CN217485481U - 复合导电集流体、电极片及锂离子电池 - Google Patents

复合导电集流体、电极片及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种复合导电集流体，以及包含所述复合导电集流体的电极片及锂离子电池。所述复合导电集流体包括金属载体层以及堆叠设置于所述金属载体层两侧，并互为镜像的的导电层。所述导电层包括第一导电块，以及设置于所述第一导电块至少一端的第二导电块；所述第二导电块的底面与所述第一导电块的底面齐平，并与所述金属载体层相接触；所述第二导电块的厚度大于所述第一导电块的厚度，使得后续涂敷在所述第二导电块表面的敷料厚度要小于涂敷在所述第一导电块表面的敷料厚度，减薄电极片边缘区域敷料厚度的作用，有效减少或者避免了负极边缘析锂，提升了电池循环寿命，解决因正极极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。

Description

复合导电集流体、电极片及锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及复合导电集流体、电极片及锂离子电池。
背景技术
在锂电池制造行业，经常需要在正负极极片边缘做一些减薄化处理，特别是正极极片，由于浆料涂布的原因，如果不进行边缘减薄化处理，在正极浆料边缘区域，由于浆料本身与金属箔材之间的亲和力问题，会导致在正极极片的边缘地区敷料偏厚。
公告号为的CN 104167553 B发明专利公开了一种方形卷绕式电池极片及其制作工艺，该极片正极敷区与一侧边缘的正极小留白之间设有大留白以提供更大的正极活性物质的敷料量，但该发明的电极片敷料厚度偏厚，容易带来一系列的安全问题，如正极极片边缘翘曲，铝箔拉断，甚至正负极容量不匹配，导致正极边缘偏厚位置对应的负极位置在充电时候产生析锂。
有必要提供新型的复合导电集流体以解决上述的现有技术中存在的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种复合导电集流体，以及包含所述复合导电集流体的电极片及锂离子电池，以解决因正极极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。
为实现上述目的，本实用新型的复合导电集流体包括金属载体层以及堆叠设置于所述金属载体层两侧，并互为镜像的导电层；所述导电层包括第一导电块，以及设置于所述第一导电块至少一端的第二导电块；所述第二导电块的底面与所述第一导电块的底面齐平，并与所述金属载体层相接触；所述第二导电块的厚度大于所述第一导电块的厚度。
本实用新型的所述复合导电集流体有益效果在于：堆叠设置于所述金属载体层两侧，并互为镜像的导电层中，所述导电层包括第一导电块，以及设置于所述第一导电块至少一端的第二导电块；所述第二导电块的底面与所述第一导电块的底面齐平，并与所述金属载体层相接触；所述第二导电块的厚度大于所述第一导电块的厚度，使得后续涂敷在所述第二导电块表面的敷料厚度要小于涂敷在所述第一导电块表面的敷料厚度，减薄电极片边缘区域敷料厚度的作用，一方面提高了正负极敷料边缘的正负极容量比，提高了电池的大电流充电能力。另外一方面，有效减少或者避免了负极边缘析锂，提升了电池循环寿命，解决因正极极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。
优选的，所述第二导电块的厚度与所述第一导电块的厚度之比大于5：1。
优选的，所述第一导电块的厚度不超过10微米。
优选的，所述第一导电块沿第一方向的长度大于所述第二导电块沿所述第一方向的长度，所述第一方向与涂布方向一致。
进一步优选的，所述第一导电块沿第二方向的长度等于所述第二导电块沿所述第二方向的长度，所述第二方向垂直于所述第一方向。
进一步优选的，所述第一导电块沿所述第一方向的长度与所述第二导电块沿所述第一方向的长度之比大于5：1。
进一步优选的，所述第二导电块沿所述第一方向的长度不超过50毫米。
优选的，同一所述导电层包括的所述第二导电块的数目为2，并设置于所述第一导电块相对的两端，以与所述第一导电块围成凹形结构。
优选的，所述复合导电集流体还包括设置于所述金属载体层的极耳，所述极耳与所述凹形结构相对设置。
优选的，所述金属载体层的长度大于等于所述导电层的长度。
优选的，所述金属载体层的宽度大于等于所述导电层的宽度。
本实用新型的所述电极片包括所述复合导电集流体以及活性材料层，所述复合导电集流体包括导电层，所述活性材料层覆盖所述导电层表面。
本实用新型的所述锂离子电池包括所述复合导电集流体。
