CN217847996U - 集流体、电化学装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集流体、电化学装置以及电子设备，所述集流体包括并排设置的至少一个第一部分和至少一个第二部分，相邻两个所述第一部分之间通过所述第二部分连接，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第一部分包括依次层叠设置的第一金属层、聚合物层和第一金属层，所述第二部分包括第二金属层。本实用新型的集流体增强了集流体在极耳区的过流能力，降低了大电流温升，提高了电化学装置的能量密度和安全性能。

Description

集流体、电化学装置和电子设备

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，涉及一种集流体、电化学装置以及电子设备。

背景技术

目前，人们对锂离子电池的能量密度需求日益增加，为了提升电池的能量密度，研究人员在高分子薄膜上下两侧表面镀金属薄膜，制备得到复合集流体，以满足集流体的强度要求，并减轻集流体的重量，达到提高能量密度的效果。但集流体的复合结构会产生极耳焊接不良、极耳位欧姆电阻较大等问题，导致电芯的欧姆内阻增加，电流通过时温升高熔断集流体，从而使电芯内阻进一步增加，导致电芯断路或引发安全风险。因此，制备一种重量轻、内阻小、温升低且安全性能良好的集流体对电池的制备和应用有着重要意义。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供了一种集流体、电化学装置以及电子设备，在包含三层复合结构的第一部分两端设置含有金属层的第二部分，且第二部分的厚度大于第一部分的厚度，增加了极耳区域的集流体厚度，减小了极耳区域的欧姆电阻，增强了其过流能力，降低了大电流温升，解决了传统复合集流体使用的安全隐患。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种集流体，所述集流体包括并排设置的至少一个第一部分和至少一个第二部分，相邻两个所述第一部分之间通过所述第二部分连接，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第一部分包括依次层叠设置的第一金属层、聚合物层和第一金属层，所述第二部分包括第二金属层。

本实用新型的集流体包括含有第一金属层、聚合物层和第一金属层的复合层叠结构的第一部分，第一部分中第一金属层和聚合物层层叠设置，能够减轻集流体的重量，达到提升能量密度的效果；在第一部分一端还并排设置有含有第二金属层的第二部分，且第二部分的厚度大于第一部分的厚度，第二部分可以直接用作极耳，也可用于电化学装置制备时极耳的焊接，该两端为纯金属中间为复合层叠结构的集流体结构，能够解决现有的复合集流体焊接不良的问题，解决复合集流体极耳处温升过大和内阻大的问题，降低因极耳处温升大引发的安全风险，提高电化学装置的能量密度和安全性能。

本实用新型中，集流体包括至少一个第一部分和至少一个第二部分，第一部分例如可以是一个、两个、三个、四个、五个或十个等，第二部分例如可以是一个、两个、三个、四个、五个、六个或十一个等。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述集流体包括至少一个第一部分和至少两个第二部分，所述第一部分的两端均设置有所述第二部分。其中，第一部分的两端均设置有第二部分，示例性地，沿集流体的一端向另一端，第一部分和第二部分的分布为：第二部分-第一部分-第二部分-第一部分-第二部分……，多个第一部分和第二部分并排交错设置，有利于工业化生产，还有利于提高后续电化学装置的生产效率，将一个集流体沿第二部分切开即可制备多个电池，从而能够将生产效率提高3至6倍。

需要说明的是，本实用新型对第一金属层、第二金属层和聚合物层的材质不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据集流体的应用场景合理选择，示例性地，集流体为负极集流体，第一金属层和第二金属层为铜箔和镍泡沫；集流体为正极集流体，第一金属层和第二金属层为铝箔；聚合物层的材质包括聚合物材料，例如可以是聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚碳酸醋、环状聚烯烃、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述第一金属层为金属箔和/或金属网，进一步优选为金属网，当第一金属层为金属网时，通过金属网的网状结构，能够提高导电能力，降低集流体重量，进一步提升能量密度。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述第一部分的厚度为1μm至10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等；

所述聚合物层的厚度为0.1μm至4μm，例如可以是0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm或4μm等。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述第二部分的厚度为6μm至150μm，例如可以是6μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、60μm、80μm、100μm、120μm或150μm等。

本实用新型中，聚合物层能够提供结构支撑，防止集流体断裂，第一部分和第二部分协同发挥导流作用，其厚度增加能够提高导流能力，但厚度的增加会影响集流体在电芯中的空间占比和质量占比，从而影响电芯的能量密度，因此，本实用新型通过对第一部分和第二部分以及第一部分中聚合物层的厚度进行优化，能够平衡集流体的机械强度、导电性能以及电芯的能量密度。

