一种复合集流体的制作方法

1.本实用新型涉及薄膜技术领域，具体涉及一种复合集流体。


背景技术：

2.集流体作为锂电池电极材料的负载体，同时提供电流集载。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。这种复合箔材往往采用真空镀、水镀等结合的方式得以实现。但是这种复合箔材不仅薄膜的厚度较大，而且其强度也不尽如人意。并且，当前的集流体单位方阻较低，同时集流体强度不够，当遭到尖锐物品穿刺时，集流体容易被刺破，影响锂电池安全性，容易产生安全问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种复合集流体，以解现有技术中集流体强度不够，当遭到尖锐物品穿刺时，容易被刺破而影响锂电池安全性的技术问题。
4.为达上述目的，第一方面，本实用新型实施例提供了一种复合集流体，所述复合集流体包括：塑料薄膜基层、碳薄膜层和电阻增加层，其中，
5.所述碳薄膜层设置在所述塑料薄膜基层的上表面和/或下表面；
6.所述电阻增加层间隔地设置在所述碳薄膜层的表面。
7.在一些可能的实施方式中，所述电阻增加层的宽度l均为10nm至100nm。
8.在一些可能的实施方式中，相邻两个所述电阻增加层之间的间隔l2为5μm至30μm。
9.在一些可能的实施方式中，所述碳薄膜层的厚度为1μm。
10.在一些可能的实施方式中，所述塑料薄膜基层的材质为高分子材料；
11.所述塑料薄膜基层厚度为2μm至6μm。
12.在一些可能的实施方式中，所述电阻增加层的材质为金属氧化物。
13.第二方面，本发明实施例提供了另一种复合集流体，所述复合集流体包括：塑料薄膜基层、碳薄膜层和电阻增加层，其中，
14.所述碳薄膜层和所述电阻增加层交替地设置在所述塑料薄膜基层的上表面；和/或，
15.所述碳薄膜层和所述电阻增加层交替地设置在所述塑料薄膜基层的下表面。
16.在一些可能的实施方式中，所述碳薄膜层的厚度和所述电阻增加层的厚度相等，均为1μm至2μm。
17.在一些可能的实施方式中，所述塑料薄膜基层的材质为高分子材料；所述塑料薄膜基层厚度为2μm至6μm。
18.在一些可能的实施方式中，所述电阻增加层的材质为金属氧化物。
19.上述技术方案的有益技术效果在于：
20.本实用新型实施例提供的一种复合集流体，复合集流体包括：塑料薄膜基层、碳薄
膜层和电阻增加层，其中，碳薄膜层设置在塑料薄膜基层的上表面和/或下表面；电阻增加层间隔地设置在碳薄膜层的表面。本实用新型实施例可以增大复合集流体的强度和适度提高集流体的电阻，增大集流体被刺穿点的电阻，减少短路时的电流，降低短路时产生的热量，从而减少集流体被刺穿所产生的危险，通过减少集流体的厚度，增加了锂电池的能量密度。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
22.图1为本实用新型实施例的第一种复合集流体的整体结构示意图；
23.图2是本实用新型实施例的一种电阻增加层的宽度、相邻两个电阻增加层的之间的距离以及碳薄膜层的厚度示意图；
24.图3为本实用新型实施例的第二种复合集流体的整体结构示意图；
25.图4是本实用新型实施例的另一种碳薄膜层的厚度、电阻增加层的厚度和塑料薄膜基层的厚度示意图。
26.附图标号说明：
27.1、塑料薄膜基层；
28.2、碳薄膜层；
29.3、电阻增加层。
具体实施方式
30.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
31.图1为本实用新型实施例的第一种复合集流体的整体结构示意图，如图1所示，该复合集流体包括：塑料薄膜基层1、碳薄膜层2和电阻增加层3，其中，碳薄膜层2设置在塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面；电阻增加层3间隔地设置在碳薄膜层2的表面。需要说明的是，本实施例中的碳薄膜层2和电阻增加层3可以同时设置在塑料薄膜基层1的上表面，也可以同时设置在塑料薄膜基层1的下表面，也可以同时设置在塑料薄膜基层1的上表面和下表面，可以根据实际情况任意设置。本实用新型实施例中，以塑料薄膜基层1作为基材，当本实用新型实施例中的复合集流体用于锂电池时，当锂电池被刺穿时，热量积聚，塑料薄膜基层1更容易熔断，从而切断电流回路，阻止锂电池进一步的热效应，从而防止起火燃烧，避免产生危险。因为复合集流体表面相互间隔的设置电阻增加层3，这样电流通过复合集流体表
