CN220341260U - 一种带孔锂电池复合集流体 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种带孔锂电池复合集流体,包括高分子层、第一金属层和第二金属层,所述高分子层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间,所述高分子层上设置有孔结构,所述孔结构内设置有导电件,所述导电件连接所述第一金属层和所述第二金属层。导电件具有导电性,使第一金属层和第二金属层进行导通。通过孔结构和导电件的设置,一方面可实现正常工作条件下复合集流体两侧电子导通,电池直流内阻比不开孔复合集流体更低,利于提高电池倍率性能;另一方面能使用常规焊接工艺焊接极耳,不需要大额固定资产投资和工艺开发即可使用复合集流体。

Description

一种带孔锂电池复合集流体
技术领域
本实用新型属于复合集流体生产技术领域,具体涉及一种带孔锂电池复合集流体。
背景技术
复合集流体集成了轻薄化、高安全集流体的特性,近年来被广泛研究。复合集流体是一种“三明治”结构,内层为聚合物高分子层(如PET、PP或PI),两侧为金属导电层(如Al或Cu),目前工业量产的复合集流体主要为铜集流体或铝集流体。其中,铜集流体或铝集流体都由两部分构成,包括金属层以及位于金属层之间的高分子层。当前复合集流体的高分子层两侧金属层没有导通,需要将复合集流体极片和常规集流体极片交替穿插组合,或者使用两层金属箔(带)夹着复合集流体极片,并使用额外的滚焊设备焊接才能实现两侧电子导通。制作工艺和焊接工艺都很复杂,量产导入门槛高,成本高。
实用新型内容
为克服上述缺点,本实用新型的目的在于提供一种带孔锂电池复合集流体,在兼顾复合集流体重量轻、强度较高、安全性能好等优点的前提下,实现高分子支撑层两侧金属导电层连通,可使用传统焊接方式低成本导入复合集流体的产业化应用,能较好解决当前复合集流体的焊接问题。
为了达到以上目的,本实用新型采用的技术方案是:一种带孔锂电池复合集流体,包括高分子层、第一金属层和第二金属层,所述高分子层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间,所述高分子层上设置有孔结构,所述孔结构内设置有导电件,所述导电件连接所述第一金属层和所述第二金属层。导电件具有导电性,使第一金属层和第二金属层进行导通。通过孔结构和导电件的设置,一方面可实现正常工作条件下复合集流体两侧电子导通,电池直流内阻比未设置孔结构的复合集流体更低,利于提高电池倍率性能;另一方面能使用常规焊接工艺焊接极耳,不需要大额固定资产投资和工艺开发即可使用复合集流体。
作为本实用新型的进一步设置为,所述高分子层的材料选用常规的复合集流体中使用的高分子材料均可,例如PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PI(聚酰亚胺)等,优选为PET、PI和PP中一种。聚丙烯PP、聚乙烯PE膜的熔点一般在135℃、165℃左右,PET材料的熔点为260℃左右,采用PET短纤制备的膜具有更高的热稳定性,在200℃下仍能保持良好的完整性,热收缩率不超过5%。归功于其较高的熔点,PET膜在短路、热冲击、挤压等安全性上优于PP、PE膜。聚酰亚胺PI指主链上含有酰亚胺环(-CO-NR-CO-)的一类聚合物,是综合性能最佳的有机高分子材料之一。其耐高温达400℃以上,长期使用温度范围-200~300℃。
作为本实用新型的进一步设置为,所述高分子层的厚度为2~8μm。示例性地,高分子层的厚度为2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、7μm、8μm。
作为本实用新型的进一步设置为,所述第一金属层厚度为0.5~4μm,所述第二金属层厚度为0.5~4μm。示例性的,所述第一金属层厚度为0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm;第二金属层厚度为0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm。
作为本实用新型的进一步设置为,所述导电件的材料选自金属铝、金属铜、PTC材料和NTC材料中任一种或多种。PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。NTC材料是指电阻率随温度上升而减小的材料。孔结构内填充的导电件为PTC材料或NTC材料时,能根据应用场景要求,提高安全性能或低温性能。如:内置PTC材料时,当电池温度升高到某一阈值时,两侧导通内阻显著升高,(部分)阻断/减少产热发生,防止热失控发生。内置NTC材料时,电池在低温下可进行小电流自加热预热,提高低温性能。
作为本实用新型的进一步设置为,所述第一金属层的材料和所述第二金属层的材料为同一种金属或两种不同的金属。所述第一金属层的材料和所述第二金属层的材料可以同时为金属铜或金属铝,也可以其中一个金属层为金属铜,另一个金属层为金属铝。当所述第一金属层的材料和所述第二金属层的材料为两种不同金属制备的复合集流体可用于固态双极性锂离子电池,一般铝层靠正极,铜层靠负极,使复合集流体的适用范围更广。
