CN212412090U - 一种集流体和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种集流体和锂离子电池。本实用新型第一方面提供了一种集流体，所述集流体包括M个金属层和N个聚合物层，所述金属层和聚合物层层叠设置，其中，L个金属层包括极耳连接区和非极耳连接区，所述极耳连接区的厚度大于所述非极耳连接区的厚度，M≥1，N≥1，L≥1，M≥L。本实用新型提供了一种集流体，通过对金属层上用于连接极耳的极耳连接区做增厚处理，有效提高了极耳的焊接强度，从而提高了极耳与集流体的结合力，降低了极耳连接区的接触阻抗，提高了极耳与金属层的连接良率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种集流体和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。
背景技术
由于锂离子电池的能量密度以及功率密度高，目前已是一种用途非常广泛的二次电池。常规的锂离子电池集流体采用金属箔材，正极通常使用金属铝箔，负极通常使用金属铜箔，而直接采用该金属箔材制备得到的锂离子电池一旦发生内部短路，电池内部无法切断电流，导致热量聚集最终引发热失控。为了解决该问题，有研究者采用一类新型的聚合物/金属复合集流体替代常规的金属集流体，这类集流体通常采用不导电的聚合物薄膜做基底，并在聚合物薄膜的上下表面镀一层金属材料。例如在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜的上下表面镀金属铝作为正极集流体，在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜的上下表面镀金属铜作为负极集流体，都取得了一定的改善电池安全性能的效果。
然而，在上述聚合物/金属复合集流体连接极耳后，由于极耳与集流体的结合力差，导致极耳连接区的接触阻抗高，此外，连接在复合集流体上的极耳良率也较低，最终对复合集流体以及锂离子电池的性能都产生一定的影响。因此，如何改善连接在聚合物/金属复合集流体上的极耳的接触阻抗以及连接良率受到了越来越多的关注。
实用新型内容
本实用新型提供一种集流体，用于解决现有的聚合物/金属复合集流体上极耳的接触阻抗高、连接良率低的问题。
本实用新型第一方面提供了一种集流体，所述集流体包括M个金属层和N个聚合物层，所述金属层和聚合物层层叠设置，其中，L个金属层包括极耳连接区和非极耳连接区，所述极耳连接区的厚度大于所述非极耳连接区的厚度，M≥1，N≥1，L≥1，M≥L。
本实用新型提供了一种集流体，该集流体结构是在现有的复合集流体上作出的改进，集流体包括层叠设置的聚合物层和金属层，金属层上连接有极耳，因此，将连接有极耳的金属层分为极耳连接区和非极耳连接区，本领域技术人员可根据现有技术并结合实际制备需要设置聚合物层和金属层的数量以及极耳的连接，随后对极耳连接区的金属层做增厚处理，使得最终集流体结构中极耳连接区的金属层厚度大于非极耳连接区的金属层厚度。具体在集流体的制备过程中，本领域技术人员可依据实际需求和现有的工艺方法进行制备，例如，可先依据现有技术制备得到金属层厚度均一的集流体，再通过常规蒸镀、溅射或电镀的方法对极耳连接区的金属层做增厚处理；或者，也可以先在聚合物层上预留出与极耳连接区面积相同的区域，再在该预留区域直接设置相应厚度的金属层，以上两种方法均可得到本申请提供的集流体结构，本实用新型对制备方式不做进一步限定。本实用新型提供了一种集流体，通过对金属层上用于连接极耳的极耳连接区做增厚处理，有效提高了极耳的焊接强度，从而提高了极耳与集流体的结合力，降低了极耳连接区的接触阻抗，提高了极耳与金属层的连接良率。
本实用新型可适用于多种集流体结构，详细阐述如下：
在一种具体实施方式中，所述集流体包括所述聚合物层和设置于所述聚合物层上表面或下表面的所述金属层。
图1为本实用新型一实施例提供的集流体结构示意图，如图1所示，本实施方式提供的集流体包括一个聚合物层1和一个金属层2，金属层2 设置于聚合物层1的上表面，该金属层2远离聚合物层1的上表面包括极耳连接区(图1中短划线“----”框出的部分，下同)和非极耳连接区 (图1中圆点“.........”框出的部分，下同)，极耳3与极耳连接区连接，即N＝M＝L＝1。
在另一种具体实施方式中，所述集流体至少包括一个单元，所述单元包括所述聚合物层和设置于所述聚合物层上表面的第一金属层和设置于所述聚合物层下表面的第二金属层，至少一个单元中的所述第一金属层和/或所述第二金属层包括极耳连接区和非极耳连接区。
图2为本实用新型又一实施例提供的集流体结构示意图，如图2所示，本实施方式提供的集流体包括一个聚合物层1和两个金属层，两层金属层分别为设置在聚合物层1的上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，第一金属层2-1远离聚合物层1的上表面包括极耳连接区和非极耳连接区，极耳3与极耳连接区连接，即 N＝L＝1，M＝2。
图3为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图3所示，本实施方式提供的集流体包括一个聚合物层1和两个金属层，金属层分别为设置在聚合物层1的上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，第一金属层2-1远离聚合物层1的上表面和第二金属层2-2远离聚合物层1的下表面均包括极耳连接区和非极耳连接区，第一金属层2-1和第二金属层2-2上的极耳连接区均连接有极耳3，即N＝1，M＝L＝2。
本实用新型提供的集流体结构也同样适用于多单元的集流体结构，图4为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图4所示，本实施方式提供的集流体包括X个单元，X≥2，每个单元内均包括一个聚合物层1和两层金属层，金属层分别为设置在聚合物层1上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，其中第一单元内第一金属层2-1的上表面包括极耳连接区和非极耳连接区，极耳3 与该极耳连接区连接，即M≥2，N≥2，L＝1。
可以理解的是，图4仅示出该集流体结构中的第一单元和第X单元，省略了其中的重复单元(即重复单元均包括聚合物层1和第一金属层2-1、第二金属层2-2)；活性材料层涂覆在每个单元中第一金属层和第二金属层远离聚合物层的表面，若该金属层包括极耳连接区和非极耳连接区时，活性材料层应涂覆在非极耳连接区，本领域技术人员依据现有技术设置即可，本实用新型在此不再说明。
