CN218299830U

CN218299830U - 集流体、极片和电池

Info

Publication number: CN218299830U
Application number: CN202221832571.8U
Authority: CN
Inventors: 何波; 张男
Original assignee: Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Current assignee: Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2032-07-14

Abstract

本实用新型公开了集流体、极片和电池。该集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面分别形成有多个间隔布置的凹槽，以与集流体厚度方向垂直的面为投影面，位于第一表面上的凹槽在投影面上的正投影的至少部分和位于第二表面上的凹槽在投影面上的正投影不重叠。由此，一方面可减少箔材用量，降低原料成本，保证集流体的强度；另一方面，制备电池极片时，还可增加单位面积集流体上活性物质层的负载量，从而能够进一步提高电池能量密度；再一方面制备电池极片时活性物质层嵌入凹槽中还能进一步提高活性物质层和集流体之间的结合强度，从而不仅能降低活性物质层脱落的风险，还能降低极片内阻，从而有利于提高电池的电化学性能。

Description

集流体、极片和电池

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体而言，涉及集流体、极片和电池。

背景技术

电池极片包括集流体和形成在集流体上的活性物质层。目前，集流体的厚度基本上是均一化设计的。随着电池技术的不断发展，消费者对电池续航能力、电池使用寿命以及电池轻量化的要求不断提升，如何改进电池结构以满足上述综合需求具有十分重要的意义；此外，如何在保证电池性能的基础上降低原料成本也是现有企业致力于研究的方向。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出集流体、极片和电池，以达到降低电池原料成本、提高电池能量密度和电化学性能的效果。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种集流体。根据本实用新型的实施例，该集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别形成有多个间隔布置的凹槽；以与所述集流体厚度方向垂直的面为投影面，位于所述第一表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的至少部分和位于所述第二表面上的凹槽在所述投影面上的正投影不重叠。与现有技术相比，通过在集流体两侧设置凹槽，一方面可以减少箔材的用量，降低原料成本，同时，通过使位于集流体两侧的凹槽交错设置还能保证集流体的强度；另一方面，制备电池极片时，还可以增加单位面积集流体上活性物质层的负载量，从而能够进一步提高电池能量密度；再一方面制备电池极片时活性物质层嵌入凹槽中还能进一步提高活性物质层和集流体之间的结合强度，从而不仅能降低活性物质层脱落的风险，还能降低极片内阻，从而有利于提高电池的电化学性能。

另外，根据本实用新型上述实施例的集流体还可以具有如下附加的技术特征：

任选地，所述凹槽的深度为所述集流体厚度的30～50％。

任选地，以所述集流体在所述投影面上的正投影的面积为集流体面积，位于所述第一表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的总面积为所述集流体面积的30～50％，位于所述第二表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的总面积为所述集流体面积的30～50％。

任选地，所述凹槽的长度延伸方向与所述集流体的长度方向相同；或者，所述凹槽的长度延伸方向与所述集流体的长度方向具有夹角，所述夹角不为零。

任选地，所述凹槽垂直于凹槽长度延伸方向的截面为矩形或梯形。

任选地，所述凹槽垂直于凹槽长度延伸方向的截面为梯形，所述梯形斜边与所述梯形中位于所述凹槽槽底一侧的底边的夹角为120～150度。

任选地，在所述集流体的同一侧上，相邻两个所述凹槽的间距为10～100μm；和/或，单个所述凹槽宽度为10～100μm。

任选地，所述集流体为铜箔或铝箔。

在本实用新型的再一个方面，本实用新型提出了一种极片。根据本实用新型的实施例，该极片包括前面所述的集流体、活性物质层，所述活性物质层设在所述集流体表面并嵌入所述凹槽中。该极片具有前面所述的集流体的全部特征及效果，此处不再一一赘述。总的来说，与现有技术相比，该极片不仅能量密度高、电化学性能好，而且原料成本低。

在本实用新型的又一个方面，本实用新型提出了一种电池。根据本实用新型的实施例，该电池包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片中的至少之一为前面所述的极片。与现有技术相比，该电池不仅能量密度高、使用寿命长，而且成本较低，客户满意度较高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的集流体的结构示意图。

