一种集流体，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，其极片和电池。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，导电层位于绝缘层的至少一个表面上，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm，集流体还包括设置于导电层的至少一个表面上的保护层。本申请的集流体可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，改善电池的安全性能，同时保护层可以提高导电层的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还可以防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。

A fluid collector with electrodes and batteries

This application relates to the field of batteries, in particular to a fluid collector, its electrodes and batteries. The collector of this application includes an insulating layer and a conductive layer, the insulating layer is used for carrying the conductive layer; the conductive layer is used for carrying the active material layer of the electrode, the conductive layer is located on at least one surface of the insulating layer, the thickness of the conductive layer is D2, and the D2 satisfies the following requirements: 300 nm < D2 < 2 um; the collector also includes a protective layer arranged on at least one surface of the conductive layer. The collector of this application can improve the short-circuit resistance of the battery when short-circuit occurs in abnormal circumstances, greatly reduce the short-circuit current, greatly reduce the short-circuit heat generation and improve the safety performance of the battery. At the same time, the protective layer can improve the mechanical strength of the conductive layer, further improve the safety performance of the battery, and also can prevent the conductive layer from being destroyed, or the occurrence of oxidation and corrosion. As a result, the working stability and service life of the collector are significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种集流体，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，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。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
鉴于此，本申请提出一种集流体，其极片和电池。第一方面，本申请提出一种集流体；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，所述集流体还包括设置于所述导电层的至少一个表面上的保护层，且所述导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm。第二方面，本申请提出一种极片，包括第一方面的集流体。第三方面，本申请提出一种电池，包含第二方面的极片。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请的集流体在绝缘层表面设置具有保护层的导电层，且导电层的厚度D2满足300nm≤D2≤2μm的条件，一方面，本申请的集流体可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，从而极大地降低短路产热量，改善电池的安全性能。另一方面，本申请集流体的保护层可以提高导电层的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还可以防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。在本申请可选的技术方案中，在正极集流体上，保护层设置于导电层的背离绝缘层的一面上，且材料为金属氧化物，从而进一步提高电池在异常情况下发生短路时的短路电阻，改善电池的安全性能。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为本申请又一具体实施方式的正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正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负极集流体的结构示意图；图6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7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8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9为本申请某一具体实施方式的正极极片的结构示意图；图10为本申请又一具体实施方式的正极极片的结构示意图；图11为本申请某一具体实施方式的负极极片的结构示意图；图12为本申请又一具体实施方式的负极极片的结构示意图；图13为本申请一次穿钉实验示意图；图14为电池1#和电池4#在一次穿钉实验后的温度变化曲线；图15为电池1#和电池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；103-正极保护层；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；203-负极保护层；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。下面对本申请实施例第一方面提出的集流体的结构和性能进行详细描述。本申请实施例涉及一种集流体，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，导电层位于绝缘层的至少一个表面上，且导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm，导电层的至少一个表面上设置有保护层。本申请实施例集流体中的绝缘层不导电，因此其电阻较大，可以提高电池在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，从而改善电池的安全性能，此外采用绝缘层代替传统的金属箔集流体还可以提高电池的重量能量密度。同时，本申请的集流体还包括绝缘层表面的具有保护层且具有特定厚度的导电层，该导电层一方面可以保证集流体能够为电极活性材料层提供电子，即起到导电和集流的作用，另一方面该特定的厚度可以进一步保证该集流体具有较大的电阻，从而保证电池具有良好的安全性能，且可以进一步保证电池具有较高的重量能量密度；第三，保护层还可以整体提高集流体的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还有效防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。[导电层]在本申请实施例集流体中，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm。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；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。在现有的锂离子电池中，当在异常情况下发生电池内短路时，瞬间产生大电流，并伴随着大量的短路产热，这些热量通常还会引发正极铝箔集流体处的铝热反应，进而使电池发生着火、爆炸等。在本申请实施例中，通过采用具有绝缘层支撑、且具有特定厚度的导电层的特殊集流体从而解决了上述技术问题。由于绝缘层不导电，因此本申请集流体的电阻较大，可以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，从而改善电池的安全性能。电池的内阻通常包括电池欧姆内阻和电池极化内阻，其中活性物质电阻、集流体电阻、界面电阻、电解液组成等均会对电池内阻产生较明显的影响。在异常情况下发生短路时，由于发生内短路，电池的内阻会大大降低。因此增大集流体的电阻，可增大电池短路后的内阻，由此改善电池的安全性能。导电层的厚度足以起到导电和集流的作用即可。如果导电层的厚度太小，则导电和集流的效果太差，电池极化会较大，也易在极片加工工艺等过程中发生破损；如果导电层的厚度太大，则会影响电池的重量能量密度，且会降低该集流体的电阻，从而不利于改善电池的安全性能。在本申请实施例中，导电层的厚度D2的上限可为2μm、1.8μm、1.5μm、1.2μm、1μm、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集流体，其特征在于，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，所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上，所述导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm；所述集流体还包括设置于所述导电层的至少一个表面上的保护层。

【技术特征摘要】
1.一种集流体，其特征在于，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，所述导电层位于所述绝缘层的至少一个表面上，所述导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm；所述集流体还包括设置于所述导电层的至少一个表面上的保护层。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，导电层的厚度为500nm≤D2≤1.5μm。3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，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。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≤20μm，优选为2μm≤D1≤10μm，更优选为2μm≤D1≤6μm。5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述绝缘层为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。6.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述集流体为正极集流体，所述正极集流体包括设置于所述导电层的背离所述绝缘层的一面上的保护层，且所述导电层的背离所述绝缘层的一面上的保护层的材料...

【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