JP3239908U - Composite current collector and battery - Google Patents
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Abstract
【課題】導電層と基材フィルムとの接着強度が高く、離脱しにくい複合集電体及びこの複合集電体を備える電池を提供する。
【解決手段】複合集電体は、基材フィルム10、2層の接合層20、2層のバリア層30、及び2層の導電層40を備え、基材フィルムは非金属薄膜であり、2層の接合層は基材フィルムに対して対称に配置されており、一方はスパッタリングされるように、基材フィルムの上面に形成され、他方は基材フィルムの下面に設けられ、2層のバリア層は基材フィルムに対して対称に配置されており、一方は一方の接合層の上面に設けられ、他方は他方の接合層の下面に設けられ、2層の導電層は基材フィルムに対して対称に配置されており、一方は一方のバリア層の上面に設けられ、他方は他方のバリア層の下面に設けられる。
【選択図】図1
Kind Code: A1 A composite current collector having high adhesive strength between a conductive layer and a base film and being difficult to separate, and a battery comprising the composite current collector are provided.
A composite current collector includes a base film (10), two bonding layers (20), two barrier layers (30), and two conductive layers (40), wherein the base film is a nonmetallic thin film; The bonding layers of the layers are arranged symmetrically with respect to the base film, one is formed on the top surface of the base film and the other is provided on the bottom surface of the base film so as to be sputtered, forming a two-layer barrier. The layers are arranged symmetrically with respect to the base film, one is provided on the upper surface of one bonding layer and the other is provided on the lower surface of the other bonding layer, and the two conductive layers are arranged with respect to the base film. one on top of one barrier layer and the other on the bottom of the other barrier layer.
[Selection drawing] Fig. 1
Description
本考案は集電体の技術分野に属し、具体的に複合集電体及び電池に関している。 The present invention belongs to the technical field of current collectors, and specifically relates to composite current collectors and batteries.
集電体は電池において電流を集めるための部材であり、通常の集電体は銅箔又はアルミニウム箔から製造され、銅箔又はアルミニウム箔から製造された集電体の重量が重く、金属材料の使用量が大きいため、純金属の集電体を電池に適用すると、製造コストが高くなる。現在、PET複合集電体を開発し、PETの表面に導電層を配置することで、集電体全体の重量を減らし、ところが、PETは非金属材料であり、金属材料との結合強度が低いので、導電層はPETから離脱しやすい。 A current collector is a member for collecting current in a battery. A normal current collector is made of copper foil or aluminum foil. Due to the large amount used, the application of pure metal current collectors to batteries results in high production costs. At present, we have developed a PET composite current collector and placed a conductive layer on the surface of PET to reduce the weight of the entire current collector. Therefore, the conductive layer is easily separated from the PET.
本考案は、少なくとも従来技術に存在する技術問題の1つを解決するように意図される。 The present invention is intended to solve at least one of the technical problems existing in the prior art.
そのため、本考案は、導電層と基材フィルムとの接続強度が高く、離脱しにくいという利点を具備する複合集電体を提出する。 Therefore, the present invention proposes a composite current collector which has the advantages of high connection strength between the conductive layer and the base film and resistance to detachment.
本考案の実施例による複合集電体は、基材フィルム、2層の接合層、2層のバリア層、及び2層の導電層を備え、
前記基材フィルムは非金属薄膜であり、2層の前記接合層は前記基材フィルムに対して対称に配置されており、一方はスパッタリングされるように前記基材フィルムの上面に形成され、他方は前記基材フィルムの下面に設けられ、2層の前記バリア層は前記基材フィルムに対して対称に配置されており、一方は一方の前記接合層の上面に設けられ、他方は他方の前記接合層の下面に設けられ、2層の前記導電層は前記基材フィルムに対して対称に配置されており、一方は一方の前記バリア層の上面に設けられ、他方は他方の前記バリア層の下面に設けられ、前記導電層の材料は前記バリア層と異なっている。
A composite current collector according to an embodiment of the present invention comprises a base film, two bonding layers, two barrier layers, and two conductive layers,
The base film is a nonmetallic thin film, and the two bonding layers are arranged symmetrically with respect to the base film, one is formed on the top surface of the base film so as to be sputtered, and the other is formed on the top surface of the base film. is provided on the lower surface of the base film, and the two barrier layers are arranged symmetrically with respect to the base film, one is provided on the upper surface of one of the bonding layers, and the other is provided on the other of the barrier layers. The two conductive layers provided on the lower surface of the bonding layer are arranged symmetrically with respect to the base film, one of which is provided on the upper surface of one of the barrier layers, and the other of which is provided on the other barrier layer. Provided on the lower surface, the material of the conductive layer is different from the barrier layer.
