一种复合集流体、极片、电池和使用电池的装置的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种复合集流体、极片、电池和使用电池的装置。


背景技术：

2.目前全球生态环境的破坏、能源匮乏和世界各国发展新能源政策等原因推动锂离子电池的大力发展。锂离子电池具有高功率密度、高工作电压、高使用寿命等优异的电化学性能，使得它广泛的应用于 3c数码产品、新能源汽车、储能等领域。
3.锂离子电芯是锂离子电池的重要组成单元，其由集流体、正、负极活性物质、隔膜以及电解液组合而成。通常选用金属箔材作为集流体，其中正极集流体选择铝箔，负极集流体选择铜箔。锂电子电池集流体主要是将正负电极活性物质所产生的电流汇集起来利用集流体的导电性能汇集成为大电流对外输出。故而根据电学原理，对于集流体与活性物质之间要求其充分接触保证其内阻尽可能小。
4.然而，发明人在研究过程中发现现有技术中的集流体在使用过程中主要存在以下问题：(1)传统集流体一般采用金属箔材作为集流体，进而直接在其表面上涂覆活性物质。金属集流体的表面较为光滑，因此在极片制造过程中若是粘结剂的量少或者制备过程出现失误而导致粘接剂无法发挥其粘接作用，进而将活性物质牢固粘附在集流体。 (2)传统集流体在锂离子电池使用过程，电池内部的集流体长期浸泡在质子有机电解液中出现腐蚀现象进而使得集流体散失汇集传导大电流的功能。(3)活性物质在正常充放电的过程，其晶格因充放电而出现伸缩进而致使活性物质脱离集流体，最终导致电芯失效。
5.为提高电池的能量密度及安全性，一种由高分子薄膜和金属镀层复合得到的复合集流体逐渐受到关注。此复合集流体两侧的导电层由绝缘层隔开，使得绝缘层两侧的导电层无法导通，因此在做极耳时需要先将复合集流体做成卷芯后，并使用两个金属箔材的一端分别焊接复合集流体的两面，然后将两个金属箔材的一端重合焊接，使得复合集流体两侧的导电层的电流汇集在一起，最后通过转接片焊接到电芯上。
6.此复合集流体具有制造过程复杂和成本高的缺点，难以实现规模化使用。


技术实现要素：

7.本技术实施例的目的在于提供一种复合集流体、极片、电池和使用电池的装置，其能够改善复合集流体的电流难以汇集的技术问题。
8.第一方面，本技术实施例提供一种复合集流体，其包括依次层叠布置的第一导电层、基膜和第二导电层，复合集流体具有用于涂覆活性材料的涂覆区和用于形成极耳的极耳区，涂覆区的基膜由绝缘材料制成，第一导电层和第二导电层在极耳区导通。
9.在上述实现过程中，复合集流体两侧的涂覆区分别用于涂覆活性材料，极耳区用于形成极耳并直接连接转接片。本技术的复合集流体的第一导电层和第二导电层在涂覆区被由绝缘材料制成的基膜分隔，第一导电层和第二导电层分别发生反应生成电流。而第一
导电层和第二导电层在极耳区导通，使得电流在极耳区汇流，不再需要另外焊接金属箔材汇集电流，而是直接将转接片焊接在极耳区上，简化了汇流结构，提高了制造效率，降低了制造成本，有利于规模化使用。
10.在一种可能的实施方案中，涂覆区的基膜由高分子材料制成，极耳区的基膜由分散有导电颗粒的高分子材料制成。
11.在上述实现过程中，涂覆区的基膜由绝缘的高分子材料制成，使得基膜两侧的第一导电层和第二导电层在涂覆区无法导通，高分子材料中分散的导电颗粒能够使极耳区的基膜具有导电性，进而使得第一导电层和第二导电层在极耳区导通。
12.在一种可能的实施方案中，高分子材料为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯。
13.导电颗粒为金属导电颗粒或碳基导电颗粒，金属导电颗粒的材质为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或铝锆合金，碳基导电颗粒的材质为石墨、乙炔黑、石墨烯或碳纳米管。
14.在一种可能的实施方案中，极耳区的基膜中导电颗粒的质量为高分子材料的质量的1～99wt％。
15.可选地，导电颗粒的质量为高分子材料的质量的10～50wt％。
16.在上述实现过程中，基膜部分区域中导电颗粒的质量为高分子材料的质量的1～99wt％时，能够使得基膜部分区域具有导电性。
17.在一种可能的实施方案中，导电颗粒的粒径为0.01～12μm。
18.可选地，导电颗粒的粒径为0.1～2μm。
19.在上述实现过程中，导电颗粒的粒径为0.01～12μm有利于其均匀分布于高分子材料中。
20.在一种可能的实施方案中，基膜的厚度为0.9～20μm。
21.在一种可能的实施方案中，第一导电层和第二导电层的材质为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或铝锆合金。
22.第二方面，本技术实施例提供一种极片，其包括上述的复合集流体，第一导电层和第二导电层的表面的涂覆区设置有活性材料。
23.第三方面，本技术实施例提供一种电池，其包括壳体和上述的极片，极片设置于壳体内。
24.第四方面，本技术实施例提供一种使用电池的装置，其包括使上述的电池，电池用于提供电能。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
26.图1为本技术的现有的复合集流体的剖视图；
27.图2为本技术的现有的极片的剖视图；
28.图3为本技术实施例的第一种复合集流体的剖视图；
