构进行改进。在本申请的实施例中，第二功能段220包括第二涂覆段221和第三涂覆段223，第二涂覆段221的表面为第二涂覆区222，第三涂覆段223的表面为第三涂覆区224，第二涂覆段221设置于第一涂覆段211和第三涂覆段223之间，第二涂覆段221的厚度由第一涂覆段211向第三涂覆段223的方向逐渐减小。即第一涂覆段211、第二涂覆段221和第三涂覆段223依次连接组成涂覆段，第一涂覆区212、第二涂覆区222和第三涂覆区224形成涂覆区，第一涂覆段211的厚度与极耳区214的厚度相等，第三涂覆段223的厚度与第二功能段220的厚度相等，第二涂覆段221的厚度由第一涂覆段211向第三涂覆段223的方向逐渐减小。该结构提高了第二功能段220与第一功能段210的接触面积，提高了第二功能段220与第一功能段210连接处的导流能力，进而提高功能层120的综合过流能力。同时该结构避免了在功能层120的厚度不同位置出现死皱、鼓劲的膜面缺陷。

进一步的，第二涂覆段221的表面为平面或曲面，即第二涂覆区222为平面或曲面。请参照图6，在本申请实施例中，第一功能段210的表面为平面，优选地，第二涂覆段221的表面与第一功能段210的表面形成夹角α，当夹角为1-50度时，功能层120的过流能力较好，可选的，夹角为1-30度。请参照图6和图8，图8为多个图6中的正极集流体100的结构示意图。当第二涂覆段221的表面与第三涂覆段223的表面均为平面时，第一功能层121的表面为阶梯状。请参照图9，图9为又一种多个正极集流体100连接一起时的结构示意图。当第二涂覆段221的表面与第三涂覆段223的表面均为曲面时，第一功能层121的表面为波浪状。在本申请的其他实施例中，第二涂覆段221的表面与第三涂覆段223的表面形状可以根据需要改变，本申请对其不做限定。

本申请提供的正极集流体100具有不等厚度的功能层120，第二功能层122的厚度小于第一功能层121的厚度，第二涂覆段221、第三涂覆段223的厚度小于极耳段213的厚度，使得涂覆区能够涂覆更多的活性物质，提高正极集流体100的能量密度。

进一步地，极耳段213与第二功能段220之间设有第一涂覆段211，第一涂覆段211的厚度与极耳段213的厚度相等。通过增加涂覆区所对应的功能层120的厚度，提高了涂覆区与极耳区214连接处的导电性和导流能力。

更进一步地，第二涂覆段221的厚度由第一涂覆段211向第三涂覆段223的方向逐渐减小，提高了第二功能段220与第一功能段210的接触面积，提高了第二功能段220与第一功能段210连接处的导流能力，进而提高功能层120的综合过流能力。

本申请还提供了一种电池(图未示)，包括壳体、电芯、绝缘件以及顶盖组件，电芯收容于壳体的内部，绝缘件设置于电芯与壳体之间，顶盖组件盖设于壳体，且通过极耳与电芯连接。该电芯包括负极片、隔膜层、外壳以及正极片，负极片、隔膜层以及正极片设置于外壳内。正极片包括正极集流体100以及活性物质，活性物质涂覆于第一涂覆段211以及第二功能段220的表面。该正极集流体100能够涂覆较多的活性物质，进而具有较高的能量密度，使得含有该正极片的电芯的能量密度能够提高0.5-2％，使得电池具有较高的电容量，扩大电池的使用范围，可以应用在电量需求较大的设备上。

以上所述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

1.一种正极集流体，其特征在于，包括：基膜和设置在所述基膜表面上的功能层，所述基膜具有相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第一功能层，所述第二表面设有第二功能层；

所述第一功能层包括依次叠层设置的粘接层、导流层以及保护层，所述粘接层设置于所述第一表面；

所述第一功能层在平行于所述第一表面的方向上划分有第一功能段和第二功能段，所述第一功能段的厚度大于所述第二功能段的厚度；

所述第一功能段包括第一涂覆段和极耳段，所述第一涂覆段的表面用于涂覆材料，所述极耳段的表面用于与极耳连接，所述第一涂覆段设置于所述极耳段与所述第二功能段之间。

2.根据权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述第一功能段的厚度与所述第二功能段的厚度的比值为(5-25)：(1-15)。

3.根据权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述第一涂覆段的表面在平行于所述第一表面的方向上的尺寸为0.5nm-25nm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的正极集流体，其特征在于，所述第二功能段包括第二涂覆段和第三涂覆段，所述第二涂覆段设置于所述第一涂覆段和所述第三涂覆段之间，所述第二涂覆段的厚度由所述第一涂覆段向所述第三涂覆段的方向逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的正极集流体，其特征在于，所述第二涂覆段的表面为平面或曲面。

6.根据权利要求5所述的正极集流体，其特征在于，所述第二涂覆段和所述第三涂覆段的表面均为平面，所述第二涂覆段与所述第三涂覆段的表面形成夹角，所述夹角为1-50度。

7.根据权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述导流层包括交替叠层设置的金属层和加固层，所述金属层的厚度为20-1500nm，层数为2-50层，所述加固层的厚度为2-50nm，层数为1-49层；所述基膜的厚度为1.2μm-12μm，所述粘接层的厚度为2-50nm，所述保护层的厚度为2-50nm。

8.根据权利要求1至3任一项所述的正极集流体，其特征在于，所述第二功能层的结构与所述第一功能层的结构相同，所述第二功能层与所述第一功能层相对所述基膜对称设置。

9.一种正极片，其特征在于，包括：

如权利要求1至8任一项所述的正极集流体，以及

活性物质，所述活性物质设置于所述第一涂覆段以及所述第二功能段的表面。

10.一种电池，其特征在于，包括壳体、电芯、绝缘件以及顶盖组件，所述电芯收容于所述壳体的内部，所述绝缘件设置于所述电芯与所述壳体之间，所述顶盖组件盖设于所述壳体，且通过极耳与所述电芯连接；

所述电芯包括负极片、隔膜层、外壳以及如权利要求9任一项所述的正极片，所述负极片、所述隔膜层以及所述正极片设置于所述外壳内。