本领域技术人员可根据实际需要设置极耳的数量和连接位置，并对连接极耳的金属层上的极耳连接区做增厚处理即可，本实用新型不再详细列举。
当集流体包括两个或两个以上单元时，申请人进一步发现单元与单元之间的连接处同样存在连接良率不高以及接触阻抗高的问题，与极耳的连接类似，对极耳连接区的金属层增厚的方法同样适用于单元之间金属层的连接，本领域技术人员可根据实际需要将某一金属层上用于与另一层金属层连接的金属层连接区做增厚处理，即，某一金属层上包括金属层连接区和非金属层连接区，金属层连接区用于和另一单元中的金属层连接，得到一种多单元的集流体结构，并且该金属层连接区的金属层厚度大于非金属层连接区的金属层厚度。此外，需要注意的是，由于单元之间金属层的连接涉及位于上层单元内的金属层和下层单元的金属层，因此，在实际制备过程中，可对两层金属层均做增厚处理，也可以仅对一侧金属层做增厚处理，本实用新型增厚的金属层数量不做具体限制。
在一种具体实施方式中，所述集流体包括X个单元，其中，Z个单元中所述第一金属层和/或第二金属层包括所述极耳连接区和非极耳连接区，剩余(X-Z)个单元中至少一个单元的所述第一金属层和/或第二金属层包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，X≥2，Z≥1。
图5为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图5所示，本实施方式提供的集流体包括X个单元，X≥2，每个单元内均包括一个聚合物层1和两层金属层，金属层分别为设置在聚合物层1上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，其中第一单元内第一金属层2-1远离聚合物层1的上表面包括极耳连接区和非极耳连接区，极耳3与该极耳连接区连接，第2单元至第X个单元中至少一个单元内的第一金属层2-1和/或第二金属层2-2远离聚合物层的表面包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，图5仅示出第X单元中第一金属层2-1的金属层连接区(图5中长划线
框出的部分，下同)和非金属层连接区(图5中方点“------”框出的部分，下同)，即 Z＝1。
在另一种具体实施方式中，所述集流体包括X个单元，Z个单元中至少一个单元的所述第一金属层和第二金属层中的一个包括所述极耳连接区和非极耳连接区且所述第一金属层和所述第二金属层中的另一个包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，X≥2，Z≥1。
图6为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图6所示，本实施方式提供的集流体包括X个单元，X≥2，每个单元内均包括一个聚合物层1和两层金属层，金属层分别为设置在聚合物层1上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，其中，第一单元内第一金属层2-1和第X单元内第二金属层2-2远离聚合物层 1的表面包括极耳连接区和非极耳连接区，同时第一单元内第二金属层 2-2和第X单元内第一金属层2-1远离聚合物层1的表面包括金属连接区和非金属连接区，Z＝2。
图7为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图7所示，本实施方式提供的集流体包括X个单元，X≥2，每个单元内均包括一个聚合物层1和两层金属层，金属层分别为设置在聚合物层1上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，其中，第一单元中的第一金属层2-1、第二金属层2-2和第X单元第二金属层 2-2远离聚合物层1的表面均包括极耳连接区和非极耳连接区，同时，第X单元内第一金属层2-1远离聚合物层1的表面包括金属层连接区和非金属层连接区，Z＝1。
在又一种具体实施例方式中，所述集流体包括X个单元，X≥2，Z 个单元中所述第一金属层和/或第二金属层包括所述极耳连接区和非极耳连接区，所述Z个单元中至少一个单元的所述第一金属层和第二金属层中的一个包括所述极耳连接区和非极耳连接区且所述第一金属层和第二金属层中的另一个包括金属层连接区和非金属层连接区，同时，剩余X-Z个单元中至少一个单元内的所述第一金属层和/或第二金属层包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，Z≥1。
图8为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图，如图8所示，本实施方式提供的集流体包括X个单元，X≥2，每个单元内均包括一个聚合物层1和两层金属层，金属层分别为设置在聚合物层1上表面的第一金属层2-1和设置在聚合物层1下表面的第二金属层2-2，其中，第一单元内第一金属层2-1的上表面包括极耳连接区和非极耳连接区，第一单元内第二金属层2-2远离聚合物层1的表面包括金属层连接区和非金属层连接，同时，第2单元至第X单元中至少一个单元的第一金属层2-1和/或第二金属层2-2远离聚合物层1的表面也包括金属层连接区和非金属层连接区，图8仅示出第X单元中第一金属层2-1和第二金属层2-2的金属层连接区和非金属层连接区，即Z＝1。
申请人进一步研究发现，对金属层上极耳连接区和非极耳连接区厚度的差值大小也对集流体性能有一定的影响，具体地，所述极耳连接区的金属层厚度为所述非极耳连接区金属层厚度的1.05-10倍。
进一步地，所述极耳连接区的金属层厚度为所述非极耳连接区金属层厚度的1.5-3倍。
与极耳连接区和非极耳连接区厚度差值的影响相同，金属层连接区和非金属层连接区的厚度差值也对集流体性能有一定的影响，具体地，所述金属层连接区的金属层厚度为所述非金属层连接区的金属层厚度的 1.05-10倍。
采用本申请提供的集流体结构，有效提高了极耳与集流体的焊接强度，具体地，所述极耳的焊接强度大于等于0.4N/mm。
综上，本实用新型提供了一种集流体，通过对金属层上用于连接极耳的极耳连接区做增厚处理，有效提高了极耳的焊接强度，从而提高了极耳与集流体的结合力，降低了极耳连接区的接触阻抗，提高了极耳与金属层的连接良率。
本实用新型第二方面提供了一种锂离子电池，包括上述任一所述的集流体。
在本申请提供的集流体基础上，本领域技术人员可依据现有技术制备得到正极片，并搭配负极片、隔膜、电解液、极耳等制备得到锂离子电池。本实用新型提供的锂离子电池，通过采用本实用新型的集流体，有效降低了锂离子电池的欧姆阻抗，提高了锂离子电池焊接良品率。
本实用新型的实施，至少具有以下优势：
