CN220774418U - 一种复合集流体、电池极片及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种复合集流体、电池极片及锂离子电池，包括支撑层以及负载在所述支撑层上的金属层，所述金属层与所述支撑层之间设有抗裂层，所述抗裂层与所述金属层之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10‑6/℃。本实用新型技术方案的实施，有效解决的集流体的金属层容易出现裂纹的技术问题，金属层与集流体支撑层之间的结合力更好，不易脱落。
Description
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种复合集流体、电池极片及锂离子电池。
背景技术
在当今资源、能源贫乏，环境污染加重的情况下，人类面临严峻的生存挑战。集流体作为电极材料的负载体，提供电流集载的作用，其主要用于电化学装置中。起初，集流体采用纯金属箔如铝箔或者铜箔。后来，为了提高锂电池的安全性能和能量密度，集流体材质由纯金属箔逐渐过渡到复合箔材，比如在塑料薄膜上面沉积金属层来制备。
现有技术中的复合集流体主要采用多次镀膜的方式形成，从而在集流体的支撑层上形成多个金属层，导致现有的复合集流体上金属层容易出现裂纹，金属层与支撑层之间容易发生分离，影响产品质量已经以及使用寿命。
综上所述，亟需提供一种金属层附着力高、不易出现裂纹的复合集流体，以及包括该复合集流体的电池极片和锂电池。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种金属层附着力高、不易出现裂纹的复合集流体，以及包括该复合集流体的电池极片和锂离子电池。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种复合集流体，包括支撑层以及负载在所述支撑层上的金属层，所述金属层与所述支撑层之间设有抗裂层，所述抗裂层与所述金属层之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃。
本实用新型在金属层与支撑层之间设置有抗裂层，同时，将抗裂层的热膨胀系数与金属层之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃，如此保证金属层与抗裂层之间的应力一致，防止金属层与抗裂层之间出现裂纹，保证金属层的附着力，防止金属层的脱落。
进一步的技术方案是，所述支撑层与抗裂层之间设有用于增加所述支撑层与抗裂层之间粘结力的粘结层。
进一步的技术方案是，所述粘结层为氮化硅、碳化硅、氧化铝、镍合金、钛合金或聚乙二醇类物质。如此，上述物质均可提高支撑层与抗裂层之间的粘结力。当然粘结层也可以为其他的物质，只要能够提高支撑层与抗裂层之间粘结力即可。
进一步的技术方案是，所述支撑层由PP、PI或PET制备。经验证，PP其抗腐蚀能力比较强，尤其是当本申请的集流体用于电池时，其不会被电解液腐蚀，且其分子链中只存在碳碳键，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，而且也极难发生断链降解，化学稳定性极强。PET膜属于极性材料的特质也导致其更易与金属物质产生化学键联，即容易得到较强的镀层结合力，即采用PET时，金属层更容易和PET膜粘结，不易脱落。
进一步的技术方案是，所述金属层为铜、铜合金、铝或铝合金。
进一步的技术方案是，所述抗裂层为金属或非金属。当金属层为铜或者铝，铜的热膨胀系数大约为17×10-6/℃，铝的热膨胀系数大约为23.1×10-6/℃，故当金属层为铜的时候，抗裂层可以为镍，镍的热膨胀系数大约为13×10-6/℃，当金属层为铝时，镍不再适合作为抗裂层，当然，金属层选用其他的材料时，抗裂层进行适应性变化，满足热膨胀系数与金属层之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃即可。
为实现上述目的，本实用新型还一种电池极片，包括上述任一所述的复合集流体，所述复合集流体的金属层涂覆有活性材料。
在复合集流体上涂覆活性材料从而形成电池极片，正极极片包括正极集流体，在正极集流体上涂布正极活性材料，正极活性材料一般包括活性材料、导电剂和粘结剂等，负极极片包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极活性材料，负极活性材料一般包括碳素材料加上粘结剂形成，碳素材料可以为人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳，而粘结剂可以为PVDF等。
为实现上述目的，本实用新型还提供一种锂离子电池，包括电解液、隔膜、极耳以及上述任一所述的电池极片，所述电池极片包括正极极片和负极极片，所述隔膜用于阻隔所述正极极片和负极极片，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳与所述正极极片的集流体焊接、所述负极极耳与负极极片的集流体焊接。
相比于现有技术，本实用新型技术方案的实施，有效解决的集流体的金属层容易出现裂纹的技术问题，金属层与集流体支撑层之间的结合力更好，不易脱落。
附图说明
构成本实用新型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。
图1为本实用新型一种实施方式所述涉及的复合集流体的结构示意图。
图中：
1支撑层2抗裂层3金属层
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本实用新型实施例如下，如图1，一种复合集流体，包括支撑层1以及负载在所述支撑层1上的金属层3，所述金属层3与所述支撑层1之间设有抗裂层2，所述抗裂层2与所述金属层3之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃。
本实用新型在金属层3与支撑层1之间设置有抗裂层2，同时，将抗裂层2的热膨胀系数与金属层3之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃，如此保证金属层3与抗裂层2之间的应力一致，防止金属层3与抗裂层2之间出现裂纹，保证金属层3的附着力，防止金属层3的脱落。
