CN218677203U - 复合集流体、锂离子电池和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体提供一种复合集流体、锂离子电池和车辆，旨在解决现有复合集流体安全性能不高的问题。为此目的，本实用新型的复合集流体包括基膜层和导电层，其中，导电层设置在基膜层相背对的两个表面，基膜层内嵌设有阻燃结构，在电芯正常使用过程中，该阻燃结构存留在基膜层内，不发挥作用，不对电芯的使用造成影响；当电芯发生机械安全、异物冲击、外部针刺、挤压和热滥用等情况时，阻燃结构能够释放阻燃剂，在根源点直接阻止电芯燃烧，可有效降低电芯发生燃烧等机械安全的概率。

Description

复合集流体、锂离子电池和车辆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体提供一种复合集流体、锂离子电池和车辆。

背景技术

近年来随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度和安全性能要求进一步提高。集流体作为锂离子电池中的重要组成部分，其与锂离子电池的能量密度密切相关，而提高锂离子电池的能量密度，需要降低集流体的厚度和重量，但是现有的动力电池集流体存在质量大，对电池的能量密度提升存在阻碍。

然而，现有技术中，复合集流体为高分子聚合物层的两侧分别镀有金属铜、铝等金属镀层，高分子层的引入在质量上确实比传统金属集流体质轻，有利于提高电池的能量密度。但是，高分子聚合物材料具有易燃和热的不良导体等缺点，导致复合集流体存在安全隐患，甚至会导致爆炸燃烧。

因此，本领域需要一种新的复合集流体、锂离子电池和车辆来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述技术问题，即，解决现有复合集流体安全性能不高的问题。

在第一方面，本实用新型提供了一种复合集流体，所述复合集流体包括基膜层和导电层，其中，所述导电层设置在所述基膜层相背对的两个表面，所述基膜层内嵌设有阻燃结构。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述基膜层内设有多个孔结构，每个所述孔结构内均嵌设有所述阻燃结构。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述阻燃结构为阻燃微胶囊，所述阻燃微胶囊内填充有阻燃剂。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述阻燃剂选自有机磷系阻燃剂、有机氟化物阻燃剂和氟代烷基磷酸酯阻燃剂中的一种或多种。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述基膜层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰亚胺中的一种或多种；并且/或者所述基膜层的厚度为2～10μm。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述导电层包括导电金属子层和导电炭子层，所述导电金属子层设置在所述基膜层相背对的两个表面，所述导电炭子层设置在所述导电金属子层的表面。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述导电金属子层的材料选自铝或铜；并且/或者所述导电金属子层的厚度为0.1μm～3μm；并且/或者所述导电金属子层采用蒸镀或者磁控溅射的方式镀设在所述基膜层沿厚度方向的两个表面。

在上述复合集流体的优选技术方案中，所述导电炭子层的导电剂的材料选自导电炭黑或石墨烯；并且/或者所述导电炭子层的厚度为0.1～5μm。

在第二方面，本实用新型提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述优选技术方案中任一项所述的复合集流体。

在第三方面，本实用新型提供了一种车辆，所述车辆包括上述优选技术方案中任一项所述的复合集流体或者锂离子电池。

在本实用新型的复合集流体的优选技术方案中，复合集流体包括基膜层和导电层，其中，导电层设置在基膜层相背对的两个表面，基膜层内嵌设有阻燃结构。相对于现有技术中采用普通基膜层的技术方案，本实用新型在基膜层内嵌设有阻燃结构，在电芯正常使用过程中，该阻燃结构存留在基膜层内，不发挥作用，不对电芯的使用造成影响；当电芯发生机械安全、异物冲击、外部针刺、挤压和热滥用等情况时，阻燃结构能够释放阻燃剂，在根源点直接阻止电芯燃烧，可有效降低电芯发生燃烧等机械安全的概率。

进一步地，基膜层内设有多个孔结构，孔结构能够降低基膜层的重量，有利于提高锂离子电池的能量密度；而且每个孔结构内均嵌设有阻燃结构，在全部阻燃结构的共同作用下，能够更有效地阻止电芯燃烧，进一步地降低了电芯发生燃烧等机械安全的概率。