本考案の有益な効果は以下の通り、本考案の構造が簡単であり、本体材料として、非金属の基材フィルムを使用し、金属の使用を減少させ、複合集電体の重量及び製造コストを低減させ、基材フィルムと導電層の間に接合層及びバリア層を配置し、接合層は基材フィルムの表面を金属化することで、その上に他の金属を加工でき、バリア層は接合層と導電層との拡散反応の発生を遮断でき、接合層が反応した後、基材フィルムとの接合力が低下することを回避する。 The beneficial effects of the present invention are as follows: the present invention has a simple structure, uses a non-metallic base film as the main body material, reduces the use of metal, and reduces the weight and manufacturing cost of the composite current collector. By placing a bonding layer and a barrier layer between the base film and the conductive layer, the bonding layer metallizes the surface of the base film so that other metals can be processed thereon, and the barrier layer is It can block the occurrence of diffusion reaction between the bonding layer and the conductive layer, and avoid the deterioration of the bonding strength with the base film after the reaction of the bonding layer.
本考案の1つの実施例によれば、前記導電層は、前記バリア層の表面にスパッタリングされるシード層と、メッキ又は蒸着の方式で、前記シード層の表面に加工される金属層とを備える。 According to one embodiment of the present invention, the conductive layer comprises a seed layer sputtered on the surface of the barrier layer and a metal layer processed on the surface of the seed layer by plating or vapor deposition. .
本考案の1つの実施例によれば、前記シード層の厚さは2~200nmであり、前記金属層の厚さは0.5~5μmである。 According to one embodiment of the present invention, the seed layer has a thickness of 2-200 nm, and the metal layer has a thickness of 0.5-5 μm.
本考案の1つの実施例によれば、前記金属層の表面には導電性を有する耐候層がさらに設けられる。 According to one embodiment of the present invention, the surface of the metal layer is further provided with a conductive weatherproof layer.
本考案の1つの実施例によれば、前記接合層は銅、アルミニウム、クロム、チタン、バナジウム、ニオブ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケルの金属及びその合金のうちの少なくとも1つであり、前記接合層の厚さは2~50nmである。 According to one embodiment of the invention, the bonding layer is at least one of the following metals: copper, aluminum, chromium, titanium, vanadium, niobium, cobalt, tungsten, molybdenum, zinc, nickel and alloys thereof; The bonding layer has a thickness of 2 to 50 nm.
本考案の1つの実施例によれば、前記バリア層は銅、アルミニウム、クロム、スズ、コバルト、タングステン、亜鉛、ニッケルの金属及びその合金のうちの少なくとも1つであり、前記バリア層の厚さは2~50nmである。 According to one embodiment of the invention, the barrier layer is at least one of the following metals: copper, aluminum, chromium, tin, cobalt, tungsten, zinc, nickel and alloys thereof, and the thickness of the barrier layer is is between 2 and 50 nm.
本考案の1つの実施例によれば、前記基材層はPET、PP、PI、PC、PMMAのうちの1つであり、前記基材層の厚さは2~15μmである。 According to one embodiment of the present invention, the substrate layer is one of PET, PP, PI, PC, PMMA, and the thickness of the substrate layer is 2-15 μm.
本考案の1つの実施例によれば、前記導電層は銅、アルミニウム、リチウム、金、銀、チタン、モリブデン、亜鉛、ニッケルのうちの少なくとも1つである。 According to one embodiment of the invention, the conductive layer is at least one of copper, aluminum, lithium, gold, silver, titanium, molybdenum, zinc and nickel.
