一种集流体及其极片和电池制造技术

本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种集流体及其极片和电池。本申请的集流体包括PPTC材料层和金属层，PPTC材料层用于承载金属层；金属层用于承载电极活性材料层，且金属层位于PPTC材料层的至少一个表面上。本申请中PPTC材料层不仅仅用于承载金属层，并且由于PPTC材料的特性，在过充及短路引起的温度升高阶段，能够起到迅速增大电阻的作用，通过降低电流值来抑制焦耳热的产生。本申请的集流体可以提高由于异物导致的短路安全性能，还提高过充安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种集流体及其极片和电池
本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种集流体及其极片和电池。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害。因此锂离子电池的安全问题很大程度地限制了锂离子电池的应用和普及。大量实验结果表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本所在。为了避免发生电池内短路，研究者们试图改进隔膜结构、电池机械结构等。其中有些研究是从改善集流体的设计方面来提升锂离子电池的安全性能。为提升其安全性能，对包括安全涂层在内的多种安全方案均进行了研究。安全涂层的概念是指在电池的正极、负极或者隔离膜表面涂覆一层绝缘物，通过提高极片电阻或隔离膜机械性能降低电流大小或减少短路面积，从而实现安全性能的提高。安全涂层在锂离子电池的应用起到了一定的效果，但是在大容量电芯尤其是动力电芯中，由于能量及体积增大，这些较薄的涂层在应用的过程中无法有效地抑制短路概率和温度上升，容易造成热失控和着火现象。鉴于此，特提出本申请，以更有效地改善电池在极端情况下的安全性能。
技术实现思路
本申请的首要专利技术目的在于提出一种集流体。本申请的第二专利技术目的在于提出采用本申请集流体的极片。本申请的第三专利技术目的在于提出采用本申请极片的电池。为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：本申请涉及一种集流体，包括PPTC材料层和金属层，所述PPTC材料层用于承载所述金属层；所述金属层用于承载电极活性材料层，且所述金属层位于所述PPTC材料层的至少一个表面上。优选的，所述金属层的厚度为0.5～10μm，优选1～3μm。优选的，所述PPTC材料层的厚度为4～20μm，优选10～16μm。优选的，所述金属层的拉伸强度为150N/mm2～250N/mm2。优选的，所述PPTC材料层中的PPTC材料包括聚合物和导电剂；所述导电剂优选金属导电材料、碳基导电材料、导电陶瓷材料中的至少一种；所述金属导电材料优选铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，所述碳基导电材料优选石墨、炭黑、碳纤维中的至少一种，所述导电陶瓷材料优选碳化钨。优选的，所述聚合物的熔点小于160℃，优选的，所述聚合物选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、环氧树脂、聚偏氟乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁烯、醋酸纤维素、聚酰胺中的至少一种。优选的，所述导电剂的质量百分比含量为10％～40％，所述聚合物的质量百分比含量为60～90％。优选的，所述金属层通过机械辊轧、粘结、气相沉积法、化学镀中的至少一种形成于所述PPTC材料层上。本申请涉及一种极片，包括本申请的集流体和形成于所述集流体表面的电极活性材料层。本申请还涉及一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片和/或负极极片为本申请的极片。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请中PPTC材料层不仅仅用于承载金属层，由于其PPTC材料的特性，在过充及短路引起的温度升高阶段，能够起到迅速增大电阻的作用，通过降低电流值来抑制焦耳热的产生，从而进一步提高了电池的安全性能，还可以提高过充安全性能。附图说明图1为本申请某一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；图2为本申请又一具体实施方式的正极集流体的结构示意图；图3为本申请某一具体实施方式的负极集流体的结构示意图；图4为本申请又一具体实施方式的负极集流体的结构示意图；图5为本申请某一具体实施方式的正极极片的结构示意图；图6为本申请又一具体实施方式的正极极片的结构示意图；图7为本申请某一具体实施方式的负极极片的结构示意图；图8为本申请又一具体实施方式的负极极片的结构示意图；图9为本申请的PPTC材料抑制切断电流的示意图；图10为本申请极片受异物穿入后产生毛刺的示意图；图11为本申请某一具体实施方式的锂离子电池的循环性能曲线；其中：10-正极集流体；101-正极PPTC材料层；102-正极金属层；11-正极活性材料层；20-负极集流体；201-负极PPTC材料层；202-负极金属层；21-负极活性材料层；3-PPTC材料；31-聚合物；32-导电剂；33-导电链；4-毛刺；5-异物。