CN218351505U - 一种复合集流体、电极极片及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种复合集流体、电极极片及电池，涉及电池技术领域。该复合集流体、电极极片及电池包括高分子层以及设置于高分子层表面的金属层，高分子层朝向金属层的表面上设置有多个凹陷和/或多个凸起，增大了金属层与高分子层的接触面积，提高了金属层与高分子层之间的结合力，降低了虚焊比例，同时可以减少电芯循环后期和高温条件下由于复合集流体的导电层脱落造成的容量损失，提高循环寿命。

Description

一种复合集流体、电极极片及电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种复合集流体、电极极片及电池。

背景技术

相较于传统纯金属集流体，高分子-金属复合集流体是一种先进的复合集流体材料，在电池内部其重量占比低，使得电池内活性物质占比增加，从而提高电池能量密度。

由于高分子材料内部的分子键和金属材料内部的原子键差异较大，金属层在高分子表面的附着力较差，金属层与高分子层之间连接不紧密。随着电芯循环过程中极片膨胀造成的应力积累，金属层有发生剥离脱落的风险，容易在极耳焊接时产生虚焊造成安全隐患；同时，高温条件下电解液对集流体状态的影响更大，也会造成金属层的脱落，从而导致电芯容量损失和寿命衰减。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种复合集流体，其能够提高复合集流体中金属层与高分子层的结合力，改善现有复合集流体金属层与高分子层连接不紧密，金属层容易脱落的问题。

本实用新型的目的还包括，提供了一种电极极片，其能够提高复合集流体中金属层与高分子层的结合力，改善现有复合集流体金属层与高分子层连接不紧密，金属层容易脱落的问题。

本实用新型的目的还包括，提供了一种电池，其能够提高复合集流体中金属层与高分子层的结合力，改善现有复合集流体金属层与高分子层连接不紧密，金属层容易脱落的问题。

本实用新型的实施例可以这样实现：

本实用新型的实施例提供了一种集流体，其包括高分子层以及设置于所述高分子层表面的金属层，所述高分子层朝向所述金属层的表面上设置有多个凹陷和/或多个凸起。

可选的，沿所述复合集流体的厚度方向，多个所述凹陷和/或多个所述凸起的正投影总面积与所述高分子层的平面面积之比为1:100-80:100。

可选的，所述凹陷的底端与开设有所述凹陷的所述高分子层的表面之间的距离为100nm-5μm，所述凸起的顶端与设置有所述凸起的所述高分子层的表面之间的距离为100nm-5μm。

可选的，所述高分子层的厚度为1μm-20μm。

可选的，所述金属层的厚度为200nm-5μm。

可选的，所述高分子层包括聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。

可选的，所述凹陷或所述凸起通过挤出成型、激光烧蚀、模板压痕法中的任意一种方法设置。

可选的，所述金属层包括镍、铁、铜、铝中的至少一种。

本实用新型的实施例还提供了一种电极极片，包括电极活性材料、导电剂、粘接剂以及上述的集流体。

本实用新型的实施例还提供了一种电池，包括隔膜、电解液以及上述的电极极片。

本实用新型实施例的集流体、电极极片及电池的有益效果包括，例如：通过在高分子层朝向金属层的表面上设置多个凹陷和/或多个凸起，增大了高分子层的表面积，从而进一步增大了金属层与高分子层的接触面积，提高了金属层与高分子层之间的结合力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例中复合集流体的示意图；

图2为本申请实施例中用于展示设置有凹陷的高分子层的结构示意图；

图3为本申请实施例中用于展示设置有凸起的高分子层的结构示意图。

图标：100-高分子层；110-凹陷；120-凸起；200-金属层。

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，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

本申请的发明人发现，由于高分子材料内部的分子键和金属材料内部的原子键差异较大，金属层在高分子表面的附着力较差，金属层与高分子层之间连接不紧密。随着电芯循环过程中极片膨胀造成的应力积累，金属层有发生剥离脱落的风险，容易在极耳焊接时产生虚焊造成安全隐患；同时，高温条件下电解液对集流体状态的影响更大，也会造成金属层的脱落，从而导致电芯容量损失和寿命衰减。本实施例提供了一种复合集流体，至少用于解决上述的技术问题。

请参考图1-图3，本实施例提供的复合集流体包括高分子层100以及设置于高分子层100表面的金属层200，高分子层100朝向金属层200的表面上设置有多个凹陷110和/或多个凸起120。