本实用新型的所述电极片和所述锂离子电池的有益效果均在于：所述电极片和所述锂离子电池均包含所述复合导电集流体，所述复合导电集流体中的导电层包括第一导电块，以及设置于所述第一导电块至少一端的第二导电块；所述第二导电块的底面与所述第一导电块的底面齐平，并与所述复合导电集流体的金属载体层相接触；所述第二导电块的厚度大于所述第一导电块的厚度，有效降低了所述导电层的整体厚度，解决因正极极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。
优选的，所述活性材料层为正极活性材料层或负极活性材料层。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种复合导电集流体的结构示意图；
图2为图1所示的复合导电集流体的俯视图；
图3为本实用新型实施例的一种裁切前的复合导电集流体的结构示意图；
图4为图4所示的裁切前的复合导电集流体的一种俯视图；
图5为图4所示的裁切前的复合导电集流体的另一种俯视图；
图6为本实用新型实施例的锂离子电池的循环测试曲线图。
具体实施方式
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，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本实用新型实施例提供了一种复合导电集流体，以及包含所述复合导电集流体的电极片及锂离子电池，以解决因正极极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。
图1为本实用新型实施例的一种复合导电集流体的结构示意图；图2为图1所示的复合导电集流体的俯视图。
参照图1和图2，图1所示的复合导电集流体包括金属载体层2以及堆叠设置于所述金属载体层2两侧，并互为镜像的导电层1。所述导电层1包括第一导电块12，以及设置于所述第一导电块12至少一端的第二导电块11；所述第二导电块11的底面与所述第一导电块12的底面齐平，并与所述金属载体层2相接触。
一些实施例中，参照图1，所述第二导电块11的厚度H1大于所述第一导电块12的厚度H2，使得后续涂敷在所述第二导电块11表面的敷料厚度要小于涂敷在所述第一导电块12表面的敷料厚度，减薄电极片边缘区域敷料厚度的作用，一方面提高了正负极敷料边缘的正负极容量比，提高了电池的大电流充电能力。另外一方面，有效减少或者避免了负极边缘析锂，提升了电池循环寿命，解决因极片边缘敷料偏厚导致的电池安全问题。
一些实施例中，所述第二导电块11的厚度H1与所述第一导电块12的厚度H2之比大于5：1。
一些实施例中，所述第一导电块12的厚度H2不超过10微米。
一些具体的实施例中，所述第二导电块11的厚度H1为20微米，所述第一导电块12的厚度H2为1微米。
一些实施例中，参照图1和图2，所述第一导电块12沿第一方向的长度L1大于所述第二导电块11沿所述第一方向的长度L2。具体的，所述第一方向为图1所示的A方向。
一些实施例中，所述第一方向与涂布方向一致。
一些实施例中，参照图2，所述第一导电块12沿所述第一方向的长度L1与所述第二导电块11沿所述第一方向的长度L2之比大于5：1。
一些实施例中，所述第二导电块11沿所述第一方向的长度不超过50毫米。
一些具体的实施例中，所述第一导电块12沿所述第一方向的长度L1为96毫米，所述第二导电块11沿所述第一方向的长度L2为2毫米。
一些实施例中，参照图2，所述第一导电块12沿第二方向的长度等于所述第二导电块11沿所述第二方向的长度，所述第二方向垂直于所述第一方向。具体的，所述第二方向为图2所示的B方向。
一些实施例中，参照图1，同一所述导电层1包括的所述第二导电块11的数目为2，并设置于所述第一导电块12相对的两端，以与所述第一导电块12围成凹形结构。
一些实施例中，参照图1和图2，图1所示的复合导电集流体还包括设置于所述金属载体层2的极耳3，所述极耳3与由两个所述第二导电块11和所述第一导电块12围成的凹形结构相对设置。
一些实施例中，参照图1，所述金属载体层2的顶面面积大于等于所述导电层1的底面面积，使得第一导电块12和第二导电块11均可以与所述导电层1充分接触，从而保证复合导电集流体具有良好的导电性能、汇集电流的能力和集流速度。
一些实施例中，所述金属载体层2的长度大于等于所述导电层1的长度。
一些实施例中，所述金属载体层2的宽度大于等于所述导电层1的宽度。
一些实施例中，所述金属载体层2的组成材料为金、钨、铂、铁、钴、镍、镁、锌、铝、钛、铬和铜中的至少一种。
一些实施例中，所述导电层1的组成材料包括碳材料，碳材料占所述导电层的重量比为10％-100％，碳材料为石墨、碳纳米管、石墨烯和炭黑中至少一种。
图3为本实用新型实施例的一种裁切前的复合导电集流体的结构示意图；图4为图4所示的裁切前的复合导电集流体的一种俯视图；图5为图4所示的裁切前的复合导电集流体的另一种俯视图。