进一步地，阻燃结构为阻燃微胶囊，阻燃微胶囊内填充有阻燃剂，在外力的作用下，微胶囊容易破裂，利用微胶囊缓释作用释放阻燃剂，并能够防止阻燃剂迁移，提高阻燃效力，从而有效阻止电芯燃烧。

进一步地，基膜层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰亚胺中的一种或多种，相对于金属基层，上述聚合物的密度更轻，进一步降低了复合集流体的重量，有利于进一步提高锂离子电池的能量密度。

进一步地，导电层包括导电金属子层和导电炭子层，在基膜层相背对的两个表面以导电金属子层进行打底，再在导电金属子层的表面设置导电炭子层，相对于只在基膜层的表面设置导电金属子层的技术方案，导电炭子层能够有效提高复合集流体的导电性，即便导电金属子层较薄，也能够确保复合集流体的导电性，还能够降低复合集流体的内阻，而且导电炭子层与活性物质的粘结性更好，使得涂敷在复合集流体表面的活性物质层与复合集流体连接的更加牢固。此外，导电金属子层能够有效防止基膜层受到导电炭子层中溶剂的腐蚀。

进一步地，导电金属子层采用蒸镀的方式镀设在基膜层沿厚度方向的两个表面，采用蒸镀工艺，能够使得导电金属子层分布的更加均匀，而且使得导电金属子层的厚度较薄，有利于提高锂离子电池的能量密度。

进一步地，导电金属子层采用磁控溅射的方式镀设在基膜层沿厚度方向的两个表面，采用磁控溅射工艺，镀膜面积较大，易于在基膜层表面镀设导电金属子层，而且使得导电金属子层在基膜层表面附着的更加牢固。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的复合集流体，附图中：

图1是本实用新型的复合集流体的结构示意图。

附图标记列表

1、基膜层；11、孔结构；

2、导电层；21、导电金属子层；22、导电炭子层；

3、阻燃结构。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，尽管本申请是结合电动汽车来描述的，但是，本实用新型的技术方案并不局限于此，该复合集流体显然也可以应用于混合动力汽车等其他车辆，这种改变并不偏离本实用新型的原理和范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

此外，还需要说明的是，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

基于背景技术中提出的技术问题，本实用新型提供了一种复合集流体，旨在基膜层内嵌设有阻燃结构，在电芯正常使用过程中，该阻燃结构存留在基膜层内，不发挥作用，不对电芯的使用造成影响；当电芯发生机械安全、异物冲击、外部针刺、挤压和热滥用等情况时，阻燃结构能够释放阻燃剂，在根源点直接阻止电芯燃烧，可有效降低电芯发生燃烧等机械安全的概率。

首先参见图1，对本实用新型的复合集流体进行描述。其中，图1是本实用新型的复合集流体的结构示意图。

如图1所示，本实用新型的复合集流体包括基膜层1和导电层2，其中，基膜层1包括沿厚度方向(即图1中由下至上的方向)相背对的两个表面，导电层2设置在基膜层1相背对的两个表面，且基膜层1内嵌设有阻燃结构3，使得复合集流体能够释放阻燃剂，从而阻止电芯燃烧。

其中，基膜层1为高分子聚合物层，优选地，高分子聚合物层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰亚胺中的一种、两种、三种或多种。当然，聚合物层的材料还可以选自聚苯乙烯、聚氯乙烯薄等其他聚合物。相对于金属基层，上述聚合物的密度更轻，进一步降低了复合集流体的重量，有利于进一步提高锂离子电池的能量密度。

优选地，基膜层1的厚度为2～10μm，例如，3μm、5μm、7μm、9μm等任意厚度，本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池的导电性、能量密度等需求灵活地调整和设置基膜层1的厚度。

如图1所示，基膜层1内设有多个孔结构11，多孔结构11能够降低基膜层1的重量，有利于提高锂离子电池的能量密度；并在每个孔结构11内均嵌设有阻燃结构3，在全部阻燃结构3的共同作用下，能够更有效地阻止电芯燃烧，进一步地降低了电芯发生燃烧等机械安全的概率。

优选地，在加工的过程中，可以在上述列举的对苯二甲酸乙二醇酯等聚合物中添加十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠等发泡物质，通过发泡物质蒸发制造孔隙，从而将基膜层1加工成多孔结构，全部孔结构11在基膜层1内无规则排布、或者沿基膜层1的长度方向(即图1中由左至右的方向)以及厚度方向交错设置、或者间隔设置，无论如何排布全部孔结构11，只要能够最大限度地覆盖整个基膜层1即可。