面时，电流强度相较于没有电阻增加层3的集流体电流要弱些，由于电阻增加层3是间隔设置，这样当复合集流体被刺穿时，在刺穿的地方的电流相对于没有间隔设置电阻增加层3的集流体电流要弱，因此降低了刺穿集流体时集流体产热的热量，从而降低风险，同时设置电阻增加层3也增大了复合集流体的强度。
32.作为一个举例，在塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面设置碳薄膜层2的方法有很多，例如，可以在塑料薄膜基层1上表面和/或下表面进行涂覆，将碳薄膜层2涂覆在塑料薄膜基层1上；当然也可以在真空条件下，采用石墨或热解炭等碳材质的靶，通过磁控溅射的方式在塑料薄膜基层1上形成一层碳薄膜层2；当然也可以通过淋膜复合的方式在塑料薄膜基层1上复合一层碳薄膜层2。总之，只要能在塑料薄膜基层1上形成一层碳薄膜层2就可以。本实用新型实施例通过在塑料薄膜基层1上形成一层碳薄膜层2，不仅使得塑料薄膜基层1的两面都可以导电，还可以减少集流体的厚度，增加锂电池的能量密度。
33.另外，电阻增加层3间隔地设置在碳薄膜层2的表面，当本实施例中的复合集流体应用于锂电池中时，由于复合集流体的作用是汇聚电流，因此，设置了电阻增加层3的碳薄膜层2表面与未设置电阻增加层3的碳薄膜层2的表面相互紧邻，使得本实施例的复合集流体表面的方阻相对于完全是金属或者碳薄膜的集流体表面的方阻要小，从而减少锂电池燃烧的风险，并且通过添加电阻增加层3也可以增加本实施例中的复合集流体的整体强度。
34.图2是本实用新型实施例的一种电阻增加层的宽度、相邻两个电阻增加层的之间的距离以及碳薄膜层的厚度示意图，如图2所示，在一些实施例中，电阻增加层3的宽度l1均为10nm至100nm。本实用新型实施例通过将电阻增加层3的宽度l1设置在10nm至100nm之间，可以在电池起火点和电流汇聚能量之间达成平衡，因为电池起火主要是电池被尖锐物体刺穿，导致电池正负极被刺穿，也就导致正负集流体被刺穿，此时正负极接触，瞬间电流过大，才导致电池起火，通过设置这样的宽度，电池在这个宽度内电流流动的速度减小，电流量减小，然后就减少了着火的风险，在10nm至100nm这个值范围内既能够保证减少风险，又能够防止大量减少集流体的电流汇聚能力。大于这个范围电流汇聚能力会减弱，小于则风险加大。
35.如图2所示，在一些实施例中，相邻两个电阻增加层3之间的间隔l2为15μm至30μm。本实施例通过将相邻两个电阻增加层3之间的间隔l2设置为15μm至30μm，可以减慢电流的流动速度，又可以保证集流体汇聚电流的能力
36.如图2所示，在一些实施例中，碳薄膜层2的厚度h2为1μm。本实用新型实施例中，通过将碳薄膜层2的厚度设置为1μm，使得碳薄膜层2的方阻为15mω至40mω，这样做的好处在于可以尽可能的减少碳薄膜层2的厚度，进而减少整个复合集流体的厚度，从而减少复合集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度。
37.如图2所示，在一些实施例中，塑料薄膜基层1厚度h1为2μm至6μm。具体的，塑料薄膜基层1的厚度h1可以根据需要调整，例如可以为2μm至6μm等，塑料薄膜基层1太薄容易导致复合集流体的强度等各项指标降低，塑料薄膜基层1太厚则容易导致锂电池的重量及厚度增加，进而间接降低锂电池的能量密度。
38.在一些实施例中，电阻增加层2的材质为金属氧化物，例如氧化铝、氧化钛等金属氧化物。
39.图3为本实用新型实施例的第二种复合集流体的整体结构示意图，如图3所示，碳
薄膜层2和电阻增加层3交替地设置在塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面，即碳薄膜层2和电阻增加层3交替地设置在塑料薄膜基层1的上表面；和/或，碳薄膜层2和电阻增加层3交替地设置在塑料薄膜基层1的下表面。例如，碳薄膜层2和电阻增加层3依次相邻的设置在塑料薄膜基层1的表面，即将塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面完全覆盖，本实用新型实施例通过将碳薄膜层2和电阻增加层3交替地设置在塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面，可以尽可能的减少复合集流体的厚度，从而减少集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度。