本实用新型中第二部分厚度高于第一部分厚度，有利于极片的制备时在第一部分进行活性材料的涂覆以及第二部分进行极耳的焊接，进一步地，第二部分的厚度小于第一区域在进行活性材料的涂覆和冷压之后的厚度。

作为本实用新型的一个优选技术方案，沿所述第一部分至第二部分的方向为宽度方向，所述第一部分的宽度为100mm至800mm，例如可以是100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm或800mm等，所述集流体两端的第二部分的宽度为10mm至50mm，例如可以是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述集流体包括至少两个第一部分和至少三个第二部分，所述相邻两个第一部分之间的第二部分的宽度为20mm至100mm，例如可以是20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm等。

本实用新型中，为了有利于工业化生产，提高生产效率，并进一步提高集流体的综合性能，对第一部分和不同位置的第二部分的宽度作出调整；集流体中第一部分的宽度选用100mm至800mm，集流体中位于集流体两端的第二部分的宽度选择10mm至50mm，其可以用作极耳或额外焊接极耳，而集流体中位于两个第一部分之间的、非集流体两端的第二部分的宽度优选20mm至100mm，目的是为了在制备极片时，易于从第二部分的中间进行切割，将一个集流体沿第二部分的中间分割成多个集流体，在不影响集流体的综合性能的前提下，进一步提高生产效率。第一部分和不同位置的第二部分的宽度相互配合，提高集流体的综合性能。

示例性地，本实用新型提供了一种所述集流体的制备方法，包括：

以高分子薄膜为基底，通过电解法或压延法制备所需厚度的金属箔材，再将箔材与高分子薄膜压合，同时两侧预留合适的宽度作为第二部分，即箔材超出高分子薄膜的区域为第二部分，箔材和高分子薄膜相贴合的部分为第一部分，得到所述集流体。

第二方面，本实用新型提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括正极和负极，所述正极和/或负极的集流体采用根据第一方面所述的集流体，所述集流体的第一部分的表面设置有活性材料层。

本实用新型中，将集流体的第一部分作为活性材料区，设置活性材料层，将第二部分作为极耳区，可以直接伸出电芯外用作电化学装置的极耳，还可额外设置极耳，采用该集流体制备得到的电化学装置减轻了重量、提高了能量密度，还解决了传统复合集流体中含有聚合物层导致的极耳焊接不良、极耳处温升过大和内阻大的问题，提高了电化学装置整体的能量密度和安全性能。

作为本实用新型的一个优选技术方案，所述第二部分的厚度小于所述活性材料层和所述第一部分的厚度的和。

需要说明的是，本实用新型中对活性材料层的材质不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据正极和/或负极的应用场景合理选择，示例性地，集流体为正极集流体，活性材料层中包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，正极活性材料包括三元镍钴锰材料、三元镍钴铝材料、磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂等，粘结剂包括聚偏氟乙烯，导电剂包括石墨、碳纳米管或石墨烯等；集流体为负极集流体，活性材料层中包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，负极活性材料包括石墨、中间相碳位球、石墨烯、硅、二氧化硅、氮化物和金属锂等，导电剂包括石墨、碳纳米管或石墨烯等，粘结剂包括丁苯橡胶、羟甲基纤维素或聚偏氟乙烯等。

需要说明的是，第二部分的厚度小于所述活性材料层和所述第一部分的厚度的和，具体指第二部分的厚度小于活性材料层和第一部分结合并冷压后的厚度和。

需要说明的是，本实用新型中的电化学装置包括但不限于锂离子电池。以锂离子电池为例，所述电化学装置还包括电池壳、隔膜和电解液，将正极、隔膜、负极按顺序卷绕或堆叠形成电芯，装入电池壳中，注入电解液，化成，封装，得到电化学装置。

第三方面，本实用新型提供了一种电子设备，所述电子设备中包括根据第二方面所述的电化学装置。

示例性地，本实用新型所述电子设备可以是移动电脑、便携式电话、存储卡、液晶电视、汽车、摩托车、电机、钟表、照相机等。

与现有技术方案相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型的集流体包括含有第一金属层、聚合物层和第一金属层的复合层叠结构的第一部分，第一部分中第一金属层和聚合物层层叠设置，能够减轻集流体的重量，达到提升能量密度的效果；在第一部分的至少一端还并排设置有含有第二金属层第二部分，且第二部分的厚度大于第一部分的厚度，用于电化学装置制备时极耳的焊接，该一端为纯金属一端为复合层叠结构的集流体结构，能够解决现有的复合集流体焊接不良的问题，解决复合集流体极耳处温升过大和内阻大的问题，降低因极耳处温升大引发的安全风险，提高电化学装置的能量密度和安全性能。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施方式中提供的集流体的俯视图；