在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述支撑层1与抗裂层2之间设有用于增加所述支撑层1与抗裂层2之间粘结力的粘结层。
在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述粘结层为氮化硅、碳化硅、氧化铝、镍合金、钛合金或聚乙二醇类物质。如此，上述物质均可提高支撑层1与抗裂层2之间的粘结力。当然粘结层也可以为其他的物质，只要能够提高支撑层1与抗裂层2之间粘结力即可。
在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述支撑层1由PP、PI或PET制备。经验证，PP其抗腐蚀能力比较强，尤其是当本申请的集流体用于电池时，其不会被电解液腐蚀，且其分子链中只存在碳碳键，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，而且也极难发生断链降解，化学稳定性极强。PET膜属于极性材料的特质也导致其更易与金属物质产生化学键联，即容易得到较强的镀层结合力，即采用PET时，金属层3更容易和PET膜粘结，不易脱落。
在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述金属层3为铜、铜合金、铝或铝合金。
在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述抗裂层2为金属或非金属。当金属层3为铜或者铝，铜的热膨胀系数大约为17×10-6/℃，铝的热膨胀系数大约为23.1×10-6/℃，故当金属层3为铜的时候，抗裂层2可以为镍，镍的热膨胀系数大约为13×10-6/℃，当金属层3为铝时，镍不再适合作为抗裂层2，当然，金属层3选用其他的材料时，抗裂层2进行适应性变化，满足热膨胀系数与金属层3之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃即可。
本实用新型还提供上述复合集流体的制备方法，首先取支撑层1，然后在支撑层1上进行磁控或者真空蒸镀上抗裂层2，然后通过磁控或真空蒸镀或者电镀的方式在抗裂层2上层积金属层3。金属层3优选为钨铜合金，此时钨铜合金的热膨胀系数约为7.5×10-6/℃，此时抗裂层2为铬，其热膨胀系数约为6×10-6/℃。选择钨铜合金主要是因为其导电性能、导热性能以及抗氧化性能都要比铜金属好。
当支撑层1和抗裂层2之间设置粘结层时，粘结层可以采用磁控溅射的方式来设置在支撑层1上的，即采用含有相应材料的靶材，如将硅靶材放在磁控溅射镀膜设备中，在氮气作为电离气体的前提下，电离后的氮气撞击硅靶材，就形成了氮化硅，氮化硅层积在支撑层1上就得到了粘结层。
本实用新型还一种电池极片，实施例如下，包括上述任一所述的复合集流体，所述复合集流体的金属层3涂覆有活性材料。
在复合集流体上涂覆活性材料从而形成电池极片，正极极片包括正极集流体，在正极集流体上涂布正极活性材料，正极活性材料一般包括活性材料、导电剂和粘结剂等，负极极片包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极活性材料，负极活性材料一般包括碳素材料加上粘结剂形成，碳素材料可以为人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳，而粘结剂可以为PVDF等。
本实用新型还提供一种锂离子电池，实施例如下，包括电解液、隔膜、极耳以及上述任一所述的电池极片，所述电池极片包括正极极片和负极极片，所述隔膜用于阻隔所述正极极片和负极极片，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳与所述正极极片的集流体焊接、所述负极极耳与负极极片的集流体焊接。本实用新型的隔膜用于阻隔正极极片和负极极片，防止短路；正极极耳与正极集流体焊接、负极极耳与负极集流体焊接，用以输出电流。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合集流体，包括支撑层以及负载在所述支撑层上的金属层，其特征在于，所述金属层与所述支撑层之间设有抗裂层，所述抗裂层与所述金属层之间的热膨胀系数的差值的绝对值小于4×10-6/℃。
2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述支撑层与抗裂层之间设有用于增加所述支撑层与抗裂层之间粘结力的粘结层。
3.根据权利要求2所述的复合集流体，其特征在于，所述粘结层为氮化硅、碳化硅、氧化铝、镍合金、钛合金或聚乙二醇类物质。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的复合集流体，其特征在于，所述支撑层由PP、PI或PET制备。
5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述金属层为铜、铜合金、铝或铝合金。
6.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述抗裂层为金属或非金属。
7.一种电池极片，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的复合集流体，所述复合集流体的金属层涂覆有活性材料。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括电解液、隔膜、极耳以及权利要求7所述的电池极片，所述电池极片包括正极极片和负极极片，所述隔膜用于阻隔所述正极极片和负极极片，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳与所述正极极片的集流体焊接、所述负极极耳与负极极片的集流体焊接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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