29.图4为本技术实施例的第一种基膜的正视图；
30.图5为本技术实施例的叠片式极片的正视图；
31.图6为本技术实施例的卷绕式极片的正视图；
32.图7为本技术实施例的第二种复合集流体的剖视图；
33.图8为本技术实施例的第二种基膜的正视图；
34.图9为本技术实施例裁剪后的极片；
35.图10为本技术实施例的极片的剖视图；
36.图11为本技术实施例的极片的正视图；
37.图12为本技术实施例的电池的结构示意图。
38.图标：10-复合集流体；100-第一导电层；200-基膜；201-涂覆区； 202-极耳区；300-第二导电层；400-极耳；500-活性材料；20-极片； 30-电池；610-壳身；620-壳盖；621-正极极柱；622-负极极柱；623
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防爆阀。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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。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技术中的具体含义。
44.请参阅图1和图2，现有的复合集流体10包括依次层叠布置的第一导电层100、基膜200和第二导电层300。
45.其中，基膜200由绝缘材料制成，导致第一导电层100和第二导电层300无法导通。因此，现有的复合集流体10需要另外制作极耳 400，在做极耳400前需要先将复合集流体10做成卷芯，然后使用两个金属箔材的一端分别焊接第一导电层100和第二导电层300的表面，并将两个金属箔材的一端重合焊接，使得复合集流体10两侧的第一导电层100和第二导
电层300的电流汇集在一起，最后通过转接片焊接到电芯上。
46.但是，现有的复合集流体10具有制造过程复杂和成本高的缺点，难以实现规模化使用。
47.请参阅图3和图4，本技术实施例提供一种复合集流体10，其包括依次层叠布置的第一导电层100、基膜200和第二导电层300。
48.复合集流体10具有涂覆区201和极耳区202，涂覆区201的基膜200由绝缘材料制成，极耳区202的基膜200由导电材料制成，使得第一导电层100和第二导电层300在极耳区202导通。
49.复合集流体10两侧的涂覆区201分别用于涂覆活性材料500，极耳区202用于形成极耳400并直接连接转接片。本技术的复合集流体10的第一导电层100和第二导电层300在涂覆区201被由绝缘材料制成的基膜200分隔，第一导电层100和第二导电层300分别发生反应生成电流。而第一导电层100和第二导电层300在极耳区202导通，使得电流在极耳区202汇流，不再需要另外安装极耳400汇集电流。本技术的复合集流体10可以直接将转接片焊接在极耳区202上，简化了汇流结构，提高了制造效率，降低了制造成本，有利于规模化使用。
50.基膜200由高分子材料制成，且涂覆区201的基膜200的高分子材料中无导电颗粒，极耳区202的基膜200由导电树脂制成，导电树脂为分散有导电颗粒的高分子材料，使基膜200自由实现部分导通部分不导通的效果，有利于更自由的实施基膜200在锂电池30等领域。
51.基膜200由绝缘的高分子材料制成，且涂覆区201的基膜200的高分子材料中无导电颗粒，使得基膜200两侧的第一导电层100和第二导电层300在涂覆区201无法导通。而高分子材料中分散有导电颗粒能够使得极耳区202的基膜200具有导电性，进而使得第一导电层 100和第二导电层300在极耳区202导通。
52.高分子材料为聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚酰胺(pa)、聚乙烯(pe)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚苯硫醚(pps)、聚氯乙烯(pvc)或聚偏二氯乙烯(pvdc)。
53.且，以高分子材料为原料成型基膜200的工艺包括双向拉伸或流延。例如，基膜200包括双向拉伸聚丙烯薄膜(bopp)、流延聚丙烯薄膜(cpp)、双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(bopet)或流延聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(cpet)。
54.导电颗粒为金属导电颗粒或碳基导电颗粒。
55.其中，金属导电颗粒的材质为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或铝锆合金，碳基导电颗粒的材质为石墨、乙炔黑、石墨烯或碳纳米管。
56.导电颗粒的粒径为0.01～12μm，有利于导电颗粒在高分子材料中均匀分布。
57.可选地，导电颗粒的粒径为0.1～2μm。
58.在本技术的一种实施方式中，导电颗粒的粒径可以为1μm。在本技术的其他一些实施方式中，导电颗粒的粒径还可以为0.01μm、 0.05μm、0.1μm、0.5μm、1.2μm、1.5μm或2μm。
59.极耳区202的基膜200中导电颗粒的质量为高分子材料的质量的 1～99wt％。