1、本实用新型提供了一种集流体，通过对金属层连接极耳的极耳连接区做增厚处理，有效提高了极耳的焊接强度，从而提高了极耳与集流体的结合力，降低了极耳连接区的接触阻抗，提高了极耳与金属层的连接良率。
2、当集流体包括多个单元时，通过对金属层上用于单元之间连接的金属层连接区做增厚处理，可有效提高单元之间的焊接强度，从而降低集流体单元之间的接触阻抗，提高集流体单元间的连接良率。
3、本实用新型提供的锂离子电池，通过采用本实用新型提供的集流体，有效降低了锂离子电池的欧姆阻抗，提高了锂离子电池焊接良品率。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的集流体结构示意图；
图2为本实用新型又一实施例提供的集流体结构示意图；
图3为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图；
图4为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图；
图5为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图；
图6为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图；
图7为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图；
图8为本实用新型再一实施例提供的集流体结构示意图。
附图标记说明：
1-聚合物层；2-金属层；2-1-第一金属层；2-2-第二金属层；3-极耳。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下实施例和对比例中使用的正极耳购自连云港德立信电子科技有限公司，正极耳的材质为铝；负极耳购自连云港德立信电子科技有限公司，负极耳的材质为镍、表面镀铜的金属镍和不锈钢中的一种。
超声焊接采用深圳市斯特高能电子科技有限公司的UM-20型号超声波金属焊接机进行焊接，焊接参数：焊接功率3000W，焊接频率20kHz，焊接振幅40μm，焊接时间0.42s，焊接压力0.3MPa。
激光焊接采用东莞市正信激光科技有限公司的ZXL-200W型号激光焊接机进行焊接，焊接参数：激光波长1064nm，激光功率200W，脉冲频率 150Hz，脉冲宽度10ms。
实施例1
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为1.05μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，该正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用力控仪器科技有限公司的LK-108A型号拉力测试仪，将极耳用夹具夹好，然后通过拉力测试仪测试极耳从集流体上拉脱的拉力值N，极耳宽度为D，可计算得到极耳焊接强度F＝N/D，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为0.6N/mm。
实施例2
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为1.5μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.1N/mm。
实施例3
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为2μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.6N/mm。
实施例4
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为3μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.2N/mm。
实施例5
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为5μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.9N/mm。
实施例6
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为1.05μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为0.4N/mm。
实施例7
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为1.5μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为0.9N/mm。
实施例8
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为2μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.5N/mm。
实施例9
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为3μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.1N/mm。
实施例10
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，非极耳连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区的金属层厚度为5μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.8N/mm。
实施例11
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为4μm，非极耳连接区的金属层厚度为0.5μm，极耳连接区的金属层厚度为5μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.9N/mm。
实施例12
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为5μm，非极耳连接区的金属层厚度为 0.5μm，极耳连接区的金属层厚度为5μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.7N/mm。
实施例13