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。本申请涉及一种集流体，其结构示意图如图1～4所示，包括PPTC材料层和金属层，PPTC材料层用于承载金属层，金属层用于承载电极活性材料层，且金属层位于PPTC材料层的至少一个表面上。可在PPTC材料层的相对的两个表面上均设置有金属层，其结构示意图如图1和图3所示；也可在仅PPTC材料层的一面上设置有金属层，其结构示意图如图2和图4所示。在本申请中，PPTC(PolymericPositiveTemperatureCoefficent)材料是聚合物基正温度系数材料的缩写，通常由聚合物、导电剂组成。PPTC材料在低温时，聚合物结晶间的导电粒子构成导电网络，呈导通状态，因而呈现低电阻，约数mΩ到数Ω之间。当电流过大，致使温度升高时，体积膨胀，聚合物由结晶态转为非结晶态，使导电粒子的连系网络断裂，因而不导通或绝缘，从而使电阻大大提高，从而使短路电流大大降低，从而可大大降低短路电流产生的热量。当温度降低、且不再有大电流后，待一小段时间恢复结晶状态，又可导通。在本申请的集流体中，利用了PPTC材料在高温下具有阻值升高的特性，在短路发生时能够抑制短路电流的产生，过充时也能因为温度升高而切断电子电路，从而可提高了电池的安全性能。此外，电池常见的过充测试中电流不断涌入将提高电池温度，在达到PPTC的作用温度后也会起到切断电流的效果，因此本申请的集流体不仅仅可以用于提高由于异物导致的短路安全性能，还可以提高过充安全性能。其中，PPTC材料层抑制切断电流的示意图如图9所示，其中，左图表示正常状态下的PPTC材料3，PPTC材料3中含有聚合物31和导电剂32，形成上文所述的导电链33。右图表示当短路或过充发生后的PPTC材料3，大量焦耳热产生，造成的温度上升将触发PPTC材料3的作用机制，即聚合物31发生膨胀，将导电剂32的距离拉开，从而实现切断导电链33的目的，继而避免了进一步的焦耳热产生。作为本申请集流体的一种改进，金属层的厚度为0.5～10μm，金属层厚度的上限可为10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm，金属层厚度的下限可为0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm，金属层的厚度可有上限和下限的任意数值构成；优选的，金属层的厚度为1～5μm，更优选1～3μm。本申请的集流体由于使用了PPTC材料层作为基材，因而可在保证集流体导电性的基础上减小金属层的厚度。以常规锂离子电池(以Al箔作为阴极集流体，以Cu箔作为阳极集流体，其厚度大于10μm)为例，发生短路的原因包括以下的四种情况：1、Al箔与Cu箔接触；2、Al箔与阳极活性材料接触；3、Cu箔与阴极活性材料接触；4、阴极活性材料与阳极活性材料接触。常规锂离子电池中作为集流体的Al箔、Cu箔，由于其厚度较大，因此当外部异物刺入时，会导致产生金属毛刺。尤其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集流体，其特征在于，包括PPTC材料层和金属层，所述PPTC材料层用于承载所述金属层；所述金属层用于承载电极活性材料层，且所述金属层位于所述PPTC材料层的至少一个表面上。

【技术特征摘要】
1.一种集流体，其特征在于，包括PPTC材料层和金属层，所述PPTC材料层用于承载所述金属层；所述金属层用于承载电极活性材料层，且所述金属层位于所述PPTC材料层的至少一个表面上。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层的厚度为0.5～10μm，优选1～3μm。3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述PPTC材料层的厚度为4～20μm，优选10～16μm。4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层的拉伸强度为150N/mm2～250N/mm2。5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述PPTC材料层中的PPTC材料包括聚合物和导电剂；所述导电剂优选金属导电材料、碳基导电材料、导电陶瓷材料中的至少一种；所述金属导电材料优选铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，所述碳基导电材料优选石墨、炭黑、碳纤维中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳，钟开富，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35