60.可选地，导电颗粒的质量为高分子材料的质量的10～50wt％。
61.在本技术的一种实施方式中，导电颗粒的质量可以为高分子材料的质量的25wt％。在本技术的其他一些实施方式中，导电颗粒的质量为高分子材料的质量的1wt％、
10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、 60wt％、70wt％、80wt％、90wt％或99wt％。
62.需要说明的是，导电颗粒需要在高分子材料成型前加入到高分子材料中，并充分搅拌，使导电颗粒在高分子材料中分散均匀。但是，在搅拌的过程中，需要注意排出空气，防止产生气泡。
63.本技术的基膜200可以通过喷涂滚压、拼接等方式制备得到。
64.基膜200的厚度为0.9～20μm。
65.在本技术的一种实施方式中，基膜200的厚度可以为10μm。在本技术的其他一些实施方式中，基膜200的厚度还可以为0.9μm、 1μm、5μm、8μm、12μm、15μm、18μm或20μm。
66.第一导电层100的材质为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或铝锆合金。
67.第二导电层300的材质为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金或铝锆合金。
68.需要说明的是，第一导电层100的材质和第二导电层300的材质可以相同或不同，且第一导电层100的材质和第二导电层300的厚度可以相同或不同。
69.同时，在第一导电层100的表面的涂覆区201涂覆的活性材料 500需要和第一导电层100的材质和厚度配合，在第二导电层300的表面的涂覆区201涂覆的活性材料500需要和第二导电层300的材质和厚度配合。
70.且在第一导电层100的表面涂覆的活性材料500和在第二导电层 300的表面涂覆的活性材料500的粒径可以相同或不同，比表面积可以相同或不同，克容量可以相同或不懂，涂覆厚度/重量可以相同或不同，可以碳包覆或不包覆。
71.在生产集流体时，请继续参阅图3和图4，可以先生产出一整个基膜200，且复合集流体10只有一个导电区域和一个非导电区域，非导电区域位于基膜200的顶端，在基膜200的两面粘接第一导电层 100和第二导电层300，得到复合集流体10，进一步在复合集流体10 的涂覆区201涂覆活性材料500，得到极片20。
72.根据极片20的类型选择如何剪裁极片20，请参阅图5，如果需要叠片式极片20，则将极片20剪裁形成多个相同的极片20，同时在每个极片20的极耳区202的相同位置剪裁形成极耳400，多个极片 20叠合后多个极耳400也叠合；请参阅图6，如果需要卷绕式极片 20，在极片20的极耳区202剪裁形成间隔的极耳400，卷绕后极片 20的多个极耳400重合。
73.请参阅图7～9，还可以生产出一整个基膜200，且基膜200只有多个导电区域和多个非导电区域，每个导电区域和每个非导电区域一一对应，在基膜200的两面粘接第一导电层100和第二导电层300，得到复合集流体10，进一步在复合集流体10的涂覆区201涂覆活性材料500，得到极片20，裁剪得到多个极片20。
74.再根据极片20的类型选择如何剪裁极片20。
75.请参阅图10和图11，本技术实施例还提供一种极片20，其包括上述的复合集流体10，第一导电层100和第二导电层300的表面的涂覆区201设置有活性材料500。
76.本技术的极片20不再需要另外焊接极耳400，而是直接将转接片焊接在极耳区202上。
77.请参阅图12，本技术实施例还提供一种电池30，其包括壳体和上述的极片20，极片20设置于壳体内。
78.其中壳体包括壳身610和壳盖620，将本技术实施例的极片20、电解质和隔膜组合形成电池30组件，将电池30组件设置于壳身610 中，壳盖620设置有正极极柱621、负极极柱
622和防爆阀623，将电池30组件的正极极耳400与正极极柱621连接，将电池30组件的负极极耳400与负极极柱622连接，并将壳盖620密封连接于壳身 610得到电池30。
79.本技术实施例使用电池30的装置，其包括使上述的电池30，电池30用于提供电能。
80.需要说明的是，本技术实施例并不限定使用电池30的装置，只要是采用本技术的电池30提供电能的装置都能够算作本技术实施例中使用电池30的装置。
81.例如，本技术实施例中使用电池30的装置包括新能源汽车，新能源汽车在底盘设置有电池30，电池30为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能。
82.综上所述，本技术实施例的复合集流体10的涂覆区201分别用于涂覆活性材料500，极耳区202用于形成极耳400并直接连接转接片。本技术的复合集流体10的第一导电层100和第二导电层300在涂覆区201被由绝缘材料制成的基膜200分隔，第一导电层100和第二导电层300分别发生反应生成电流。而第一导电层100和第二导电层300在极耳区202导通，使得电流在极耳区202汇流，不再需要另外焊接金属箔材汇集电流，而是直接将转接片焊接在极耳区202上，简化了汇流结构，提高了制造效率，降低了制造成本，有利于规模化使用。
83.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。