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为1μm，非极耳连接区的金属层厚度为2μm，极耳连接区的金属层厚度为3μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.3N/mm。
实施例14
本实施例提供的集流体结构如图1所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铜，聚合物PP层的厚度为1μm，非极耳连接区的金属层厚度为2μm，极耳连接区的金属层厚度为2.5μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为表面镀铜的镍，负极耳的厚度为 0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2N/mm。
实施例15
本实施例提供的集流体结构如图2所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为22μm，非极耳连接区的金属层厚度为1.1μm，极耳连接区的金属层厚度为2μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.08mm，宽度为8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.9N/mm。
实施例16
本实施例提供的集流体结构如图2所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铜，聚合物PP层的厚度为25μm，非极耳连接区的金属层厚度为0.9μm，极耳连接区的金属层厚度为1.6μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.08mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.7N/mm。
实施例17
本实施例提供的集流体结构如图3所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为8μm，非极耳连接区的金属层厚度为0.7μm，极耳连接区的金属层厚度为1.2μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.05mm，宽度为8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.5N/mm。
实施例18
本实施例提供的集流体结构如图3所示，其中，聚合物层为PP，金属层为铜，聚合物PP层的厚度为8μm，非极耳连接区的金属层厚度为0.7μm，极耳连接区的金属层厚度为1.2μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层的极耳连接区上，负极耳的材质为表面镀铜的镍，负极耳的厚度为 0.05mm，宽度为8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.5N/mm。
实施例19
本实施例提供的集流体结构如图6所示，X＝9，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为9μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区和金属层连接区(此处的金属层连接区设置在每层无需连接极耳的金属层上，即图6中省略的金属层上均包括金属层连接区和非金属层连接区，以下实施例中金属层连接区均相同)的金属层厚度为1.5μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.2mm，宽度为12mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.6N/mm。
实施例20
本实施例提供的集流体结构如图6所示，X＝10，其中，聚合物层为PET，金属层为不锈钢，聚合物PET层的厚度为9μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为1μm，极耳连接区和金属层连接区的金属层厚度为 1.5μm，采用激光焊的方式将负极耳焊接在金属不锈钢层的极耳连接区上，负极耳的材质为不锈钢，负极耳的厚度为0.2mm，宽度为12mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.4N/mm。
实施例21
本实施例提供的集流体结构如图7所示，X＝9，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为8μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为0.8μm，极耳连接区和金属层连接区的金属层厚度为2μm，采用激光焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为0.03mm，宽度为15mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.9N/mm。
实施例22
本实施例提供的集流体结构如图7所示，X＝10，其中，聚合物层为PP，金属层为镍，聚合物PP层的厚度为8μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为0.8μm，极耳连接区和金属层连接区的金属层厚度为2μm，采用激光焊的方式将负极耳焊接在金属镍层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.03mm，宽度为15mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2.7N/mm。
实施例23
本实施例提供的集流体结构如图8所示，X＝9，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为8μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为0.6μm，极耳连接区和金属层连接区的金属层厚度为1μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层的极耳连接区上，正极耳的厚度为1mm，宽度为10mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为2N/mm。
实施例24