本考案の1つの実施例によれば、前記耐候層は銅、アルミニウム、リチウム、金、銀、チタン、クロム、スズ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケルの金属、その合金、その金属酸化物、及び有機酸化防止剤のうちの少なくとも1つであり、前記耐候層の厚さは1~100nmである。 According to one embodiment of the invention, the weathering layer is made of metals of copper, aluminum, lithium, gold, silver, titanium, chromium, tin, cobalt, tungsten, molybdenum, zinc, nickel, alloys thereof, metal oxides thereof. , and an organic antioxidant, and the weather resistant layer has a thickness of 1 to 100 nm.
本考案の1つの実施例によれば、電池であって、上記の複合集電体を備える。 According to one embodiment of the invention, a battery comprises the above composite current collector.
以下の記載において、本考案の付加的な態様及び利点の一部を示し、他の位置は以下の記載によって分かりやすくなり、又は本考案の実践によって了解される。 In the following description, some additional aspects and advantages of the invention will be set forth, and others will become apparent from the description below or may be learned by practice of the invention.
以下の図を結合して実施例に対する記載において、本考案の上記及び/又は付加的な態様及び利点は明らか且つ分かりやすくなる。
本考案の記載において、用語である「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「天井」、「底」「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径向」、「周方向」などが指示した方位又は位置関係は、指示した装置又は素子が特定の方位を具備し、特定の方位で構造され及び操作されなければなないと指示し又は暗示しておらず、ただ本考案を便利に記載し、及び記載を簡略化するため、本考案に対する限定ではない。また、「第1」、「第2」が限定された特徴は、1つ又は複数の当該特徴を明示的又は暗黙的に含む。本考案の記載において、別に説明がない限り、「複数」の意味は2つ又は2つ以上である。 In the description of the present invention, the terms "center", "vertical direction", "horizontal direction", "length", "width", "thickness", "top", "bottom", "front", " Rear", "Left", "Right", "Vertical", "Horizontal", "Ceiling", "Bottom", "Inner", "Outer", "Clockwise", "Counterclockwise", "Axial", An indicated orientation or relationship such as "radial", "circumferential", etc., indicates or implies that the indicated device or element has a particular orientation and must be constructed and operated in a particular orientation. However, it is not a limitation on the present invention, merely for convenience of describing the present invention and for simplification of description. Also, a feature that is limited to "first" and "second" includes either explicitly or implicitly one or more of such features. In the description of the present invention, "plurality" means two or more, unless stated otherwise.
本考案の記載において、別の明示的な規定及び限定がない限り、用語である「装着」、「連結」、「接続」に対して広義的に理解すべきであり、例えば、固定接続、取り外し可能な接続、又は一体接続であってもよく、機械接続、電気接続であってもよく、直接的な連結、中間媒体による間接的な連結、2つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的な場合に基づいて、上記用語の、本考案での具体的な意味を理解すればよい。 In the description of the present invention, the terms "attachment", "coupling", "connection" should be understood broadly, unless otherwise explicitly defined and limited, e.g. It may be a possible connection or an integral connection, a mechanical connection, an electrical connection, a direct connection, an indirect connection through an intermediate medium, or a communication within the two elements. Those skilled in the art should understand the specific meaning of the above terms in the present invention based on specific cases.
以下、本考案の実施例による複合集電体を具体的に記載する。 Composite current collectors according to embodiments of the present invention will be specifically described below.
