一种集流体及具有该集流体的极片、电池、电子产品和交通工具的制作方法

1.本技术涉及锂电池技术领域，特别涉及一种集流体及具有该集流体的极片、电池、电子产品和交通工具。


背景技术：

2.在锂离子二次电池的充放电过程中，正负极发生电化学反应。正负极由具有脱嵌锂能力的活性物质、粘结剂、导电剂和集流体组成。集流体在电池制造过程中作为结构件提供电极的加工强度，电池充放电过程中收集并导出电流。为了兼顾成本、导电性、电化学稳定性和加工性，通常正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
3.为了提高锂离子电池能量密度，必须降低电池中非活性物质比例，具体的对于集流体来说，需要降低铝箔和铜箔的厚度。现有技术条件下，铝箔厚度大于9微米，铜箔厚度大于5 微米。然而进一步降低铝箔和铜箔的厚度，会导致铝箔和铜箔断裂强度降低，在电池制造过程中发生极片断带。发生极片断带的具体工艺过程包括：极片涂布干燥时发生极片打皱发生断裂；在极片辊压时受拉应力产生断裂。
4.采用复合集流体是解决薄集流体强度不足的一个方法。现有复合集流体有两种工艺路线：
5.1、增材制造法。在聚合物支撑体两侧采用蒸镀，溅射等方法，制作导体层。然而本路线制作导体层孔隙率较高，导电率差，制造的锂电池内阻大；导体层容易在循环中被腐蚀，性能衰减快；增材制造工艺难度高，设备投入巨大，整体制造成本高。
6.2、减材制造法。在聚合物支撑体两侧复合较厚的金属箔材，然后通过化学或者电化学方法，将金属箔材减薄。然而这种结构和工艺路线，需要减薄大量的金属，生产效率低，成本高。