作为本实用新型的进一步设置为,所述孔结构的孔径范围为2-50μm。示例性的,所述孔结构的孔径范围为2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm。
作为本实用新型的进一步设置为,所述孔结构成矩形阵列排布在所述高分子层上,相邻所述孔结构之间的距离为100-2000μm。相邻所述孔结构之间的距离是指相邻两个孔结构圆心之间的距离。示例性的,相邻所述孔结构之间的距离为100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1500μm、2000μm。
作为本实用新型的进一步设置为,通过机械式或激光进行打孔形成所述孔结构。
作为本实用新型的进一步设置为,所述高分子层分为焊接区和涂布区,所述焊接区沿着所述高分子层的边缘设置,所述焊接区上设置有所述孔结构,所述涂布区未设置有所述孔结构。由于焊接区上设置的孔结构内设置有导电件,使焊接工艺更容易实施。
本实用新型的有益效果是:
1)通过孔结构和导电件的设置,可实现正常工作条件下复合集流体两侧电子导通,能使用常规焊接工艺焊接极耳,不需要大额固定资产投资和工艺开发即可使用复合集流体。
2)通过孔结构和导电件的设置,孔结构两侧第一金属层和第二金属层通过导电件导通,电池直流内阻比未设置孔结构的复合集流体更低,利于提高电池倍率性能。
3)孔结构内填充的导电件为PTC材料或NTC材料时,除了能减少复合集流体的电阻,提高电池倍率性能外,还能根据应用场景要求,提高安全性能或低温性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,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的附图。
图1为本实用新型一实施例的带孔锂离子电池复合集流体的剖视图;
图2为本实用新型一实施例的高分子层主视图;
图3为本实用新型另一实施例的高分子层主视图。
图中:1、高分子层;11、孔结构;12、涂布区;13、焊接区;2、第一金属层;3、第二金属层;4、导电件。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外,所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。因此,除非有相反的说明,否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值,本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性,适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围,例如,1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
参见附图1所示,本实施例中的一种带孔锂电池复合集流体,包括高分子层1、第一金属层2和第二金属层3,所述高分子层1设置于所述第一金属层2和所述第二金属层3之间,高分子层1的厚度为2~8μm。高分子层1的材料选自常规的复合集流体中使用的高分子材料均可,例如PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PI(聚酰亚胺)等,优选为PET、PI和PP中一种。聚丙烯PP、聚乙烯PE膜的熔点一般在135℃、165℃左右,PET材料的熔点为260℃左右,采用PET短纤制备的膜具有更高的热稳定性,在200℃下仍能保持良好的完整性,热收缩率不超过5%。归功于其较高的熔点,PET膜在短路、热冲击、挤压等安全性上优于PP、PE膜。聚酰亚胺PI指主链上含有酰亚胺环(-CO-NR-CO-)的一类聚合物,是综合性能最佳的有机高分子材料之一。其耐高温达400℃以上,长期使用温度范围-200~300℃。
在一些实施例中,所述高分子层1上设置有孔结构11,所述孔结构11为圆柱体结构,所述孔结构11一端和所述第一金属层2连接,另一端和所述第二金属层3连接,所述孔结构11连通第一金属层2和第二金属层3,第一金属层2厚度为0.5~4μm,第二金属层3厚度为0.5~4μm。
在一些实施例中,所述孔结构11内填充有导电件4,所述导电件4具有导电性,所述导电件4填充在所述孔结构11内,能将第一金属层2和第二金属层3进行导通。通过孔结构11和导电件4的设置,一方面可实现正常工作条件下复合集流体两侧电子导通,能使用常规焊接工艺焊接极耳,不需要大额固定资产投资和工艺开发即可使用复合集流体;另一方面开孔后两侧金属层通过导电件4导通,电池直流内阻比不开孔复合集流体更低,利于提高电池倍率性能。
在一些实施例中,导电件4材质选自金属铝、金属铜、PTC材料和NTC材料中任一种或多种。孔结构11内填充的导电件4为金属铝或金属铜时,相对于现有技术中没有孔结构11的高分子层1,金属铝或金属铜能导通第一金属层2和第二金属层3,减少复合集流体的电阻,提高电池倍率性能。孔结构11内填充的导电件4为PTC材料或NTC材料时,除了能减少复合集流体的电阻,提高电池倍率性能,还能根据应用场景要求,提高安全性能或低温性能。如:内置导电件4的材料为PTC材料时,当电池温度升高到某一阈值时,两侧导通内阻显著升高,(部分)阻断/减少产热发生,防止热失控发生。内置导电件4的材料为NTC材料时,电池在低温下可进行小电流自加热预热,提高低温性能。