本实施例提供的集流体结构如图8所示，X＝10，其中，聚合物层为PP，金属层为镍，聚合物PP层的厚度为8μm，非极耳连接区和非金属层连接区的金属层厚度为0.6μm，极耳连接区和金属层连接区的金属层厚度为1μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属镍层的极耳连接区上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为1mm，宽度为10mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本实施例中极耳焊接强度为1.9N/mm。
对比例1
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面，其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为6μm，金属层厚度均为1μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在金属铝层上，正极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
对比例2
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面，其中，聚合物层为PET，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为6μm，金属层厚度均为1μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在金属铜层上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.1mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.1N/mm。
对比例3
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为22μm，金属层厚度均为1.1μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在聚合物层上表面的金属铝层上，极耳的厚度为0.08mm，宽度为8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.3N/mm。
对比例4
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面，其中，聚合物层为PP，金属层为铜，聚合物PET层的厚度为25μm，金属层厚度均为0.9μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在聚合物层上表面的金属铜层上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为 0.08mm，宽度为6mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
对比例5
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面，其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.7μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在聚合物层上表面和下表面的金属铝层上，正极耳的厚度为0.05mm，宽度为 8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
对比例6
本对比例提供的集流体包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面，其中，聚合物层为PP，金属层为铜，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.7μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在聚合物层上表面和下表面的金属铝层上，负极耳的材质为表面镀铜的金属镍，负极耳的厚度为0.05mm，宽度为8mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
对比例7
本对比例提供的集流体包括9个单元，每个单元均包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面；其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.6μm，采用超声焊的方式将正极耳焊接在第一单元聚合物层上表面的金属铝层上，正极耳的厚度为1mm，宽度为10mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
对比例8
本对比例提供的集流体包括10个单元，每个单元均包括聚合物层和金属层，金属层设置在聚合物层的上表面和下表面；其中，聚合物层为PP，金属层为镍，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.6μm，采用超声焊的方式将负极耳焊接在第一单元聚合物层上表面的金属镍层上，负极耳的材质为镍，极耳的厚度为1mm，宽度为10mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.1N/mm。
对比例9
本对比例提供的集流体包括9个单元，每个单元均包括聚合物层和设置在聚合物层的上表面和下表面的金属层；其中，聚合物层为PET，金属层为铝，聚合物PET层的厚度为9μm，金属层厚度均为1μm，采用超声焊的方式将正极耳分别焊接在第一单元聚合物层上表面和第9单元聚合物层下表面的金属铝层上，正极耳的厚度为0.2mm，宽度为12mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.3N/mm。
对比例10
本对比例提供的集流体包括10个单元，每个单元均包括聚合物层和设置在聚合物层的上表面和下表面的金属层；其中，聚合物层为PET，金属层为不锈钢，聚合物PET层的厚度为9μm，金属层厚度均为1μm，采用激光焊的方式将负极耳分别焊接在第一单元聚合物层上表面和第10单元聚合物层下表面的金属不锈钢层上，负极耳的材质为不锈钢，负极耳的厚度为 0.2mm，宽度为12mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.3N/mm。