图2是本实用新型一个具体实施方式中提供的集流体的主视图；

图3是本实用新型一个具体实施方式中提供的电化学装置的结构示意图；

图4是本实用新型的实施例2中提供的集流体的俯视图；

图5是本实用新型的实施例2中提供的集流体的主视图；

图6是本实用新型的实施例3中提供的集流体的俯视图。

其中，100-集流体；110-第一部分；111第一金属层；112-聚合物层；120-第二部分；200-正极活性材料层；300-负极活性材料层；400-隔膜。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种集流体100，其俯视图如图1所示，主视图如图2所示，所述集流体100包括并排设置的至少一个第一部分110和至少一个第二部分120，相邻两个所述第一部分110之间通过所述第二部分120连接，所述第一部分110的厚度小于所述第二部分120的厚度，所述第一部分110包括依次层叠设置的第一金属层111、聚合物层112和第一金属层111，所述第二部分120包括第二金属层。

本实用新型的集流体100包括含有第一金属层111、聚合物层112和第一金属层111的复合层叠结构的第一部分110，第一部分110中第一金属层111和聚合物层112层叠设置，能够减轻集流体100的重量，达到提升能量密度的效果；在第一部分110的一端还并排设置有含有第二金属层的第二部分120，且第二部分120的厚度大于第一部分110的厚度，用于电化学装置制备时极耳的焊接，该一端为纯金属一端为复合层叠的结构，能够解决现有的复合集流体焊接不良的问题，解决复合集流体极耳处温升过大和内阻大的问题，降低因极耳处温升大引发的安全风险，提高电化学装置的能量密度和安全性能。

进一步地，所述集流体包括至少一个第一部分110和至少两个第二部分120，所述第一部分110的两端均设置有所述第二部分120。

进一步地，所述第一金属层111为金属箔和/或金属网。

进一步地，所述第一金属层111为金属网，当第一金属层111为金属网时，通过金属网的网状结构，能够提高导电能力，降低集流体100重量，进一步提升能量密度。

进一步地，所述第一部分110的厚度为1μm至10μm，所述聚合物层112的厚度为0.1μm至4μm。

进一步地，所述第二部分120的厚度为6μm至150μm。

进一步地，沿所述第一部分110至第二部分120的方向为宽度方向，所述第一部分110的宽度为100mm至800mm，所述集流体两端的第二部分120的宽度为10mm至50mm。

进一步地，所述集流体100包括至少两个第一部分110和至少三个第二部分120，所述相邻两个第一部分110之间的第二部分120的宽度为20mm至100mm。。

示例性地，本实用新型提供了一种所述集流体100的制备方法，包括：

以高分子薄膜为基底，通过电解法或压延法制备所需厚度的金属箔材，再将箔材与高分子薄膜压合，同时两侧预留合适的宽度作为第二部分120，即箔材超出高分子薄膜的区域为第二部分120，箔材和高分子薄膜相贴合的部分为第一部分110，得到所述集流体100。

在一个具体实施方式中，本实用新型还提供了一种电化学装置，其结构示意图如图3所示，所述电化学装置包括正极和负极，所述正极和/或负极的集流体100采用上述的集流体100，所述集流体100的第一部分110的表面设置有活性材料层。

本实用新型中，将集流体100的第一部分110作为活性材料区，设置活性材料层，将第二部分120作为极耳区，第二部分120可以直接伸出电芯外用作电化学装置的极耳，还可额外设置极耳，当集流体100用于正极时，活性材料层为正极活性材料层200，当集流体100用于负极时，活性材料层为负极活性材料层300；采用该集流体100制备得到的电化学装置减轻了重量、提高了能量密度，还解决了传统复合集流体中含有聚合物层112导致的极耳焊接不良、极耳处温升过大和内阻大的问题，提高了电化学装置整体的能量密度和安全性能。

进一步地，所述正极的集流体100的第二部分120和所述负极的集流体100的第二部分120不设置在同一侧，防止电化学装置短路。

进一步地，所述第二部分120的厚度小于所述活性材料层和所述第一部分110的厚度的和。

可选地，所述电化学装置为锂离子电池。

可选地，所述集流体100用于正极，正极活性材料层200中包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，正极活性材料包括三元镍钴锰材料、三元镍钴铝材料、磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂等，粘结剂包括聚偏氟乙烯，导电剂包括石墨、碳纳米管或石墨烯等；所述集流体100用于负极，负极活性材料层300中包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，负极活性材料包括石墨、中间相碳位球、石墨烯、硅、二氧化硅、氮化物和金属锂等，导电剂包括石墨、碳纳米管或石墨烯等，粘结剂包括丁苯橡胶、羟甲基纤维素或聚偏氟乙烯等。