40.图4是本实用新型实施例的另一种碳薄膜层的厚度、电阻增加层的厚度和塑料薄膜基层的厚度示意图，如图4所示，在一些实施例中，碳薄膜层2的厚度h2和电阻增加层3的厚度h3相等，均为1μm至2μm。此时，碳薄膜的方阻为15mω至80mω，本实用新型实施例不仅可以减少整个复合集流体的厚度，从而减少复合集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度，还可以减小集流体表面的方阻，从而减少锂电池燃烧的风险，也可以增加本实施例中的复合集流体的整体强度。
41.如图4所示，在一些实施例中，塑料薄膜基层1的材质为高分子材料，例如，塑料薄膜基层1的材质为pp、pi、pet或者pvdf等，本实施例中的复合集流体用于锂电池时，当锂电池被刺穿时，热量积聚，高分子基材更容易熔断，从而切断电流回路，阻止锂电池进一步的热效应，从而防止起火燃烧，产生危险。
42.塑料薄膜基层1的厚度可以根据需要调整，例如可以为2μm～6μm不等，塑料薄膜基层1太薄容易导致塑料薄膜基层1的强度等各项指标降低，塑料薄膜基层1太厚则容易导致锂电池的重量及厚度增加，进而间接降低锂电池的能量密度。
43.如图4所示，在一些实施例中，塑料薄膜基层1厚度h1为2μm至6μm。具体的，塑料薄膜基层1的厚度h1可以根据需要调整，例如可以为2μm至6μm等，塑料薄膜基层1太薄容易导致复合集流体的强度等各项指标降低，塑料薄膜基层1太厚则容易导致锂电池的重量及厚度增加，进而间接降低锂电池的能量密度。
44.在一些实施例中，电阻增加层2的材质为金属氧化物，例如氧化铝、氧化钛等金属氧化物。
45.本实用新型实施例的有益效果如下：
46.本实用新型实施例中的复合集流体用于锂电池时，当锂电池被刺穿时，热量积聚，塑料薄膜基层1更容易熔断，从而切断电流回路，阻止锂电池进一步的热效应，从而防止起火燃烧，避免产生危险；
47.本实用新型实施例通过在塑料薄膜基层1上形成一层碳薄膜层2，不仅使得塑料薄膜基层1的两面都可以导电，还可以减少集流体的厚度，增加锂电池的能量密度；
48.本实施例的复合集流体表面的方阻相对于完全是金属或者碳薄膜的集流体表面的方阻要小，从而减少锂电池燃烧的风险，并且通过添加电阻增加层3也可以增加本实施例中的复合集流体的整体强度；
49.本实用新型实施例通过将碳薄膜层2和电阻增加层3交替的设置在塑料薄膜基层1的上表面和/或下表面，可以尽可能的减少复合集流体的厚度，从而减少集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度；
50.本实用新型实施例中，通过将碳薄膜层2的厚度设置为1μm，使得碳薄膜层2的方阻
为15mω至40mω，这样做的好处在于可以尽可能的减少碳薄膜层2的厚度，进而减少整个复合集流体的厚度，从而减少复合集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度；
51.本实用新型实施例不仅可以减少整个复合集流体的厚度，从而减少复合集流体在锂电池内部的重量，间接提高锂电池的能量密度，还可以减小集流体表面的方阻，从而减少锂电池燃烧的风险，也可以增加本实施例中的复合集流体的整体强度。
52.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.本实用新型实施例中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、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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实用新型中的具体含义。
54.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。