一些实施例中，参照图3和图4，制备图1所示复合导电集流体的过程中，若干第二原始导电块110沿涂布方向，即A方向设置于第一原始导电块120，组成原始导电层，并设置于原始金属载体层20的两侧。无需间隙涂布工艺，而是在所述原始导电层表面涂敷敷料后，自所述第二原始导电块110顶面进行裁切即形成表面涂敷有敷料的复合导电集流体，不影响电极片的敷料涂布速度，保证了涂布产能。
一些实施例中，参照图3和图4，所述原始金属载体层20的长度与所述第一原始导电块120的长度相等，所述原始金属载体层20的宽度与所述第一原始导电块120的宽度相等。
一些实施例中，参照图3和图5，所述原始金属载体层20的宽度大于所述第一原始导电块120的宽度。
一些实施例中，所述原始金属载体层20的长度大于所述第一原始导电块120的长度，所述原始金属载体层20的宽度大于所述第一原始导电块120的宽度。
本实用新型的电极片包括所述复合导电集流体以及作为敷料的活性材料层，所述复合导电集流体包括导电层，所述活性材料层覆盖所述导电层表面。
一些实施例中，所述活性材料层为正极活性材料层，形成的电极片为正极片。
一些实施例中，所述正极活性材料层的组成材料为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、磷酸锰铁锂(LFMP)、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝三元材料、富锂层状材料和镍锰尖晶石材料中的至少一种。
一些实施例中，所述活性材料层为负极活性材料层，形成的电极片为负极片。
一些实施例中，所述负极活性材料层的组成材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、钛酸锂、硅或硅碳合金、锡合金以及活性锂金属中的至少一种。
图6为本实用新型实施例的锂离子电池的循环测试曲线图。
本实用新型一些实施例中，所述锂离子电池为软包电池，包括常规软包锂电池所具有的外壳，外壳内设置的由正极片、隔离膜和负极片层叠形成的电芯，以及添加的电解液。正极片通过其连接的正极柱引出外壳，负极片通过其连接的负极柱引出外壳。
为了验证本实用新型的锂离子电池的效果，针对实施例的锂离子电池与对比例的现有的电池进行对比实验，其实施例与对比例的材料选择如下：
实施例和对比例均选择软包装25Ah磷酸铁锂电池。实施例和对比例的主要区别在于正极和负极的材料和组成不同。
对比例的正极和负极的选择：正极材料选择磷酸铁锂材料，正极集流体选择13μm铝箔；负极材料选择石墨材料，负极集流体选择8μm铜箔。对比例采用厚度为1μm的碳涂层作为集流体的导电层。
实施例的复合导电集流体：复合导电集流体的金属载体层2的长度为100mm，导电层包括两种厚度的第一导电块12和两个第二导电块11，第一导电块12的厚度为1μm，其长度为96mm，在第一导电块12上进行单面涂布，第一导电块12上的涂布的敷料宽度为96mm。两个第二导电块11的厚度均为20μm，每个第二导电块11的长度为2mm，在第二导电块11上进行单面涂布，两个第二导电块11上的涂布的敷料总宽度为4mm。
实施例的正极片：正极片包括上述实施例的复合导电集流体和正极活性物质层，正极片的总宽度为100mm，第一导电块11位于正极片的正中间，正极片的裁切面与第二导电块的外侧面为同一面。
实施例的负极片：负极片总宽度为100mm，负极片的结构与正极片区别在于：负极片上的导电层上涂布的活性物质层位为负极活性物质层。
上述实施例的正极敷料组分与对比例的正极敷料组分相同，实施例的负极敷料组分与对比例的负极敷料组分相同。
上述实施例与对比例的电极组分参数选择相同，具体参数如下：
正极材料的重量配比为：占正极材料96％的正极活性材料，占正极材料2％的聚偏氟乙烯(PVDF5130)，占正极材料2％的碳黑导电剂(SP)。
负极材料的重量配比为：占负极材料95％的负极活性材料，占负极材料1.50％的羟甲基纤维素钠(CMC)，占负极材料1.00％的碳黑导电剂(SP)，占负极材料2.50％的丁苯橡胶(SBR)。
上述实施例的电极片与对比例的电极片的涂布和辊压参数相同，具体参数为：正极面密度为31mg/cm2，正极压实密度为2.3g/cm3；负极面密度为15.5mg/cm2，负极压实密度为1.4g/cm3。
用上述电极组分组装制成软包装电池，外壳选择铝塑膜材料进行封装成型，然后进行电解液注液、陈化、化成、分容等工序制得锂离子电池。
其具体的制作工序如下：
注液：将真空泵的抽吸口对准电池的注射口，打开抽真空泵对电池壳进行抽真空，抽真空后关闭真空泵。使注射装置的注射口插入电池的注射口，然后进行注液，为了保证注液效果，可以进行多次注液，注液完成后封口；
陈化：陈化过程中选取电池分组进行陈化作业；