在一些实施例中,第一金属层2和第二金属层3为同一种金属,比如第一金属层2和第二金属层3均为金属铝或金属铜。比如复合集流体为:1)铝层-PET-铝层,PET上设置孔结构11,孔结构11内填充有金属铝或金属铜;2)铜层-PET-铜层,PET上设置孔结构11,孔结构11内填充有金属铜或金属铝;3)铝层-PET层-铝层,PET上设置孔结构11,孔结构11内填充有PTC材料或NTC材料;4)铜层-PET层-铜层,PET上设置孔结构11,孔结构11内填充有PTC材料或NTC材料。
在另外一些实施例中,第一金属层2和第二金属层3为不相同的两种金属,比如第一金属层2为金属铝,第二金属层3为金属铜;或者第一金属层2为金属铜,第二金属层3为金属铝。高分子层1两侧使用不同材料的第一金属层2和第二金属层3时,可用于固态双极性锂离子电池,一般铝层靠正极,铜层靠负极,使复合集流体的适用范围更广。示例性地,复合集流体可以为如下结构:1)铝层-PET层-铜层,PET层设置孔结构11,孔结构11内填充金属铝;2)铝层-PET层-铜层,PET层设置孔结构11,孔结构11内填充金属铜;3)铝层-PET层-铜层,PET层设置孔结构11,孔结构11内填充PTC材料或NTC材料。
在一些实施例中,当第一金属层2或第二金属层3的材料为金属铜时,厚度为0.5~2μm,当第一金属层2或第二金属层3的材料为金属铝时,厚度为0.5~4μm。
参见附图1和2所示,在一些实施例中,孔结构11的孔径范围为2-50μm,通过机械式或激光进行打孔形成孔结构11。孔结构11有规律分布在高分子层1上,相邻孔结构11之间的距离为100-2000μm。在本实施例中,孔结构11成矩形阵列排布在高分子层1上。
参见附图1和3所示,在另外一些实施例中,高分子层1分为焊接区13和涂布区12,焊接区13沿着高分子层1的边缘设置,焊接区13用于和极耳连接,涂布区12用于涂覆正极材料或负极材料。所述焊接区13上设置有所述孔结构11,而涂布区12上未设置有孔结构11。通过在焊接区13内设置孔结构11,孔结构11内填充有导电件4,能使用常规焊接工艺焊接极耳,不需要大额固定资产投资和工艺开发即可使用复合集流体。
在一些实施例中,所述焊接区13设置有两个,两个所述焊接区13位于高分子层1的边缘位置并分别位于涂布区12的两侧,位于涂布区12两侧的焊接区13用于和极耳焊接连接。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,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。
以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围,凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,包括高分子层(1)、第一金属层(2)和第二金属层(3),所述高分子层(1)设置于所述第一金属层(2)和所述第二金属层(3)之间,所述高分子层(1)上设置有孔结构(11),所述孔结构(11)内设置有导电件(4),所述导电件(4)连接所述第一金属层(2)和所述第二金属层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述高分子层(1)的材料选自PET、PI、PP中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述高分子层(1)的厚度为2~8μm。
4.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述第一金属层(2)厚度为0.5~4μm,所述第二金属层(3)厚度为0.5~4μm。
5.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述导电件(4)的材料选自金属铝、金属铜、PTC材料和NTC材料中任一种。
6.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述第一金属层(2)的材料和所述第二金属层(3)的材料为同一种金属或两种不同的金属。
7.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述孔结构(11)的孔径范围为2-50μm。
8.根据权利要求1所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,通过机械式或激光进行打孔形成所述孔结构(11)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述孔结构(11)成矩形阵列排布在所述高分子层(1)上,相邻所述孔结构(11)之间的距离为100-2000μm。
10.根据权利要求1-8任一项所述的一种带孔锂电池复合集流体,其特征在于,所述高分子层(1)分为焊接区(13)和涂布区(12),所述焊接区(13)沿着所述高分子层(1)的边缘设置,所述焊接区(13)上设置有所述孔结构(11),所述涂布区(12)未设置有所述孔结构(11)。
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