可选地，所述电化学装置还包括电解液和隔膜400，所述隔膜400设置在所述正极和所述负极之间。

可选地，所述电解液包括锂盐和溶剂。

可选地，所述锂盐包括LiPF₆。

可选地，以所述电解液的质量为100wt％计，所述锂盐的含量为4wt％至24wt％，例如可以是4wt％、8wt％、10wt％、15wt％、20wt％或24wt％等。

可选地，所述溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和聚碳酸酯(PC)中的至少一种或任意两种的组合，例如可以是EC和EMC的组合，DMC和PC的组合，EC、EMC和DMC的组合，或EC、EMC、DMC和PC的组合等。

在一个具体实施方式中，本实用新型还提供了一种电子设备，所述电子设备中包括上述的电化学装置。

可选地，本实用新型所述电子设备可以是移动电脑、便携式电话、存储卡、液晶电视、汽车、摩托车、电机、钟表、照相机等。

实施例1

本实施例提供了一种集流体100，其俯视图如图1所示，主视图如图2所示，包括一个第一部分110和两个第二部分120，第二部分120设置在第一部分110的两端，第一部分110为依次层叠设置的第一金属层111、聚合物层112和第一金属层111，第二部分120包括第二金属层。

第一部分110的厚度为5μm，宽度为100mm，聚合物层112的厚度为2μm，聚合物层112为聚乙烯层，第一金属层111为铜箔，两端的第二部分120的厚度为30μm，宽度为20mm，第二金属层的材质为铜。

实施例2

本实施例提供了一种集流体100，其俯视图如图4所示，主视图如图5所示，包括三个第一部分110和四个第二部分120，第二部分120设置在第一部分110的两端，第一部分110为依次层叠设置的第一金属层111、聚合物层112和第一金属层111，第二部分120包括第二金属层。

第一部分110的厚度为8μm，宽度为200mm，聚合物层112的厚度为3μm，聚合物层112为聚丙烯层，第一金属层111为铜箔，第二部分120的厚度为50μm，集流体100两端的第二部分120的宽度为15mm，相邻两个第一部分110之间的第二部分120的宽度为30mm，第二金属层的材质为铜。

实施例3

本实施例提供了一种集流体100，其主视图如图6所示，包括三个第一部分110和四个第二部分120，第二部分120设置在第一部分110的两端，第一部分110为依次层叠设置的第一金属层111、聚合物层112和第一金属层111，第二部分120包括第二金属层。

第一部分110的厚度为8μm，宽度为500mm，聚合物层112的厚度为3μm，聚合物层112为聚丙烯层，第一金属层111为铜网，第二部分120的厚度为50μm，集流体100两端的第二部分120的宽度为15mm，相邻两个第一部分110之间的第二部分120的宽度为30mm，第二金属层的材质为铜。

本实用新型的集流体100在包含三层复合结构的第一部分110的至少一端设置含有金属层的第二部分120，且第二部分120的厚度大于第一部分110的厚度，增加了极耳区域的集流体100厚度，减小了极耳区域的欧姆电阻，增强了其过流能力，降低了大电流温升，解决了传统复合集流体100使用的安全隐患。

本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括并排设置的至少一个第一部分和至少一个第二部分，相邻两个所述第一部分之间通过所述第二部分连接，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第一部分包括依次层叠设置的第一金属层、聚合物层和第一金属层，所述第二部分包括第二金属层。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括至少一个第一部分和至少两个第二部分，所述第一部分的两端均设置有所述第二部分。

3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一金属层为金属箔和/或金属网。

4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一部分的厚度为1μm至10μm，所述聚合物层的厚度为0.1μm至4μm。

5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第二部分的厚度为6μm至150μm。

6.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，沿所述第一部分至第二部分的方向为宽度方向，所述第一部分的宽度为100mm至800mm，所述集流体两端的第二部分的宽度为10mm至50mm。

7.根据权利要求6所述的集流体，其特征在于，所述集流体包括至少两个第一部分和至少三个第二部分，所述相邻两个第一部分之间的第二部分的宽度为20mm至100mm。

8.一种电化学装置，所述电化学装置包括正极和负极，其特征在于，所述正极和/或负极的集流体采用根据权利要求1至7任一项所述的集流体，所述集流体的第一部分的表面设置有活性材料层。

9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述第二部分的厚度小于所述活性材料层和所述第一部分的厚度的和。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备中包括根据权利要求8或9所述的电化学装置。

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