化成：使化成机线路连接电池，利用化成机对电池进行化成，然后根据电池型号，通过计算机完成对各个电池进行参数的选择。
分容：利用分容柜对化成过的符合标准的电池进行分容操作。
分选：经过分容后，对电池进行分选，分选过程中将电池放在采集模块下，然后连接采集模块和电池，并经过放电、充电、放电、再充电四个步骤，检测电池的各项参数。
经过具体试验测试得到下述表1所示的电池性能参数：
表1
Figure BDA0003675364340000091
Figure BDA0003675364340000101
通过上述表格分析可见，在多种恒流充电容量条件下，实施例的恒流充电容量/初始电池容量比对比例的恒流充电容量/初始电池容量高，因此采用本实用新型的复合导电集流体制作的电极片及锂离子电池，提高了电池充电后的电池容量，提高了电池的循环性能。
经过实验，对上述的对比例和实施例的电池进行测试，测试方法如下：
在常温环境下，控制电池的充放电电压范围为2.0-3.8V，充放电电流为1C，100％DOD、搁置30min的条件下，记录其循环周次和电量及容量保持性，从而进一步作出曲线图，得到如图6所示的循环测试曲线图。
可说明的是，DOD为Depth Of Discharge的缩写词，代表放电深度，100％DOD表示电池每次的放电容量为电池实际电容量的100％，即电池每次都放空电量。
观察如图6所示的循环测试曲线图，图6中的曲线C1为实施例的循环测试曲线，曲线C2为对比例的循环测试曲线。在经过一开始的充放电循环后，曲线C1始终位于曲线C2上方，因此在循环测试过程中，实施例的电池容量保持率始终比对比例的电池容量保持率高。由此可以得出如下结论：
在常温的循环测试条件下，本实用新型的实施例电池相对于对比例电池，实施例的电池容量保持率更高，电量保持性更好，提高了电池的循环性能。
虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (13)

1.一种复合导电集流体，其特征在于，包括金属载体层以及堆叠设置于所述金属载体层两侧，并互为镜像的导电层；
所述导电层包括第一导电块，以及设置于所述第一导电块至少一端的第二导电块；
所述第二导电块的底面与所述第一导电块的底面齐平，并与所述金属载体层相接触；
所述第二导电块的厚度大于所述第一导电块的厚度。
2.根据权利要求1所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第二导电块的厚度与所述第一导电块的厚度之比大于5：1。
3.根据权利要求2所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第一导电块的厚度不超过10微米。
4.根据权利要求1所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第一导电块沿第一方向的长度大于所述第二导电块沿所述第一方向的长度，所述第一方向与涂布方向一致。
5.根据权利要求4所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第一导电块沿第二方向的长度等于所述第二导电块沿所述第二方向的长度，所述第二方向垂直于所述第一方向。
6.根据权利要求4所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第一导电块沿所述第一方向的长度与所述第二导电块沿所述第一方向的长度之比大于5：1。
7.根据权利要求6所述的复合导电集流体，其特征在于，所述第二导电块沿所述第一方向的长度不超过50毫米。
8.根据权利要求1所述的复合导电集流体，其特征在于，同一所述导电层包括的所述第二导电块的数目为2，并设置于所述第一导电块相对的两端，以与所述第一导电块围成凹形结构。
9.根据权利要求8所述的复合导电集流体，其特征在于，还包括设置于所述金属载体层的极耳，所述极耳与所述凹形结构相对设置。
10.根据权利要求1所述的复合导电集流体，其特征在于，所述金属载体层的长度大于等于所述导电层的长度，所述金属载体层的宽度大于等于所述导电层的宽度。
11.一种电极片，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的复合导电集流体以及活性材料层，所述复合导电集流体包括导电层，所述活性材料层覆盖所述导电层表面。
12.根据权利要求11所述的电极片，其特征在于，所述活性材料层为正极活性材料层或负极活性材料层。
13.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的复合导电集流体。
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