本实施例中，沿复合集流体的厚度方向，高分子层100具有相对的两个表面，该两个表面上均设置有金属层200，该两个表面上均设置有多个凹陷110和/或多个凸起120。

例如，该两个表面上均设置有多个凹陷110，或，该两个表面上均设置有多个凸起120，或，该两个表面上同时设置有多个凹陷110和多个凸起120。

在其他实施例中，高分子层100的其中一个表面上设置有金属层200，该设置有金属层200的表面上设置有多个凹陷110和/或多个凸起120。

通过在高分子层100朝向金属层200的表面上设置多个凹陷110和/或多个凸起120，增大了高分子层100的表面积，从而进一步增大了金属层200与高分子层100的接触面积，提高了金属层200与高分子层100之间的结合力。

在可选的实施例中，沿复合集流体的厚度方向，多个凹陷110和/或多个凸起120的正投影总面积与高分子层100的平面面积之比为1:100-80:100。

需要指出的是，由于在高分子层100的表面上设置有凹陷110和/或凸起120，使得高分子层100的表面具有了凹陷110面和/或凸起120面以及平面，每个凹陷110对应一个凹陷110面，每个凸起120对应一个凸起120面。沿复合集流体的厚度方向，该凹陷110面和凸起120面的正投影总面积与平面面积之比为1:100-80:100。

例如，该凹陷110面和凸起120面的正投影总面积与平面面积之比为1:100、或10:100，或30:100，或60:100，或80:100。

在可选的实施例中，凹陷110的底端与开设有凹陷110的高分子层100的表面之间的距离H1为100nm-5μm，凸起120的顶端与设置有凸起120的高分子层100的表面之间的距离H2为100nm-5μm。

需要指出的是，凹陷110的底端与对应开设该凹陷110的高分子层100的表面之间的距离H1为100nm-5μm，凸起120的顶端与对应凸设该凸起120的高分子层100的表面之间的距离H2为100nm-5μm。

例如，凹陷110的底端与对应开设该凹陷110的高分子层100的表面之间的距离H1为100nm，或500nm，或1μm，或5μm；凸起120的顶端与对应凸设该凸起120的高分子层100的表面之间的距离H2为100nm，或500nm，或1μm，或5μm。

在可选的实施例中，凹陷110或凸起120通过挤出成型、激光烧蚀、模板压痕法中的任意一种方法设置。

在可选的实施例中，高分子层100的厚度为1μm-20μm。

例如，高分子层100的厚度为1μm，或5μm，或10μm，或20μm。

在可选的实施例中，金属层200的厚度为200nm-5μm。

例如，金属层200的厚度为200nm，或500nm，或1μm，或5μm。

在可选的实施例中，高分子层100包括聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。

需要指出的是，高分子层100由聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的一种或多种材料混合制成。

在可选的实施例中，金属层200包括镍、铁、铜、铝中的至少一种。

需要指出的是，金属层200由镍、铁、铜、铝中的一种或多种材料混合制成。

另外，本实施例还提供一种电极极片，包括电极活性材料、导电剂、粘接剂以及上述的复合集流体。

在可选的实施例中，电极活性材料包括正极活性物质和负极活性物质，其中正极活性物质包括LiFePO₄、LiMn_1-xFe_xO₄(0<x<1)、Li_aNi_xCo_yM_1-x-yO₂(0.95≤a≤1.2，0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M为Al和/或Mn)中的至少一种；负极活性物质包括硬碳、软碳、硅碳材料和硅氧材料中的至少一种。

需要指出的是，正极活性物质由LiFePO₄、LiMn_1-xFe_xO₄(0<x<1)、Li_aNi_xCo_yM_1-x-yO₂(0.95≤a≤1.2，0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，M为Al和/或Mn)中的一种或多种材料混合制成；负极活性物质由硬碳、软碳、硅碳材料和硅氧材料中的一种或多种材料混合制成。

在可选的实施例中，导电剂为超导碳、炭黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种。

在可选的实施例中，粘结剂为丁苯橡胶、丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂和聚酰亚胺中的一种或多种。

另外，本实施例还提供一种电池，包括隔膜、电解液以及上述的电极极片。

下面结合具体实施例，进一步阐述本方案电池的制造方法。可以理解的是，这些实施例仅用于说明本申请而不限于本申请的保护范围。在实施例中仅示出电化学装置为锂离子电池的情况，但本申请不限于此，这里仅仅是作为示例。

实施例1：

步骤S1、选用8um聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为高分子层100原料，通过采用具有点状阵列1um高度的挤出辊挤出成型方法，得到具有凹陷110和/或凸起120的高分子层100。