図1に示すように、本考案の実施例による複合集電体は、基材フィルム10、2層の接合層20、2層のバリア層30及び2層の導電層40を備え、基材フィルム10は非金属薄膜であり、2層の接合層20は基材フィルム10に対して対称に配置されており、一方はスパッタリングされるように、基材フィルム10の上面に形成され、他方は基材フィルム10の下面に設けられ、2層のバリア層30は基材フィルム10に対して対称に配置されており、一方は一方の接合層20の上面に設けられ、他方は他方の接合層20の下面に設けられ、2層の導電層40は基材フィルム10に対して対称に配置されており、一方は一方のバリア層30の上面に設けられ、他方は他方のバリア層30の下面に設けられ、導電層40の材料はバリア層30と異なっている。
As shown in FIG. 1, the composite current collector according to the embodiment of the present invention comprises a
本考案の構造が簡単であり、本体材料として、非金属の基材フィルム10を使用し、金属の使用を減少させ、複合集電体の重量及び製造コストを低減させ、基材フィルム10と導電層40の間に接合層20及びバリア層30を配置し、接合層20は基材フィルム10の表面を金属化し、その上に他の金属を加工でき、バリア層30は接合層20と導電層40との拡散反応の発生を遮断でき、接合層20が反応した後、基材フィルム10との接合力が低下することを回避する。
The structure of the present invention is simple, the
本考案の1つの実施例によれば、導電層40は、バリア層30の表面にスパッタリングされるシード層41と、メッキ又は蒸着の方式で、シード層41の表面に加工される金属層42と、を備える。好ましくは、シード層41の厚さは2~200nmである。より好ましくは、金属層42の厚さは0.5~5μmである。シード層41と金属層42とは同種金属であり、金属層42の厚さが厚く、金属層42を迅速に加工するために、好ましくは、メッキ又は蒸着を使用し、まず、接合層20に1層のシード層41を加工し、これによって、後続のメッキ又は蒸着過程で、シード層41で金属層42を迅速に加工できる。
According to one embodiment of the present invention, the
本考案の1つの実施例によれば、金属層42の表面には、導電性を有する耐候層50がさらに設けられる。耐候層50は銅、アルミニウム、リチウム、金、銀、チタン、クロム、スズ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケルの金属、その合金、その金属酸化物、及び有機酸化防止剤のうちの少なくとも1つであり、耐候層50の厚さは1~100nmである。
According to one embodiment of the present invention, the surface of the
本考案における耐候層50は導電層40を腐食から保護することを主な作用とし、耐候層50は銅、アルミニウム、リチウム、金、銀、チタン、クロム、スズ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケル、銅合金、アルミニウム合金、リチウム合金、金合金、銀合金、チタン合金、クロム合金、スズ合金、コバルト合金、タングステン合金、モリブデン合金、亜鉛合金、ニッケル合金、銅の金属酸化物、アルミニウムの金属酸化物、リチウムの金属酸化物、金の金属酸化物、銀の金属酸化物、チタンの金属酸化物、クロムの金属酸化物、スズの金属酸化物、コバルトの金属酸化物、タングステンの金属酸化物、モリブデンの金属酸化物、亜鉛の金属酸化物、ニッケルの金属酸化物、導電性を有する有機酸化防止剤のうちの1つである。
The main function of the weather-
これに基づいて、接合層20は銅、アルミニウム、クロム、チタン、バナジウム、ニオブ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケルの金属及びその合金のうちの少なくとも1つであり、接合層20の厚さは2~50nmである。つまり、接合層20は銅、アルミニウム、クロム、チタン、バナジウム、ニオブ、コバルト、タングステン、モリブデン、亜鉛、ニッケル、銅合金、アルミニウム合金、クロム合金、チタン合金、バナジウム合金、ニオブ合金、コバルト合金、タングステン合金、モリブデン合金、亜鉛合金、ニッケル合金のうちの少なくとも1つである。
Based on this, the
本考案の1つの好適な実施例において、バリア層30は銅、アルミニウム、クロム、スズ、コバルト、タングステン、亜鉛、ニッケルの金属及びその合金のうちの少なくとも1つであり、バリア層30の厚さは2~50nmである。言い換えると、バリア層30は銅、アルミニウム、クロム、スズ、コバルト、タングステン、亜鉛、ニッケル、銅合金、アルミニウム合金、クロム合金、スズ合金、コバルト合金、タングステン合金、亜鉛合金、ニッケル合金のうちの少なくとも1つである。
In one preferred embodiment of the present invention,
本考案の1つの実施例によれば、基材層10はPET、PP、PI、PC、PMMAのうちの1つであり、基材層10の厚さは2~15μmである。基材層10の重量は金属材料より遥かに小さく、複合集電体の重量を効果的に低減させ、さらに、当該複合集電体を使用した電池の重量を低減させる。基材層10の収縮率が小さいので、銅箔又はアルミニウム箔の収縮による活性物質の脱落を減少させ、電池のサイクル寿命を延長する。
According to one embodiment of the present invention, the