对比例11
本对比例提供的集流体包括9个单元，每个单元均包括聚合物层和设置在聚合物层的上表面和下表面的金属层；其中，聚合物层为PP，金属层为铝，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.8μm，采用激光焊的方式将正极耳焊接在第一单元聚合物层上表面、下表面以及第9单元聚合物层下表面的金属铝层上，正极耳的厚度为0.03mm，宽度为15mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.3N/mm。
对比例12
本对比例提供的集流体包括10个单元，每个单元均包括聚合物层和设置在聚合物层的上表面和下表面的金属层；其中，聚合物层为PP，金属层为镍，聚合物PP层的厚度为8μm，金属层厚度均为0.8μm，采用激光焊的方式将负极耳焊接在第一单元聚合物层上表面、下表面以及第10单元聚合物层下表面的金属镍层上，负极耳的材质为镍，负极耳的厚度为0.03mm，宽度为15mm；
采用与实施例1相同的焊接强度测试方法，结果显示，本对比例中极耳焊接强度为0.2N/mm。
本实用新型在以上实施例和对比例提供的集流体的基础上，制备得到了锂离子电池。在以下实施例和对比例中，钴酸锂正极材料购自北京当升材料科技股份有限公司，比容量181mAh/g；石墨负极材料购自上海杉杉科技有限公司，比容量359mAh/g。
聚乙烯(PE)多孔隔膜为上海恩捷新材料科技有限公司生产的湿法隔膜ND12，厚度为12μm；电解液为深圳新宙邦科技股份有限公司的 LBC445B33型号电解液。
实施例25
将95质量份的钴酸锂正极材料、2质量份的乙炔黑导电剂、0.5质量份的碳纳米管导电剂、2.5质量份的PVDF粘结剂以及60质量份的溶剂NMP，通过双行星搅拌机在真空下以公转30r/min、自转1500r/min 的条件搅拌4h，分散成均匀的浆料，将其涂布在实施例1提供的集流体上，然后在120℃下烘干、40吨压力下辊压，分切成正极片。正极片的极片面密度为20mg/cm2，压实密度为4.16g/cm3。
将95质量份的石墨负极材料、1.5质量份的乙炔炭黑导电剂、0.5质量份的碳纳米管导电剂、2.0质量份的丁苯橡胶(SBR)粘结剂、1.0质量份的羧甲基纤维素(CMC)以及100质量份的溶剂水，通过双行星搅拌机在真空下以公转30r/min、自转1500r/min的条件搅拌4h，分散成均匀的浆料，将其涂布在实施例6提供的集流体上，然后在110℃下烘干、40吨压力下辊压，分切成负极片。负极片的极片面密度为10mg/cm2，压实密度为1.74 g/cm3。
将上述的正极片和负极片、搭配聚乙烯(PE)多孔隔膜、电解液通过常规制备工艺制备成锂离子电池C1。
实施例26
采用实施例2提供的集流体作为正极，实施例7提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C2。
实施例27
采用实施例3提供的集流体作为正极，实施例8提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C3。
实施例28
采用实施例4提供的集流体作为正极，实施例9提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C4。
实施例29
采用实施例5提供的集流体作为正极，实施例10提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C5。
实施例30
采用实施例11提供的集流体作为正极，实施例12提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C6。
实施例31
采用实施例13提供的集流体作为正极，实施例14提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C7。
实施例32
采用实施例15提供的集流体作为正极，实施例16提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C8。
实施例33
采用实施例17提供的集流体作为正极，实施例18提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C9。
实施例34
采用实施例19提供的集流体作为正极，实施例20提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C10。
实施例35
采用实施例21提供的集流体作为正极，实施例22提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C11。
实施例36
采用实施例23提供的集流体作为正极，实施例24提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池C12。
对比例13
采用对比例1提供的集流体作为正极，对比例2提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A1。
对比例14
采用对比例3提供的集流体作为正极，对比例4提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A2。
对比例15
采用对比例5提供的集流体作为正极，对比例6提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A3。
对比例16
采用对比例7提供的集流体作为正极，对比例8提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A4。
对比例17
采用对比例9提供的集流体作为正极，对比例10提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A5。
对比例18
采用对比例11提供的集流体作为正极，对比例12提供的集流体作为负极，采用与实施例25相同的制备方法制备得到锂离子电池A6。
本实用新型继续对实施例25-36制备得到的锂离子电池C1-C12以及对比例13-18制备得到的锂离子电池A1-A6的欧姆阻抗以及电池焊接良品率进行测试，结果见表1。
其中，欧姆阻抗的测试方法包括：通过内阻测试仪(深圳市超思思科技有限公司的RBM-200智能电池内阻测试仪)测试电池欧姆阻抗，交流信号频率设置为1KHz。