进一步地，嵌设在每个孔结构11内的阻燃结构3可以是一个、两个或任意个阻燃结构3，本实用新型对此不做任何的限制，当电芯发生机械安全、异物冲击、外部针刺、挤压和热滥用等情况时，在全部阻燃结构3的共同作用下，能够更有效地阻止电芯燃烧，进一步地降低了电芯发生燃烧等机械安全的概率。

优选地，阻燃结构3为阻燃微胶囊，阻燃微胶囊将阻燃剂包裹在聚合物薄膜中，当电芯发生机械安全、异物冲击、外部针刺、挤压和热滥用等情况时，在外力的作用下，微胶囊的聚合物薄膜破裂，利用微胶囊缓释作用释放阻燃剂，并能够防止阻燃剂迁移，提高阻燃效力，从而有效阻止电芯燃烧。当然，阻燃结构3还可以是块状、颗粒状、粉末状等其他结构。

其中，聚合物薄膜可以是甲基硅树脂、甲基苯基硅树脂、MQ硅树脂等其他有机物，在此就不一一列举了。

其中，阻燃剂选自磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物以及聚合物磷酸酯等有机磷系阻燃剂中的一种、两种、三种或多种。

或者，阻燃剂也可以选自氟代环状碳酸酯、氟代链状碳酸酯以及烷基全氟代烷基醚等有机氟化物阻燃剂中的一种、两种、三种或多种。

或者，阻燃剂也可以选自四氟丙醇、丁炔二醇丙氧基化合物、二磷酸硫胺等氟代烷基磷酸酯阻燃剂中的一种、两种、三种或多种。

当然，助燃剂也可以选自有机磷系阻燃剂、有机氟化物阻燃剂和氟代烷基磷酸酯阻燃剂中的一种、两种、三种或多种。本领域技术人员可以根据实际的阻燃需求等灵活地进行选择。

当然，阻燃剂也可以选自氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵等其他阻燃剂，无论选择何种阻燃剂，只要能够阻止电芯燃烧即可。

此外，关于孔结构11，也可以在对对苯二甲酸乙二醇酯等聚合物进行拉伸时使其形成多孔结构11，并在拉伸过程中，向形成的孔结构11中填充上述列举的阻燃结构3。

下面继续参照图1，对本实用新型的导电层2进行描述。

如图1所示，导电层2包括导电金属子层21和导电炭子层22，导电金属子层21设置在基膜层1沿厚度方向相背对的两个表面，导电炭子层22设置在导电金属子层21的表面，相对于只在基膜层1的表面设置导电金属子层21的技术方案，导电炭子层22能够有效提高复合集流体的导电性，即便导电金属子层21较薄，也能够确保复合集流体的导电性，还能够降低复合集流体的内阻，而且导电炭子层22与活性物质的粘结性更好，使得涂敷在复合集流体表面的活性物质层与复合集流体连接的更加牢固。此外，导电金属子层21能够有效防止基膜层1受到导电炭子层22中溶剂的腐蚀。

其中，导电金属子层21采用蒸镀方式镀设在基膜层1沿厚度方向的两个表面，采用蒸镀工艺，能够使得导电金属子层21分布的更加均匀，而且使得导电金属子层21的厚度较薄，有利于提高锂离子电池的能量密度。

或者，导电金属子层21采用磁控溅射的方式镀设在基膜层1沿厚度方向的两个表面，采用磁控溅射工艺，镀膜面积较大，易于在基膜层1表面镀设导电金属子层21，而且使得导电金属子层21在基膜层1表面附着的更加牢固。

当然，在实际应用中，也可以采用溅射镀、离子镀等其他的物理气相沉积或化学气相沉积的方法将导电金属子层21镀设在基膜层1的表面。

优选地，导电金属子层21的厚度为0.1μm～3μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm等任意厚度，本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池的导电性、能量密度等需求灵活地调整和设置导电金属子层21的厚度。

进一步地，基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的厚度相同。当然，也可以将基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的厚度设置为不相同，本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池的导电性、能量密度等需求灵活地调整和设置导电金属子层21的厚度。

