CN211125821U - 一种高性能三维预涂集流体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高性能三维预涂集流体，包括集流体基材，所述集流体基材的至少一面设有涂覆区域，所述涂覆区域内设有若干贯穿的微孔，且所述涂覆区域内除微孔以外的区域附着有导电层。集流体基材表面的导电层可以提高活性物质对基材的附着力，降低内阻，微孔内腔则全部用于填充活性物质，提高活性物质的填充量及其与基材之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，同时水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电池的安全性、能量密度、生产效率、充放电倍率和循环寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及二次电池技术领域，具体涉及一种高性能三维预涂集流体。
背景技术
传统电池大多在二维的金属箔材表面涂布活性物质制成电极，为提高金属箔材与活性物质之间的粘接力，需要加入粘接剂，影响电池的能量密度和循环寿命，且这种无孔电极，水分的烘干及电解质的扩散一致性有限。
在金属箔材上设置通孔被认为是一种能改善电极电性能的方法，如公开为CN107871873A的中国专利所公开的，通过在金属箔表面分布微米级穿孔，可以增大活性物质与箔材之间的粘合面积，提高电解质的注入效率和水分烘干效率，提高电池的充放电倍率和产能。但是微孔周边可能产生裂纹、裂口等物理缺陷，限制了电池性能的改善幅度。
实用新型内容
为解决现有技术的上述问题，第一方面，提供一种高性能三维预涂集流体，充分结合预涂和微孔的优势，提高电池性能和生产效率；第二方面，提供一种应用该集流体的电池。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高性能三维预涂集流体，包括集流体基材，所述集流体基材的至少一面设有涂覆区域，所述涂覆区域内设有若干贯穿的微孔，且所述涂覆区域内除微孔以外的区域附着有导电层。
优选的，所述微孔为设置在所述集流体基材两面的、对穿的毛刺微孔，所述集流体基材的所述涂覆区域内除微孔以外的区域以及所述微孔的内外壁上附着有导电层。更优选的，所述微孔的孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。
优选的，所述导电层材质选自导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米管纤维中的至少一种，更优选包括导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种与碳纳米管纤维的混合物。
还提供一种应用该高性能三维预涂集流体的电池极片和电池。
本实用新型的有益效果：
集流体基材表面的导电层用于传导离子，提高活性物质对基材的附着力，微孔内腔则全部用于填充活性物质，提高活性物质的填充量及其与基材之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，同时水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电池的安全性、能量密度、生产效率、充放电倍率和循环寿命。
附图说明
图1为本实用新型一种实施方式的三维预涂集流体结构示意图；
图2为本实用新型另一种实施方式的三维预涂集流体结构示意图；
图中：101-集流体基材；102-导电层；103-微孔。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
在本实用新型的描述中，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、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，仅是为了便于描述本实用新型。涉及到数量描述，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，数值范围的应理解为包括端值。
如图1所示，本实施例提供一种高性能三维预涂集流体，在集流体基材101两面设有涂覆区域，涂覆区域两侧预留有白边，集流体基材101两面的涂覆区域内设有对穿的毛刺状的微孔103，即两个涂覆区域内均分布有毛刺。集流体基材101两面的涂覆区域内除微孔103以外的区域以及微孔103的内外壁上均附着有导电层102，用于传导离子，提高活性物质与集流体基材101表面及微孔103内外壁的附着力，还可以提高活性物质的填充量及其与集流体基材101之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，且水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔103实现三维互通，提高电池的安全性、能量密度、生产效率、充放电倍率和循环寿命。
较佳的实施方式，微孔103的孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，孔径1～200μm，毛刺高度≤0.1mm。微孔103加工方式可以是冲压或辊压等方式，还可以对加工后的微孔103进行碾压，便于调控毛刺高度及毛刺方向。
本申请对微孔103形状及其排列方式没有特别限定，可以是圆形、多边形或异形形状，排列方式可以是等距或非等距的规律排列。
为获得结构均匀的三维预涂集流体，减少微孔加工时缺陷产生，优选的方式是先在集流体基材101上涂布导电层102，再加工微孔103，此时导电层102对基材具有保护作用，减少基材应力损伤。
集流体基材101起导流作用，通常为金属箔。导电层102可采用公知的导电剂辅以粘结剂等助剂制成，还可以添加含碳化合物或活性物质组分，其中，导电剂包括但不限于以导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米管纤维中的至少一种，优选为导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种与碳纳米管纤维的混合物。碳纳米管纤维直径2～50nm，长度50～1000μm，强度3～5GPa，电阻率6.9×10-6Ωm,其导电性和力学性能好，长径比高，利于搭接成高强度的导电网络，进一步提高电池容量及循环寿命。
将该三维预涂基材制成电池极片，其高密度的微孔隙和微毛刺在确保最外层锂离子到集流体迁移距离的前提下，可以根据微孔隙及毛刺密度、毛刺高度来增加活性物质浆料涂覆厚度，从而提高活性物质在极片中的占比，提高电池的能量密度及单次充电后的续航时间。
如图2所示，为本实用新型的另一实施例，与图1所示的实施例相比，区别在于，微孔103为无毛刺状，集流体基材101两面的涂覆区域内除微孔103以外的区域附着有导电层102。本实施例三维预涂集流体的制备方法、微孔加工方式及孔参数等方面，可参考上一实施例，未重复论述。
以上实施例是对本实用新型的解释，但是，本实用新型并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本实用新型的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种高性能三维预涂集流体，包括集流体基材，其特征在于，所述集流体基材的至少一面设有涂覆区域，所述涂覆区域内设有若干贯穿的微孔，且所述涂覆区域内除微孔以外的区域附着有导电层。
2.根据权利要求1所述的高性能三维预涂集流体，其特征在于，所述微孔为设置在所述集流体基材两面的、对穿的毛刺微孔，所述集流体基材的所述涂覆区域内除微孔以外的区域以及所述微孔的内外壁上附着有导电层。
3.根据权利要求2所述的高性能三维预涂集流体，其特征在于，所述微孔的孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高性能三维预涂集流体，其特征在于，所述导电层材质选自导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米管纤维中的至少一种。
5.一种应用权利要求1-4任意一项所述高性能三维预涂集流体的电池极片。
6.一种应用权利要求5所述电池极片的电池。
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