一种集流体,其极片和电池及应用制造技术

技术编号:18447822 阅读:210 留言:0更新日期:2018-07-14 11:33
本申请涉及电池领域,具体地讲,涉及一种集流体,其极片和电池及应用。本申请的集流体包括绝缘层和导电层,绝缘层用于承载导电层,导电层用于承载电极活性材料层,导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。本申请的集流体可大大提高电池异常情况下发生短路时的短路电阻,使短路电流大幅度减小,极大地降低短路产热量,发生内短路的位点处产生的热量可以被电池完全吸收,从而可以将短路损坏对电池的影响局限于“点”范围,仅形成“点断路”,不影响电池在短时间内的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种集流体,其极片和电池及应用
本申请涉及电池领域,具体地讲,涉及一种集流体,其极片和电池及应用。
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。当由于发生碰撞、挤压、穿刺等异常情况而导致电池发生内短路时,电池温度会上升;已有技术中有采用在金属集流体的材料中加入低熔点合金的技术方案,随着电池温度的上升,该集流体中的低熔点合金发生熔融,从而造成极片断路,由此切断电流,从而改善了电池的安全性;或采用具有树脂层两面复合有金属层的多层结构的集流体,随着电池温度的上升,当达到树脂层的材料的熔点时,该集流体的树脂层熔融而使极片破损,由此切断电流,从而改善电池的安全问题。然而已有技术中的这些方法都无法有效地阻止锂离子电池内短路的发生,而且也无法保证在异常情况发生后电池还可以继续工作。在上述这些改进方法中,电池发生内短路后,电池温度依然会急剧升高,当电池温度骤升时,若安全构件不能快速响应的话,则依然会发生不同程度的危险;而且在上述这些改进方法中,在安全构件响应后,虽然电池的安全隐患得以解决,然而电池却无法继续工作。因此,有必要提供一种能在碰撞、挤压、穿刺等异常情况发生后,有效地防止电池由于内短路的发生而引起的着火、爆炸等事故且不影响电池正常工作的集流体和电池设计。
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。本申请的第四专利技术目的在于提出该集流体的应用。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,包括绝缘层和导电层,所述绝缘层用于承载所述导电层;所述导电层用于承载电极活性材料层,且所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上,所述导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。优选的,所述导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.032Ω/□≤RS≤21Ω/□;优选的,0.080Ω/□≤RS≤8.4Ω/□。优选的,所述导电层的厚度为D2,D2满足:1nm≤D2≤1μm;优选的,20nm≤D2≤500nm;优选的,50nm≤D2≤200nm。优选的,所述绝缘层的厚度为D1,D1满足:1μm≤D1≤50μm;优选的,2μm≤D1≤30μm;优选的,5μm≤D1≤20μm。优选的,所述导电层的材料选自金属导电材料、碳基导电材料中的至少一种;优选的,所述金属导电材料选自铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种;优选的,所述碳基导电材料选自石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种;优选的,所述绝缘层的材料选自有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料、复合材料中的至少一种;优选的,所述有机聚合物绝缘材料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯中的至少一种;优选的,所述无机绝缘材料选自氧化铝、碳化硅、二氧化硅中的至少一种;优选的,所述复合材料选自环氧树脂玻璃纤维增强复合材料、聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料中的至少一种。优选的,所述导电层内设置有孔,或所述集流体内设置有贯穿所述绝缘层和所述导电层的通孔。优选的,所述导电层通过机械辊轧、粘结、气相沉积法、化学镀中的至少一种形成于所述绝缘层上。优选的,所述气相沉积法选自物理气相沉积法;所述物理气相沉积法优选蒸发法、溅射法中的至少一种,所述蒸发法优选真空蒸镀法、热蒸发法、电子束蒸发法中的至少一种,所述溅射法优选磁控溅射法。本申请还涉及一种极片,包括本申请上述任一段落所述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。优选的,r表示所述电池的内阻,Cap表示所述电池的容量,r与Cap的关系满足:40Ah·mΩ≤r×Cap≤2000Ah·mΩ。本申请还涉及该集流体在制备受到引发短路的异常情况时仅形成点断路以自身保护的电池中的应用。本申请还涉及该集流体作为受到引发短路的异常情况时仅形成点断路的电池的集流体的用途。优选的,所述引发短路的异常情况为穿钉。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果:本申请提出一种集流体,该集流体包括具有支撑作用的绝缘层和具有导电和集流作用的导电层,导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。该集流体可大大提高电池异常情况下发生短路时的短路电阻,使短路电流大幅度减小,因此可极大地降低短路产热量,极大地改善电池的安全性能;另外由于产热量小,因此在发生内短路的位点处产生的热量可以被电池完全吸收,对电池造成的温升也很小,从而可以将短路损坏对电池的影响局限于“点”范围,仅形成“点断路”,而不影响电池在短时间内的正常工作。并且,具有该集流体的电池可以同时或连续受到多次内短路损坏,均不会发生着火、爆炸等事故,且均可以在短时间内正常工作。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为本申请一次穿钉实验示意图;图10为锂离子电池1#和锂离子电池4#在一次穿钉实验后的温度变化曲线;图11为锂离子电池1#和锂离子电池4#在一次穿钉实验后的电压变化曲线;其中:1-正极极片;10-正极集流体;101-正极绝缘层;102-正极导电层;11-正极活性材料层;2-负极极片;20-负极集流体;201-负极绝缘层;202-负极导电层;21-负极活性材料层;3-隔膜;4-钉子。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~图4所示,包括绝缘层和导电层。绝缘层用于承载导电层,对导电层起到支撑和保护的作用;导电层用于承载电极活性材料层,用于为电极活性材料层提供电子,即起到导电和集流的作用;导电层位于绝缘层的至少一个表面上。可在绝缘层的相对的两个表面上均设置有绝缘层,其结构示意图如图1和图3所示;也可在仅绝缘层的一面上设置有导电层,其结构示意图如图2和图4所示。在集流体中,导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。其中,薄膜电阻用欧姆/平方(本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种集流体,包括绝缘层和导电层,所述绝缘层用于承载所述导电层;所述导电层用于承载电极活性材料层,且所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上,其特征在于,所述导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。

【技术特征摘要】
1.一种集流体,包括绝缘层和导电层,所述绝缘层用于承载所述导电层;所述导电层用于承载电极活性材料层,且所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上,其特征在于,所述导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.016Ω/□≤RS≤420Ω/□。2.根据权利要求1所述的集流体,其特征在于,所述导电层的常温薄膜电阻RS满足:0.032Ω/□≤RS≤21Ω/□,优选0.080Ω/□≤RS≤8.4Ω/□。3.根据权利要求1所述的集流体,其特征在于,所述导电层的厚度为D2,D2满足:1nm≤D2≤1μm,优选20nm≤D2≤500nm,更优选50nm≤D2≤200nm。4.根据权利要求1所述的集流体,其特征在于,所述绝缘层的厚度为D1,D1满足:1μm≤D1≤50μm,优选2μm≤D1≤30μm,更优选5μm≤D1≤20μm。5.根据权利要求1所述的集流体,其特征在于,所述导电层的材料选自金属导电材料、碳基导电材料中的至少一种;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、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。6.根据权利要求1所述的集流体,其特征在于,所述绝缘层的材料选自有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料、复合材料中的至少一种;所述有机聚合物绝缘材料优选聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯中的至少一种;所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁成都黄华锋黄起森
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

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