步骤S2、通过物理气相沉积方法在具有凹陷110和/或凸起120的PET高分子层100的表面上沉积1um厚的铝层，得到正极复合集流体。

步骤S3、采用LiNi₈Co₁Mn₁为正极，PVDF为粘结剂，乙炔黑为导电添加剂，NMP为溶剂，制备正极活性浆料，并涂覆于复合集流体表面，烘干得到正极极片。

步骤S4、采用人造石墨为负极，SBR为粘结剂，CMC为分散剂，乙炔黑为导电添加剂，水为溶剂，制备负极活性浆料，并涂覆于铜箔负极集流体表面，烘干得到负极极片；

步骤S5、将前面得到的正极极片和负极极片，与9um的PE隔膜卷绕组装干电芯，铝塑膜封口并注入电解液，通过化成分容得到采用上述的复合集流体的电池。

对比例1：

该对比例与实施例1的不同之处在于，在8um的平面高分子层100上复合8um的平面铝箔得到正极复合集流体。

实施例2：

步骤S1、选用6um的聚丙烯(PP)为高分子层100原料，通过采用具有点状阵列0.5um高度的模板成型方法，得到具有凹陷110和/或凸起120的高分子层100。

步骤S2、通过磁控溅射方法得到在上述的PP高分子层100上沉积1.5um厚的铜层，得到负极复合集流体。

步骤S3、采用LiNi8Co1Mn1为正极，PVDF为粘结剂，乙炔黑为导电添加剂，NMP为溶剂，制备正极活性浆料，并涂覆于13um铝箔表面，烘干得到正极极片；

步骤S4、采用10％SiO和人造石墨混合物为负极，聚丙烯酸为粘结剂，CMC为分散剂，乙炔黑和碳纳米管为导电添加剂，水为溶剂，制备负极活性浆料，并涂覆于负极复合集流体表面，烘干得到负极极片；

步骤S5、将前面得到的正极极片和负极极片，与12um的PE隔膜卷绕组装干电芯，铝塑膜封口并注入电解液，通过化成分容得到采用上述的复合集流体的电池。

对比例2：

该对比例与实施例2的不同之处在于，在6um的平面高分子层100上复合6um的平面铜箔得到负极复合集流体。

极片剥离强度测试按照《剥离强度试验方法GB/T 2790—1995》进行；60度循环测试按照1C/1C电流密度进行测试。

可见，采用了上述的复合集流体的实施例1相比对比例1的正极片剥离力得到提升，金属层200更不易与高分子层100剥离；60摄氏度的温度下进行充放电循环测试，对比例1可进行450次充放电循环，实施例1可进行600次充放电循环，提升了充放电循环次数，进而提升了电池寿命。

采用了上述的复合集流体的实施例2相比对比例2的负极片剥离力得到提升，金属层200更不易与高分子层100剥离；60摄氏度的温度下进行充放电循环测试，对比例2可进行430次充放电循环，实施例2可进行580次充放电循环，提升了充放电循环次数，进而提升了电池寿命。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种复合集流体、电极极片及电池，通过在高分子层100朝向金属层200的表面上设置多个凹陷110和/或多个凸起120，增大了高分子层100的表面积，从而在金属层200沉积于高分子层100上的过程中，进一步增大了金属层200与高分子层100的接触面积，提高了金属层200与高分子层100之间的结合力，降低了虚焊比例，同时可以减少电芯循环后期和高温条件下由于复合集流体的导电层脱落造成的容量损失，提高循环寿命。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种复合集流体，其特征在于，包括高分子层(100)以及设置于所述高分子层(100)表面的金属层(200)，所述高分子层(100)朝向所述金属层(200)的表面上设置有多个凹陷(110)和/或多个凸起(120)。

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，沿所述复合集流体的厚度方向，多个所述凹陷(110)和/或多个所述凸起(120)的正投影总面积与所述高分子层(100)的平面面积之比为1:100-80:100。

3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述凹陷(110)的底端与开设有所述凹陷(110)的所述高分子层(100)的表面之间的距离为100nm-5μm，所述凸起(120)的顶端与设置有所述凸起(120)的所述高分子层(100)的表面之间的距离为100nm-5μm。

4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述高分子层(100)的厚度为1μm-20μm。

5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述金属层(200)的厚度为200nm-5μm。

6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述凹陷(110)或所述凸起(120)通过挤出成型、激光烧蚀、模板压痕法中的任意一种方法设置。

7.一种电极极片，其特征在于，包括电极活性材料、导电剂、粘接剂以及如权利要求1-6任一项所述的集流体。

8.一种电池，其特征在于，包括隔膜、电解液以及如权利要求7所述的电极极片。

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