图2是根据本实用新型一个实施例的集流体上凹槽深度、集流体厚度、凹槽间距以及凹槽宽度方向等的示意图。

图3是根据本实用新型一个实施例的集流体上凹槽沿集流体的长度方向延伸的俯视图。

图4是根据本实用新型再一个实施例的集流体的结构示意图。

图5是根据本实用新型一个实施例的极片的结构示意图。

附图标号：

10-集流体；11-第一表面；12-第二表面；13-凹槽；14-极耳；20-活性物质层；d-位于集流体同一侧上相邻两个凹槽的间距；w-凹槽的宽度方向；h₁-凹槽深度；h₂-集流体厚度。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，“长度”、“宽度”、“厚度”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种集流体。根据本实用新型的实施例，参考图1理解，该集流体10包括相背设置的第一表面11和第二表面12，第一表面11和第二表面12分别形成有多个间隔布置的凹槽13；以与集流体10厚度方向垂直的面为投影面，位于第一表面11上的凹槽13在投影面上的正投影的至少部分和位于第二表面12上的凹槽13在投影面上的正投影不重叠。优选地，位于集流体10第一表面11上的多个凹槽13和位于集流体20第二表面12上的多个凹槽13可以平行设置。与现有技术相比，通过在集流体两侧设置凹槽，一方面可以减少箔材的用量，降低原料成本，同时，通过使位于集流体两侧的凹槽交错设置还能保证集流体的强度；另一方面，制备电池极片时，还可以(在不改变极片整体厚度的基础上)增加单位面积集流体上活性物质层的负载量，从而能够进一步提高电池能量密度；再一方面制备电池极片时活性物质层嵌入凹槽中还能进一步提高活性物质层和集流体之间的结合强度，从而不仅能降低活性物质层脱落的风险，还能降低极片内阻，从而有利于提高电池的电化学性能。

下面参考图1～4对本实用新型上述实施例的集流体进行详细描述。

根据本实用新型的实施例，参考图1理解，位于集流体10第一表面11上的凹槽13在投影面上的正投影和位于第二表面12上的凹槽13在投影面上的正投影不重合，通过采用该设置，可以使集流体在各个区域均具有足够的厚度，保证集流体的整体强度，避免出现因位于集流体两侧的凹槽重合导致集流体局部区域厚度过薄进而导致集流体强度显著下降，增加极片断裂风险的问题。

根据本实用新型的实施例，参考图2理解，凹槽13的深度h₁可以为集流体厚度h₂的30～50％，例如，可以为集流体厚度h₂的30％、34％、38％、42％、46％或50％等，由此，可以避免集流体局部区域过薄导致集流体强度显著下降，增加极片断裂风险，保证电池极片具有足够的强度。

根据本实用新型的实施例，以集流体10在投影面上的正投影的面积为集流体面积，位于集流体第一表面11上的凹槽13在投影面上的正投影的总面积可以为集流体面积的30～50％，例如可以为集流体面积的35％、40％或45％等；同时，位于第二表面12上的凹槽13在投影面上的正投影的总面积可以为集流体面积的30～50％，例如可以为集流体面积的35％、40％或45％等。发明人发现，若凹槽在集流体上的体积占比过小，对降低集流体原料成本和提高单位面积集流体上活性物质的负载量的效果并不明显，而若凹槽在集流体上的体积占比过大，同样会导致集流体的整体强度显著下降，增加极片断裂风险，本实用新型中通过同时控制位于集流体两侧的凹槽为上述设置，既可以有效降低集流体用量，降低原料成本，并显著提高单位面积集流体上的活性物质的负载量，能够在不改变极片整体厚度的基础上提高极片的能量密度，同时还能保证集流体的整体厚度，降低极片断裂风险，并提高活性物质层与集流体的结合强度，降低极片内阻。

根据本实用新型的实施例，可以理解的是，凹槽13在集流体10上的延伸方向并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，优选使凹槽13的延伸方向为直线型，由此更便于生产加工。根据本实用新型的具体示例，凹槽13的长度延伸方向既可以与集流体10的长度方向相同(参考图3理解)，也可以与集流体10的长度方向呈一定的夹角，其中该夹角不为零，如可以使凹槽13的长度延伸方向与集流体10的长度方向呈30度、45度、60度、75度或90度等。

根据本实用新型的实施例，可以理解的是，凹槽13垂直于凹槽长度延伸方向的截面形状并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如，凹槽13垂直于凹槽长度延伸方向的截面形状可以为矩形(如图4所示)或梯形(如图1所示)等，优选可以为梯形，与矩形相比，梯形截面不仅更有利于实际生产加工，而且梯形截面与活性物质层的接触面积更大，更有利于改善活性物质层的附着力以及电池的电化学性能；更优选地，该梯形截面可以为等腰梯形，由此更有利于提高极片结构和电化学性能的均匀性。进一步地，参考图2理解，当凹槽13垂直于凹槽长度延伸方向的截面为梯形时，梯形的斜边与梯形中位于凹槽槽底一侧的底边之间的夹角α可以为120～150度，例如可以为125度、130度、135度、140度或145度等，发明人发现，在相同的凹槽深度下，梯形截面的斜边与梯形位于凹槽槽底一侧的底边之间的夹角越大，凹槽的宽度(凹槽宽度方向如图2中w所示的方向)也越大，而过宽的凹槽容易导致集流体上较大连续区域的厚度整体较薄，会显著降低集流体的整体强度，增加极片断裂风险，本实用新型中通过控制梯形截面的斜边与梯形位于凹槽槽底一侧的底边之间的夹角为上述范围，既方便实际生产加工，还有利于保证集流体的整体强度。