电池焊接良品率的测试方法包括：制备100只相同的锂离子电池，并对每一只锂离子电池的焊接点进行目视检查以及焊接强度测试，要求目视检测每一层金属层均连接在一起且金属层与外接的极耳也连接在一起，同时要求经过拉力机测试每一层金属层的焊接强度均不低于正常焊接强度值的80％，若有一层金属层的目视检查和焊接强度测试不符合要求即认为该锂离子电池为不良品，统计良品电池的数量，良品率＝良品电池数量 /100*100％。
表1锂离子电池C1-C12以及A1-A6的性能测试结果
| 欧姆阻抗(mΩ) | 电池焊接良品率 | |
| C1 | 128 | 98％ |
| C2 | 123 | 99％ |
| C3 | 120 | 99％ |
| C4 | 117 | 99％ |
| C5 | 124 | 98％ |
| C6 | 133 | 97％ |
| C7 | 116 | 99％ |
| C8 | 127 | 99％ |
| C9 | 131 | 99％ |
| C10 | 109 | 98％ |
| C11 | 118 | 98％ |
| C12 | 138 | 98％ |
| A1 | 221 | 68％ |
| A2 | 205 | 72％ |
| A3 | 219 | 70％ |
| A4 | 224 | 69％ |
| A5 | 207 | 75％ |
| A6 | 214 | 73％ |
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括M个金属层和N个聚合物层，所述金属层和聚合物层层叠设置，其中，L个金属层包括极耳连接区和非极耳连接区，所述极耳连接区的厚度大于所述非极耳连接区的厚度，M≥1，N≥1，L≥1，M≥L。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括所述聚合物层和设置于所述聚合物层上表面或下表面的所述金属层。
3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述集流体至少包括一个单元，所述单元包括所述聚合物层和设置于所述聚合物层上表面的第一金属层和设置于所述聚合物层下表面的第二金属层，至少一个单元中的所述第一金属层和/或所述第二金属层包括所述极耳连接区和非极耳连接区。
4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括X个单元，其中，Z个单元中所述第一金属层和/或第二金属层包括所述极耳连接区和非极耳连接区，剩余X-Z个单元中至少一个单元的所述第一金属层和/或第二金属层包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，X≥2，Z≥1。
5.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括X个单元，其中，Z个单元中至少一个单元的所述第一金属层和第二金属层中的一个包括所述极耳连接区和非极耳连接区且所述第一金属层和第二金属层中的另一个包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，X≥2，Z≥1。
6.根据权利要求4所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括X个单元，其中，Z个单元中至少一个单元的所述第一金属层和第二金属层中的一个包括所述极耳连接区和非极耳连接区且所述第一金属层和第二金属层中的另一个包括金属层连接区和非金属层连接区，其中，所述金属层连接区的厚度大于所述非金属层连接区的厚度，X≥2，Z≥1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的集流体，其特征在于，所述极耳连接区的金属层厚度为所述非极耳连接区金属层厚度的1.05-10倍。
8.根据权利要求1-6任一项所述的集流体，其特征在于，所述极耳连接区的金属层厚度为所述非极耳连接区金属层厚度的1.5-3倍。
9.根据权利要求4-6任一项所述的集流体，其特征在于，所述金属层连接区的金属层厚度为所述非金属层连接区的金属层厚度的1.05-10倍。
10.根据权利要求1-6任一项所述的集流体，其特征在于，所述极耳的焊接强度大于等于0.4N/mm。
11.一种锂离子电池，其特征在于，包括上述权利要求1-10任一项所述的集流体。
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| CN202020942776.6U Active CN212412090U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 一种集流体和锂离子电池 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN212412090U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466033A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-10-01 | 曙鹏科技（深圳）有限公司 | 一种锂电池极耳焊接拉力测试方法 |
| CN113708015A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-11-26 | 浙江柔震科技有限公司 | 一种极耳、极片组件及电池 |
| CN114700604A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-05 | 江阴纳力新材料科技有限公司 | 极耳超声波焊接方法 |
| CN116190672A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-05-30 | 江苏天合储能有限公司 | 集流体、电极片及电池 |
-
2020
- 2020-05-29 CN CN202020942776.6U patent/CN212412090U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN113466033A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-10-01 | 曙鹏科技（深圳）有限公司 | 一种锂电池极耳焊接拉力测试方法 |
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| CN116190672B (zh) * | 2023-04-10 | 2024-10-01 | 江苏天合储能有限公司 | 集流体、电极片及电池 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |