复合集流体、极片及电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种复合集流体、极片及电池。


背景技术：

2.锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来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、安全性、循环性能等相关需求越来越高。
3.锂离子电池单体包含正极片、隔离膜、负极片和液体电解质几个关键组件，其中正极片和负极片主要采用湿法涂布方式制备，该方法是将活性物质、粘结剂、导电剂制备成浆料，再将浆料涂敷于致密的铜箔或铝箔集流体上。该单体结构存在如下问题：（1）铜箔负极或铝箔正极质量比重高，对电池比能量影响大；（2）电池遇到苛刻使用环境时，如尖锐坚硬物质挤压或穿刺时，容易出现内短路，此时，由于铜箔和铝箔具有良好的导电性，电池内部或迅速形成短路大电流，从而容易引发热失控，电池安全性大打折扣；（3）致密结构的铜箔或铝箔集流体，粘附性较差，涂布烘干过程或长时间使用后，活性物质与集流体的电接触显著恶化，影响电池电化学特性如倍率等。相关技术，通常在铜箔或铝箔上涂敷纳米导电碳层，用于改善粘附性、电子导电性或导热特性，但仍无法有效提升比能量和安全性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种复合集流体、极片及电池，旨在解决现有技术中的集流体的质量比重较高，安全性低的问题，提高电池安全性和电池比能量。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.复合集流体，包括：
7.中间绝缘层，包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面；
8.集流层，包括第一集流层和第二集流层，所述第一集流层设于所述第一表面上，所述第二集流层设于所述第二表面上，所述第一集流层设有多个第一孔结构，所述第二集流层设有多个第二孔结构，且所述第一孔结构和所述第二孔结构错位设置，所述第一集流层、所述中间绝缘层和所述第二集流层的厚度之和t的范围为4μm≤t≤12μm。
9.可选地，所述中间绝缘层的厚度t1的范围为2μm≤t1≤5μm。
10.可选地，所述第一集流层的厚度t2的范围为1μm≤t2≤6μm；和/或，所述第二集流层的厚度t3的范围为1μm≤t3≤6μm。
11.可选地，所述第一孔结构和所述第二孔结构均设置为圆孔形结构。
12.可选地，所述第一孔结构的直径为d1，相邻两所述第一孔结构的轴线的距离为d2，d1和d2之间的关系满足：0.5≤(d2-d1)/d1≤2；和/或，所述第二孔结构的直径为d3，相邻两所述第二孔结构的轴线的距离为d4，d3和d4之间的关系满足：0.5≤(d4-d3)/d3≤2。
13.可选地，多个所述第一孔结构和多个所述第二孔结构均呈阵列分布。
14.可选地，所述第一集流层和所述第二集流层的材质均为金属箔或合金箔。
15.可选地，所述中间绝缘层的材质为电子绝缘高分子聚合物。
16.极片，包括如上述任一方案所述的复合集流体以及正极浆料和负极浆料，所述正极浆料填充于所述第一孔结构内，所述负极浆料填充于所述第二孔结构内。
17.电池，包括上述的极片。
18.本实用新型的有益效果：本实用新型提供的复合集流体，在第一集流层和第二集流层之间设置中间绝缘层，第一集流层、中间绝缘层和第二集流层的厚度之和t的范围为4μm≤t≤12μm，可灵活调控中间绝缘层、第一集流层和第二集流层的厚度；中间绝缘层的设置，能显著降低电池穿刺过程中的热扩散和热失控风险，提高电池安全性；第一集流层设有多个第一孔结构，第二集流层设有多个第二孔结构，孔结构的设置可以显著降低非活性物质的质量百分比，进而提升电池比能量；第一孔结构和第二孔结构错位设置，保证复合集流体的机械强度。
19.本实用新型提供的极片，包括上述的复合集流体以及正极浆料和负极浆料，正极浆料填充于第一孔结构内，负极浆料填充于第二孔结构内，该极片的非活性物质的质量百分比较低，且具有较好的机械强度。
20.本实用新型提供的电池，包括上述的极片，该电池具有较高的安全性和较好的电化学性能，穿刺过程中的热扩散和热失控风险低，且电池比能量高。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例提供的复合集流体的爆炸图；
22.图2是本实用新型实施例提供的复合集流体的截面图。
23.图中：
24.100、中间绝缘层；110、第一表面；120、第二表面；210、第一集流层；211、第一孔结构；220、第二集流层；221、第二孔结构。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
26.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅
表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
29.本实施例提高了一种复合集流体，旨在解决现有技术中的集流体的质量比重较高和安全性低的问题。
30.如图1和图2所示，该复合集流体包括中间绝缘层100和集流层，中间绝缘层100包括第一表面110以及与第一表面110相对设置的第二表面120；集流层包括第一集流层210和第二集流层220，第一集流层210设于第一表面110上，第二集流层220设于第二表面120上，第一集流层210设有多个第一孔结构211，第二集流层220设有多个第二孔结构221，且第一孔结构211和第二孔结构221错位设置，第一集流层210、中间绝缘层100和第二集流层220的厚度之和t的范围为4μm≤t≤12μm。
31.本实施例提供的复合集流体，在第一集流层210和第二集流层220之间设置中间绝缘层100，第一集流层210、中间绝缘层100和第二集流层220的厚度之和t的范围为4μm≤t≤12μm，可灵活调控中间绝缘层100、第一集流层210和第二集流层220的厚度；中间绝缘层100的设置，能显著降低电池穿刺过程中的热扩散和热失控风险，提高电池安全性；第一集流层210设有多个第一孔结构211，第二集流层220设有多个第二孔结构221，孔结构的设置可以显著降低非活性物质的质量百分比，进而提升电池比能量；第一孔结构211和第二孔结构221错位设置，保证复合集流体的机械强度。
32.可选地，多个第一孔结构211和多个第二孔结构221均呈阵列分布，以均匀降低非活性物质的质量，有效提高比能量。其次，也能保证集流体具有均匀的机械强度。
33.于本实施例中，第一孔结构211和第二孔结构221均可设置为圆形孔结构，如此设置易于加工制造。在其他实施例中，第一孔结构211和第二孔结构221均可设置为其他形状，如三角形结构、正方形结构或椭圆形结构等，根据需要设定即可。
34.进一步地，第一孔结构211的直径为d1，相邻两第一孔结构211的轴线的距离为d2，d1和d2之间的关系满足：0.5≤(d2-d1)/d1≤2；和/或，第二孔结构221的直径为d3，相邻两第二孔结构221的轴线的距离为d4，d3和d4之间的关系满足：0.5≤(d4-d3)/d3≤2。通过合理调控孔结构的直径和间距，能有效增加集流体的机械强度和粘附性，进而强化电化学性能。
35.可选地，中间绝缘层100的厚度t1的范围为2μm≤t1≤5μm。中间绝缘层100的厚度t1不宜过大，以保证电池比能量；中间绝缘层100的厚度t1不宜过小，以保证中间绝缘层100具有足够的机械强度。
36.可选地，中间绝缘层100的材质为电子绝缘高分子聚合物，电子绝缘高分子聚合物具有柔性和电子绝缘特性。示例性地，电子绝缘高分子聚合物可为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚芳纶中的一种或其中几种的组合。
37.于本实施例中，第一集流层210的厚度t2的范围为1μm≤t2≤6μm；和/或，第二集流层220的厚度t3的范围为1μm≤t3≤6μm。第一集流层210和第二集流层220的厚度过大会降低制备速度，第一集流层210和第二集流层220的厚度过小无法确保有足够的电子传导能
力。
38.可选地，第一集流层210和第二集流层220的材质均为金属箔或合金箔。示例性地，第一集流层210的材质为铝箔，第二集流层220的材质也为铝箔。或者，第一集流层210的材质为铜合金箔，第二集流层220的材质也为铜合金箔。在其他实施例中，第一集流层210和第二集流层220的材质也可以为两种不同的金属及其合金箔。
39.在实际使用时，第一孔结构211和第二孔结构221内均可以填充电子绝缘高分子聚合物，以减小短路风险，提高安全性。或者，第一孔结构211内填充正极浆料，第二孔结构221内填充负极浆料，便于提高比能量和能量密度。
40.本实施例还提供了一种极片，包括上述的复合集流体以及正极浆料和负极浆料，正极浆料填充于第一孔结构211内，负极浆料填充于第二孔结构221内。该极片的非活性物质的质量百分比较低，且具有较好的机械强度。
41.本实施例还提供了一种电池，包括上述的极片，该电池具有较高的安全性和较好的电化学性能，穿刺过程中的热扩散和热失控风险低，且电池比能量高。
42.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.复合集流体，其特征在于，包括：中间绝缘层(100)，包括第一表面(110)以及与所述第一表面(110)相对设置的第二表面(120)；集流层，包括第一集流层(210)和第二集流层(220)，所述第一集流层(210)设于所述第一表面(110)上，所述第二集流层(220)设于所述第二表面(120)上，所述第一集流层(210)设有多个第一孔结构(211)，所述第二集流层(220)设有多个第二孔结构(221)，且所述第一孔结构(211)和所述第二孔结构(221)错位设置，所述第一集流层(210)、所述中间绝缘层(100)和所述第二集流层(220)的厚度之和t的范围为4μm≤t≤12μm。2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述中间绝缘层(100)的厚度t1的范围为2μm≤t1≤5μm。3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一集流层(210)的厚度t2的范围为1μm≤t2≤6μm；和/或，所述第二集流层(220)的厚度t3的范围为1μm≤t3≤6μm。4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一孔结构(211)和所述第二孔结构(221)均设置为圆孔形结构。5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述第一孔结构(211)的直径为d1，相邻两所述第一孔结构(211)的轴线的距离为d2，d1和d2之间的关系满足：0.5≤(d2-d1)/d1≤2；和/或，所述第二孔结构(221)的直径为d3，相邻两所述第二孔结构(221)的轴线的距离为d4，d3和d4之间的关系满足：0.5≤(d4-d3)/d3≤2。6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，多个所述第一孔结构(211)和多个所述第二孔结构(221)均呈阵列分布。7.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一集流层(210)和所述第二集流层(220)的材质均为金属箔或合金箔。8.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述中间绝缘层(100)的材质为电子绝缘高分子聚合物。9.极片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的复合集流体以及正极浆料和负极浆料，所述正极浆料填充于所述第一孔结构(211)内，所述负极浆料填充于所述第二孔结构(221)内。10.电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的极片。

技术总结
本实用新型属于电池技术领域，公开了一种复合集流体、极片及电池。该复合集流体包括中间绝缘层和集流层，中间绝缘层包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；集流层包括第一集流层和第二集流层，第一集流层设于第一表面上，第二集流层设于第二表面上，第一集流层设有多个第一孔结构，第二集流层设有多个第二孔结构，且第一孔结构和第二孔结构错位设置，第一集流层、中间绝缘层和第二集流层的厚度之和T的范围为4μm≤T≤12μm。本实用新型提供的极片包括上述复合集流体。本实用新型提供的电池包括上述极片。本实用新型提供的复合集流体，显著降低了电池穿刺过程中的热扩散和热失控风险，并能显著提高电池安全性。并能显著提高电池安全性。并能显著提高电池安全性。


技术研发人员：凌仕刚 侯智伟 孙志恩 李孝雨 陈月华 赵晶晶 李文强 张虎 朱卫泉
受保护的技术使用者：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/1