根据本实用新型的实施例，参考图2理解，在集流体10的同一侧上，相邻两个凹槽13的间距d可以为10～100μm，例如可以为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm等，发明人发现，若相邻两个凹槽之间的间距过小，难以保证集流体的整体强度，而若相邻两个凹槽之间的间距过大，又不利于降低集流体材料的用量和提高单位面积集流体上活性物质的负载量，本实用新型中通过控制位于集流体同一侧的相邻两个集流体之间的间距为上述范围，可以更好的兼顾集流体的整体强度、集流体的原料成本以及高活性物质负载量，能够在保证集流体具有足够强度的基础上降低集流体的原料成本，并在不改变极片总厚度的基础上增加活性物质的用量以及活性物质层与集流体的接触面积。

根据本实用新型的实施例，单个凹槽13的宽度可以为10～100μm，例如可以为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm等，发明人发现，若单个凹槽的宽度过大，同样会导致集流体上较大连续区域的厚度整体较薄，会显著降低集流体的整体强度，增加极片断裂风险，而若单个凹槽的宽度过小，又不利于降低集流体材料的用量和提高单位面积集流体上活性物质的负载量，本实用新型中通过控制单个凹槽的宽度为上述范围，可以更好的兼顾集流体的整体强度、集流体的原料成本以及高活性物质负载量，能够在保证集流体具有足够强度的基础上降低集流体的原料成本，并在不改变极片总厚度的基础上增加活性物质的用量以及活性物质层与集流体的接触面积。

根据本实用新型的实施例，可以理解的是，本实用新型中集流体10的材质并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，集流体10可以为铜箔或铝箔等箔片。另外，还可以理解的是，本实用新型中集流体10的厚度也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，集流体10的厚度可以为4.5～25μm，具体可以为4.5μm、6μm、10μm、12μm等，优选在保证集流体整体强度的基础上进一步降低集流体的厚度，由此更有利于提高电池极片的能量密度。另外，还需要说明的是，参考图3理解，集流体10上还可以设置出有沿集流体的长度方向设置的极耳14。

在本实用新型的再一个方面，本实用新型提出了一种极片。根据本实用新型的实施例，参考图5理解，该极片包括前面所述的集流体10、活性物质层20，活性物质层20设在集流体10表面并嵌入凹槽13中。该极片具有前面所述的集流体的全部特征及效果，此处不再一一赘述。总的来说，与现有技术相比，该极片不仅能量密度高、电化学性能好，而且原料成本低。另外，可以理解的是，活性物质层20在远离集流体10的一侧是平面结构。需要说明的是，该极片既可以为正极片，也可以为负极片，其中极片中活性物质层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据电池能量密度、电化学性能等实际需要灵活选择。另外，活性物质层20的原料配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，如可以选用常规组成的正极/负极活性物质材料、导电剂和粘结剂等的原料配比。

在本实用新型的又一个方面，本实用新型提出了一种电池。根据本实用新型的实施例，该电池包括正极片和负极片，正极片和负极片中的至少之一为前面所述的极片。与现有技术相比，该电池不仅能量密度高、使用寿命长，而且成本较低，客户满意度较高。需要说明的是，该电池具有前面所述的极片的所有特征及效果，此处不再一一赘述。另外，需要说明的是，该电池的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如，该电池可以为单个电芯(如软包电池)、电池模组或电池包等；再例如，该电池可以为卷绕电池或叠片电池等；又例如，该电池可以为液态电池、固态电池或准固态电池；又例如，该电池可以为锂离子电池等；又例如，该电池可以为车用电池、家用电器电池等。再者，还可以理解的是，当该电池为液态电池时，还可以包括隔膜和电解液，当该电池为固态电池时，还可以包括位于正极片和负极片之间的固态电解质层。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别形成有多个间隔布置的凹槽；

以与所述集流体厚度方向垂直的面为投影面，位于所述第一表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的至少部分和位于所述第二表面上的凹槽在所述投影面上的正投影不重叠。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述凹槽的深度为所述集流体厚度的30～50％。

3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，以所述集流体在所述投影面上的正投影的面积为集流体面积，位于所述第一表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的总面积为所述集流体面积的30～50％，位于所述第二表面上的凹槽在所述投影面上的正投影的总面积为所述集流体面积的30～50％。

4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述凹槽的长度延伸方向与所述集流体的长度方向相同；或者，所述凹槽的长度延伸方向与所述集流体的长度方向具有夹角，所述夹角不为零。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的集流体，其特征在于，所述凹槽垂直于凹槽长度延伸方向的截面为矩形或梯形。

6.根据权利要求5所述的集流体，其特征在于，所述凹槽垂直于凹槽长度延伸方向的截面为梯形，所述梯形的斜边与所述梯形中位于所述凹槽槽底一侧的底边的夹角为120～150度。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的集流体，其特征在于，在所述集流体的同一侧上，相邻两个所述凹槽的间距为10～100μm；和/或，单个所述凹槽宽度为10～100μm。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的集流体，其特征在于，所述集流体为铜箔或铝箔。

9.一种极片，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的集流体、活性物质层，所述活性物质层设在所述集流体表面并嵌入所述凹槽中。

10.一种电池，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片中的至少之一为权利要求9所述的极片。