本申请涉及复合集流体及包括其的复合极片及电化学装置。本申请的复合集流体包括中间层、第一金属层、第二金属层以及通孔。所述中间层具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一金属层设置在所述第一表面上且所述第二金属层设置在所述第二表面上。所述通孔贯穿所述中间层、所述第一金属层与所述第二金属层，其中所述通孔中填充电性绝缘的离子导体。本申请的复合集流体通过所述通孔提供了贯穿其内部结构且电性绝缘的离子通路，从而提高了电化学装置的电学性能。此外，使用所述复合集流体所制成的复合极片有助于在高极片压实密度和高正、负极活性物质涂布重量下保证正、负极活性物质的容量发挥，从而进一步提升了复合极片能量密度。
Composite collector, composite plate containing it and electrochemical device
【技术实现步骤摘要】
复合集流体与包含其的复合极片及电化学装置
本申请涉及储能
，尤其涉及复合集流体及包括其的复合极片及电化学装置。
技术介绍
锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高。集流体作为锂离子电池中的一个重要部件，具有将锂离子电池活性物质产生的电流汇集起来以形成较大的电流对外输出的功能。复合集流体的使用可进一步提高能量密度、提高韧性和延展率从而实现生产中的工艺优化、以及提高单位质量能量密度并提高安全性。为进一步提高电化学装置的电学性能，有必要对复合集流体进行进一步的优化。
技术实现思路
本申请提供一种复合集流体以及包含其的复合极片及电化学装置，以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。根据本申请的第一方面，本申请提供一种复合集流体，其包括中间层、第一金属层、第二金属层以及通孔。该中间层具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，该第一金属层设置在该第一表面上且该第二金属层设置在该第二表面上。该通孔贯穿该中间层、该第一金属层与该第二金属层，其中该通孔中填充电性绝缘的离子导体。由于通孔中填充了能够导通离子，同时保持电子绝缘的离子导体，该通孔能够形成联通上述复合集流体两侧的离子通路，以改善复合集流体的离子传导能力，进而提升其电学性能。根据本申请的一些实施例，通孔的孔径为约20μm至约3000μm，该通孔的平均孔密度为约1个/cm2至约100个/cm2，该通孔的平均孔面积比例为约0.001％至约30％。根据本申请的一些实施例，该第一金属层与该第二金属层选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合中的至少一种。根据本申请的一些实施例，该离子导体为固态电解质材料，或者为无机材料与粘结剂的混合物。根据本申请的一些实施例，该固态电解质材料选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚环氧乙烷(PEO)及其衍生物中的至少一种。根据本申请的一些实施例，该无机材料包括无机氧化物，该无机氧化物选自HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、勃姆石，氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂(Li3PO4)、锂钛磷酸盐(LixTiy(PO4)3，其中0<x<2且0<y<3)、锂铝钛磷酸盐(LixAlyTiz(PO4)3，其中0<x<2，0<y<1，且0<z<3)、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12，其中0≤x≤1且0≤y≤1、锂镧钛酸盐(LixLayTiO3，其中0<x<2且0<y<3)、锂锗硫代磷酸盐(LixGeyPzSw，其中0<x<4，0<y<1，0<z<1，且0<w<5)、锂氮化物(LixNy，其中0<x<4，0<y<2)、SiS2玻璃(LixSiySz，其中0≤x<3，0<y<2，且0<z<4)、P2S5玻璃(LixPySz，其中0≤x<3，0<y<3，且0<z<7)、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷、和石榴石陶瓷(Li3+xLa3M2O12，其中0≤x≤5，且M为Te、Nb、或Zr)中的至少一种。根据本申请的一些实施例，该粘结剂选自聚酰胺、聚胺酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、丙烯酸酯、海草酸钠(SA)、聚丙烯酸(PAA)、PVA、羧甲基壳聚糖、明胶、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚环氧乙烷(PEO)及其衍生物中的至少一种。根据本申请的一些实施例，该中间层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯，聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯、聚砜及其衍生物中的至少一种。根据本申请的第二方面，本申请提供了一种复合极片，其包括上述实施例中的复合集流体、正极活性物质层以及负极活性物质层，其中该正极活性物质层覆盖在该第一金属层上，该负极活性物质层覆盖在该第二金属层上。根据本申请的一些实施例，该通孔进一步贯穿该正极活性物质层以及该负极活性物质层。根据本申请的一些实施例，该复合极片进一步包括导电涂层，其中该导电涂层设置于以下两者中的至少一者：该正极活性物质层与该第一金属层之间及该负极活性物质层与该第二金属层之间。根据本申请的一些实施例，该导电涂层包括导电剂及聚合物，其中该导电剂选自碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、人造石墨、石墨烯、金属纳米线中的至少一种；以及该聚合物选自聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯，聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯、聚砜及其衍生物中的至少一种。根据本申请的第三方面，本申请提供了一种电化学装置，该电化学装置包含上述实施例中的复合极片。根据本申请的一些实施例，该电化学装置为锂离子电池。根据本申请的第四方面，本申请还提供了一种电子装置，该电子装置包含上述实施例中的电化学装置。本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。附图说明在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。图1A为根据本申请一些实施例中复合集流体的截面图。图1B为根据本申请一些实施例中复合集流体的俯视图。图2为根据本申请一些实施例中复合极片的截面图。图3为根据本申请一些实施例中形成通孔之前的复合极片的截面图。图4为根据本申请一些实施例中具有贯穿通孔的复合极片的截面图。具体实施方式本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合集流体，其包括：中间层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一金属层，其设置在所述第一表面上；第二金属层，其设置在所述第二表面上；以及通孔，所述通孔贯穿所述中间层、所述第一金属层与所述第二金属层，其中所述通孔中填充电性绝缘的离子导体。
【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其包括：中间层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一金属层，其设置在所述第一表面上；第二金属层，其设置在所述第二表面上；以及通孔，所述通孔贯穿所述中间层、所述第一金属层与所述第二金属层，其中所述通孔中填充电性绝缘的离子导体。2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述通孔的孔径为20μm-3000μm，所述通孔的平均孔密度为1个/cm2-100个/cm2，所述通孔的平均孔面积比例为0.001％-30％。3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一金属层与所述第二金属层各自独立地选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述离子导体为固态电解质材料，或者为无机材料与粘结剂的混合物。5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述固态电解质材料选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚环氧乙烷(PEO)及其衍生物中的至少一种。6.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述无机材料包括无机氧化物，所述无机氧化物选自HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、勃姆石，氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸锂(Li3PO4)、锂钛磷酸盐(LixTiy(PO4)3，其中0<x<2且0<y<3)、锂铝钛磷酸盐(LixAlyTiz(PO4)3，其中0<x<2，0<y<1，且0<z<3)、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12，其中0≤x≤1且0≤y≤1、锂镧钛酸盐(LixLayTiO3，其中0<x<2且0<y<3)、锂锗硫代磷酸盐(LixGeyPzSw，其中0<x<4，0<y<1，0<z<1，且0<w<5)、锂氮化物(LixNy，其中0<x<4，0<y<2)、SiS2玻璃(LixSiySz，其中0≤x<3，0<y<2，且0<z<4)、P2S5玻璃(LixPySz，其中0≤x<3，0<y<3，且0<z<7)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张益博，李翔，王斌，胡乔舒，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35
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