技术实现要素：

7.本技术的目的是提供一种集流体，应用在锂电池中能够提高锂电池的能量密度。
8.为实现上述目的，本技术实施例采用以下技术方案：一种集流体，包括：支撑层，该支撑层上具有多个通孔，通孔的最小内径大于1毫米；导体层，该导体层仅复合在支撑层的一侧。
9.在上述技术方案中，本技术实施例通过使用多孔聚合物作为集流体的支撑层，同时只在支撑层的一侧复合导体层，在减薄集流体的厚度的同时，可以在通孔内填充活性材料，通过控制通孔的大小，保证在支撑层一侧的活性材料能够与导电层充分接触，解决了单侧复合的集流体支撑层一面缺乏导电能力的问题，能够收集这一侧电化学反应发生的电流。
10.进一步地，根据本技术实施例，其中，支撑层采用聚合物制成。
11.进一步地，根据本技术实施例，其中，支撑层采用opp、pi、pet、cpp、pvc、纸或纤维
素膜中的任一种制成。
12.进一步地，根据本技术实施例，其中，支撑层的厚度为2微米
‑
6微米。
13.进一步地，根据本技术实施例，其中，导体层采用金、银、镍、钛、铜、不锈钢、碳及其合金或者混合物制成。
14.进一步地，根据本技术实施例，其中，导体层的厚度为0.2微米
‑
6微米。
15.进一步地，根据本技术实施例，其中，支撑层对导体层的覆盖面积为10％
‑
70％。
16.进一步地，根据本技术实施例，其中，通孔采用切割或者激光打孔的方式形成。
17.进一步地，根据本技术实施例，其中，通孔的形状为矩形、圆形、多边形或者不规则图形。
18.进一步地，根据本技术实施例，其中，通孔内具有导电胶层。
19.进一步地，根据本技术实施例，其中，导电胶层覆盖在通孔的底部和侧壁上。
20.进一步地，根据本技术实施例，其中，导电胶由导电物和胶混合而成。
21.进一步地，根据本技术实施例，其中，导电物为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
22.进一步地，根据本技术实施例，其中，胶为聚丙烯酸、sbr或两者的混合物。
23.为了实现上述目的，本技术实施例还公开了一种极片，具有如上所述的一种集流体，且在集流体两侧涂覆有活性材料，在支撑层一侧的活性材料填充至通孔内。
24.为了实现上述目的，本技术实施例还公开了一种极片，包括集流体，所述集流体包括：支撑层，该支撑层上具有多个通孔；导体层，该导体层仅复合在支撑层的一侧；活性材料，该活性材料涂覆在集流体两侧，在支撑层一侧的活性材料填充至通孔内；其中，通孔的最小内径大于电极的活性物质累积粒径分布d90的5倍。
25.为了实现上述目的，本技术实施例还公开了一种电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜和电解质，其中：正极极片和/或负极极片瞎用如上所述的一种极片制成。
26.为了实现上述目的，本技术实施例还公开了一种物体，其特征在于，物体包括如上所述的一种二次电池。
27.进一步地，根据本技术实施例，其中，物体为电子产品或交通工具。
28.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术通过使用多孔聚合物作为集流体的支撑层，同时只在支撑层的一侧复合导体层，在减薄集流体的厚度的同时，可以在通孔内填充活性材料，通过控制通孔的大小，保证在支撑层一侧的活性材料能够与导电层充分接触，解决了单侧复合的集流体支撑层一面缺乏导电能力的问题，能够收集这一侧电化学反应发生的电流。
附图说明
29.下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
30.图1是本技术实施例一中的一种集流体结构示意图。
31.图2是上述集流体涂覆活性材料后的示意图。
32.图3是本技术实施例二中的一种集流体结构示意图。
33.附图中
34.1、支撑层
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11、通孔
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12、导电胶层
35.2、导体层
36.3、活性材料
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。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发明中的具体含义。
40.出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
41.【实施例一】
42.图1表示本实施例中一种集流体的结构示意图，图2是该集流体一侧涂覆了活性材料的示意图。现在，通过图1和图2来说明本实施例的技术方案。
43.如图1
‑
2所示，本实施例所述的一种集流体包括支撑层1，该支撑层1为多孔聚合物，具有多个通孔11，通孔11的最小内径大于1毫米。在支撑层1的一侧，复合有一导体层2。在使用时，需要在集流体两侧涂覆活性材料3，在导体层2一侧涂覆活性材料3的方式与现有技术一致，本实施例不再描述。在支撑层1一侧涂覆活性材料3，活性材料3填充至通孔11 内，与导体层2充分接触，从而使得集流体的支撑层1一侧也具备导电能力。
44.在上述技术方案中，本实施例通过使用多孔聚合物作为集流体的支撑层1，同时只在支撑层1的一侧复合导体层2，在减薄集流体的厚度的同时，通过控制通孔的大小，保证在支撑层一侧的活性材料3能够与导电层2充分接触，解决了单侧复合的集流体支撑层1一面缺乏导电能力的问题，能够收集这一侧电化学反应发生的电流。
45.优选地，支撑层1对导体层2的覆盖面积为10％
‑
70％。若低于10％，则支撑层1难以
提供支撑强度，导致集流体整体的强度降低。若高于70％，则会大大降低支撑层1一面的导电能力，在涂覆活性材料后，不能保证支撑体1一侧的活性材料与导体层2充分接触并产生足够的电流。
46.其次，通孔11的形状可以采用矩形、圆形、多边形或者不规则图形，并不限制本技术。
47.对于此，锂离子二次电池中正极材料为钴酸锂(lco)、铝掺杂镍酸锂(nca)、镍锰钴酸锂(nmc)、磷酸铁锂(lfp)、锰酸锂(lmo)等材料，负极材料为石墨、硅碳等材料。这些材料的粒子的粒径在亚微米到数十个微米之间。技术人员通常采用累积粒径分布描述材料粒径。对于给定的一种材料，其d90表示粒径小于d90的粒子数量占到了总体数量的 90％，即有90％的粒子粒径是小于d90的。本实施例将通孔11内径的最小处限定为大于电极的活性物质累积粒径分布d90的5倍，能够确保活性材料3充分填充通孔11及充分接触导电层2。
48.此外，作为支撑层1的聚合物可以选用opp、pi、pet、cpp、pvc、纸或纤维素膜中的任一种，并通过切割或者是激光打孔的方式在聚合物上形成通孔11。优选地，支撑层1的厚度为2微米
‑
6微米。
49.此外，导体层2可以采用金、银、镍、钛、铜、不锈钢、碳及其合金或者混合物，并通过减材制造的方法复合在支撑层1的一侧。优选地，导体层的厚度为0.2微米
‑
6微米。本技术采用减材制造方复合导体层2，与增材制造法复合集流体相比，导体层2通过金属箔材减薄制作，致密度高，导电率更高，制作的电池内阻小；导体层2致密度高，难以被腐蚀，制作的电池衰减小。同时，与现有的双侧复合集流体相比，箔材减薄量少，制作简单，成本低。
50.【实施例二】
51.本技术通过图3显示了本实施例中一种集流体的具体结构。如图3所示，在本实施例中，通孔11内具有导电胶层12。具体地，导电胶层12覆盖在通孔11的底部和侧壁上。导电胶层12可以增加活性材料3与导体层2接触，降低接触电阻，提高集流体性能。另外，支撑层 1与导体层2接触处是薄弱环节，在电解液存在下导体层2容易发生腐蚀，发生导体层2从支撑层1上脱落，因此导电胶层12还可以保护集流体，避免发生支撑层1与导体层2剥离。
52.优选地，导电胶层12由导电物与胶混合组成。导电物为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；胶为聚丙烯酸、sbr或两者的混合物。
53.本实施例中的其他结构和上述实施例一保持一致，并具有相同的技术效果，在此不再赘述。
54.【实施例三】
55.本实施例公开了一种极片，包括集流体，所述集流体包括：支撑层，该支撑层上具有多个通孔；导体层，该导体层仅复合在支撑层的一侧；活性材料，该活性材料涂覆在集流体两侧，在支撑层一侧的活性材料填充至通孔内；其中，通孔的最小内径大于电极的活性物质累积粒径分布d90的5倍。
56.本实施例中的其他结构和上述实施例一或实施例二保持一致，并具有相同的技术效果，在此不再赘述。
57.尽管上面对本技术说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本技术，但是本技术不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本技术精神和范围内，一
切利用本技术构思的申请创造均在保护之列。