优选地，导电金属子层21的材料选自铝、铜、镍等其他金属。进一步地，基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的材质相同，例如均为铝。当然，基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的材质也可以不相同，可以是铝和铜、铝和镍、或者铜和镍等其他金属组合。

进一步地，基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的数量相同，例如一层、两层、三层或任意层，相邻的两层导电金属子层21的材质可以相同，也可以不相同。当然，基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设的导电金属子层21的数量也可以不相同，但是，至少在基膜层1沿厚度方向的两个表面镀设一层导电金属子层21。

优选地，导电炭子层22包括导电剂、粘接剂、分散剂等，由导电剂、粘接剂、分散剂等制备混合浆料，混合浆料通过凹版涂布、转移涂布、挤压涂布或者喷涂涂布等方式涂覆在导电炭子层22的表面。

其中，导电剂的材料选自导电炭黑或石墨烯。当然，也可以选自乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、单壁或多壁碳纳米管、金属粉、碳纤维等其他导电剂。

其中，粘接剂的材料选自丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中等其他粘结剂。

其中，分散剂的材料选自胺盐、季铵盐、吡啶鎓盐等其他分散剂。

优选地，导电炭子层22的厚度为0.1μm～5μm，例如0.6μm、1.6μm、2.3μm、3.4μm、4.8μm等任意厚度，本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池的导电性、能量密度等灵活地调整和设置导电炭子层22的厚度。

进一步地，涂覆在两个导电金属子层21的表面的导电炭子层22的厚度相同。当然，也可以将涂覆在两个导电金属子层21的表面的导电炭子层22的厚度设置为不相同，本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池的导电性、能量密度等需求灵活地调整和设置导电炭子层22的厚度。

进一步地，涂覆在两个导电金属子层21的表面的导电炭子层22的数量相同，例如一层、两层、三层或任意层，相邻的两层导电炭子层22的材质可以相同，也可以不相同。当然，涂覆在两个导电金属子层21的表面的导电炭子层22的数量也可以不相同，但是，至少在导电金属子层21的表面涂覆一层导电炭子层22。

下面结合图1，对本实用新型的复合集流体的制备方法进行描述。

首先，选取2～10μm厚的多孔结构11聚对苯二甲酸乙二醇酯，采用去离子水、乙醇等对其表面进行清洗，再将其置于真空干燥箱中进行干燥；

其次，在聚对苯二甲酸乙二醇酯的多孔结构11中嵌设或者填充阻燃缓释微胶囊；

接着，在聚对苯二甲酸乙二醇酯的沿厚度方向相背对的两个表面分别蒸镀一层约0.1～3μm的铜镀层；

最后，在铜镀层的表面涂覆约0.1-5μm的导电炭子层22。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本实用新型的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，本实用新型还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述实施方式中任一项的复合集流体。

此外，本实用新型还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述实施方式中任一项的复合集流体或者锂离子电池。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括基膜层和导电层，其中，所述导电层设置在所述基膜层相背对的两个表面，所述基膜层内嵌设有阻燃结构。

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述基膜层内设有多个孔结构，每个所述孔结构内均嵌设有所述阻燃结构。

3.根据权利要求2所述的复合集流体，其特征在于，所述阻燃结构为阻燃微胶囊，所述阻燃微胶囊内填充有阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的复合集流体，其特征在于，所述阻燃剂选自有机磷系阻燃剂、有机氟化物阻燃剂和氟代烷基磷酸酯阻燃剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述基膜层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰亚胺中的一种或多种；并且/或者

所述基膜层的厚度为2～10μm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层包括导电金属子层和导电炭子层，所述导电金属子层设置在所述基膜层相背对的两个表面，所述导电炭子层设置在所述导电金属子层的表面。

7.根据权利要求6所述的复合集流体，其特征在于，所述导电金属子层的材料选自铝或铜；并且/或者

所述导电金属子层的厚度为0.1μm～3μm；并且/或者

所述导电金属子层采用蒸镀或者磁控溅射的方式镀设在所述基膜层沿厚度方向的两个表面。

8.根据权利要求6所述的复合集流体，其特征在于，所述导电炭子层的导电剂的材料选自导电炭黑或石墨烯；并且/或者

所述导电炭子层的厚度为0.1～5μm。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1至8中任一项所述的复合集流体。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至8中任一项所述的复合集流体或者权利要求9所述的锂离子电池。

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