本考案の1つの実施例によれば、導電層40は銅、アルミニウム、リチウム、金、銀、チタン、モリブデン、亜鉛、ニッケルのうちの少なくとも1つである。好ましくは、導電層40は単一金属であり、その導電効果が優れる。異なる電池の好適な導電層40の材料が異なって、リチウム電池にとって、複合集電体を負極に適用する場合、導電層40は一般的に銅であり、複合集電体を正極に適用する場合、導電層40は一般的にアルミニウムである。
According to one embodiment of the invention,
本考案は、上記の複合集電体を備える電池をさらに開示する。銅箔又はアルミニウム箔より、複合集電体全体の厚さは大幅に減って、複合集電体を使用した電池の重量を低減させ、エネルギー密度を向上させる。 The present invention further discloses a battery comprising the above composite current collector. Compared to copper foil or aluminum foil, the overall thickness of the composite current collector is significantly reduced, reducing the weight of the battery using the composite current collector and improving the energy density.
本考案は上記の電池を備える車両をさらに開示する。電気自動車にとって、車両の全体質量を低減させる。 The present invention further discloses a vehicle comprising the above battery. For electric vehicles, it reduces the overall mass of the vehicle.
比較例1
基材層10は4.5μの厚さを有するPETであり、導電層40は1μの厚さを有する銅であり、導電層40は直接的に基材層10に設けられる。
Comparative example 1
The
比較例2
基材層10は4.5μの厚さを有するPETであり、接合層20は20nmの厚さを有するクロムであり、導電層40は1μの厚さを有する銅であり、比較例1に比べると、比較例2は接合層20を追加する。
Comparative example 2
The
実施例1
基材層10は4.5μの厚さを有するPETであり、接合層20は20nmの厚さを有するクロムであり、バリア層30は15nmの厚さを有するNi80Cr20であり、導電層40は1μの厚さを有する銅である。比較例2に比べると、実施例1はバリア層30を追加する。加工の際、スパッタリング装置のパラメータは以下の通りである。搬送速度は2m/minであり、接合層20のスパッタリング電力は4KWであり、バリア層30のスパッタリング電力は3KWであり、シード層41のスパッタリング電力は3KWであり、且つシード層41は6回のスパッタリングを行う。Ni80Cr20は抵抗電熱合金であり、このような合金の組織及び電気物理的特性が安定であり、高温機械的性質がよく、冷間変形可塑性及び溶接性が優れて、長期間使用しても、脆性破壊が生じることはない。
Example 1
The
比較例1、比較例2、実施例1における基材層10及び導電層40が同様であり、比較例2及び実施例1における接合層20が同様である。IPC―TM―650 2.4.8におけるテスト方法に基づいて、比較例1、比較例2及び実施例1に対して剥離強度テストを行って(ここで、本考案の複合集電体の厚さが薄いため、比較例1、比較例2及び実施例1において直接的にテストを行うことができないため、テストの前に、導電層40を所定の厚さに厚肉化した後、テストを行う必要がある)、比較例1の剥離強度は0.2~0.4kgf/cmであり、比較例2の剥離強度は0.4~0.7kgf/cmであり、実施例1の剥離強度は0.5~0.8kgf/cmである。比較例1、比較例2及び実施例1に対して電池の使用環境をシミュレートし、70°Cの温度で、500hの時間をかけた後、剥離強度をテストし、比較例1の剥離強度<0.2kgf/cmであり、比較例2の剥離強度は0.2~0.4kgf/cmであり、実施例1の剥離強度は0.4~0.7kgf/cmである。これから分かるように、テスト後、導電層40と接合層20との連結部分には拡散反応が生じたため、接合層20と基材層10との接続強度が低下し、バリア層30を追加した後、導電層40と接合層20との反応の発生を効果的に回避する。本出願において、接合層20と導電層40の間にバリア層30を配置することで、接合層20全体と基材層10との接続強度を効果的に向上させ、複合集電体の使用寿命を延長する。
The
本明細書の記載において、参照用語である「1つの実施例」、「いくつかの実施例」、「模式的な実施例」、「例示」、「具体的な例示」、又は「いくつかの例示」などの記載は、当該実施例又は例示を結合して記載された具体的な特徴、構造、材料、又は特点が、本考案の少なくとも1つの実施例又は例示に含まれることを指す。本明細書において、上記用語に対する模式的な表現は、必ずしも同じ実施例又は例示を指すわけではない。そして、記載された具体的な特徴、構造、材料又は特点は、何れか1つ又は複数の実施例又は例示において、適切な方式で結合されてもよい。 In the description herein, the terms “one embodiment,” “some embodiments,” “schematic examples,” “exemplification,” “specific examples,” or “some References such as "exemplary" indicate that at least one embodiment or example of the present invention includes the particular feature, structure, material, or feature described in conjunction with that example or example. In this specification, schematic representations for such terms do not necessarily refer to the same embodiment or illustration. And the specific features, structures, materials or characteristics described may be combined in any suitable manner in any one or more embodiments or illustrations.
本考案の実施例を示し及び記載したが、当業者であれば理解できるように、本考案の原理及び趣旨から逸脱しない場合、これらの実施例に対していろんな変更、補正、置換及び変形を行ってもよく、本考案の範囲は請求項及びその等価物によって限定される。 While embodiments of the invention have been illustrated and described, it will be appreciated by those skilled in the art that various alterations, modifications, substitutions and variations may be made to these embodiments without departing from the principles and spirit of the invention. Instead, the scope of the invention is defined by the claims and their equivalents.
10 基材フィルム、
20 接合層、
30 バリア層、
40 導電層、
50 耐候層、
41 シード層、
42 金属層
10 base film,
20 bonding layer,
30 barrier layer,
40 conductive layer,
50 weathering layer,
41 seed layer,
42 metal layer
Claims (10)
基材フィルム(10)、2層の接合層(20)、2層のバリア層(30)、及び2層の導電層(40)を備え、
前記基材フィルム(10)は非金属薄膜であり、
2層の前記接合層(20)は前記基材フィルム(10)に対して対称に配置されており、一方はスパッタリングされるように、前記基材フィルム(10)の上面に形成され、他方は前記基材フィルム(10)の下面に設けられ、
2層の前記バリア層(30)は前記基材フィルム(10)に対して対称に配置されており、一方は一方の前記接合層(20)の上面に設けられ、他方は他方の前記接合層(20)の下面に設けられ、
2層の前記導電層(40)は前記基材フィルム(10)に対して対称に配置されており、一方は一方の前記バリア層(30)の上面に設けられ、他方は他方の前記バリア層(30)の下面に設けられ、前記導電層(40)の材料は前記バリア層(30)と異なっていることを特徴とする複合集電体。 A composite current collector,
comprising a substrate film (10), two bonding layers (20), two barrier layers (30), and two conductive layers (40),
The base film (10) is a nonmetallic thin film,
The two bonding layers (20) are arranged symmetrically with respect to the base film (10), one is formed on the upper surface of the base film (10) so as to be sputtered, and the other is Provided on the lower surface of the base film (10),
The two barrier layers (30) are arranged symmetrically with respect to the base film (10), one is provided on the upper surface of one of the bonding layers (20), and the other is provided on the other of the bonding layers. (20) provided on the lower surface,
The two conductive layers (40) are arranged symmetrically with respect to the base film (10), one being provided on top of one of the barrier layers (30) and the other being provided on the other barrier layer. A composite current collector provided on the underside of (30), characterized in that the material of said conductive layer (40) is different from said barrier layer (30).
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