一种集流体，其极片和电化学装置制造方法及图纸

本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种集流体，包括支撑层、导电层及导电材料，所述导电层位于所述支撑层的两个表面上，所述集流体中设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，所述孔中填充有所述导电材料。根据本申请的集流体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。

A collector, its plate and electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
一种集流体，其极片和电化学装置
本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种集流体，其极片和电化学装置。
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。已有技术中有采用具有树脂层两面复合有金属层的多层结构的集流体，由于树脂层不导电，从而增大了集流体的电阻，进而可改善电池的安全问题。然而这种复合集流体的导电性能较差。因此，有必要提供一种安全性能高且导电性能良好的复合集流体。
技术实现思路
鉴于此，本申请提出一种集流体，其极片和电化学装置。第一方面，本申请提出一种集流体；包括支撑层和导电层，所述导电层位于所述支撑层的两个表面上，所述集流体中设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，所述孔中填充有导电材料。第二方面，本申请提出一种极片，包括第一方面的集流体和形成于所述集流体至少一个表面的电极活性材料层。第三方面，本申请提出一种电化学装置，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：相对于传统的金属集流体来说，根据本申请的集流体中的支撑层的电阻较大(优选绝缘高分子材料或绝缘高分子复合材料)，因此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。若导电层仅设置在支撑层的两个表面的话，则电子仅会在平面方向进行传导；而在根据本申请的集流体中，电子不仅可以通过支撑层表面的导电层进行传导，还可以通过导电材料进行传导，即增加了多个“并联电路”，从而可以在集流体中形成立体的、多点位的导电网络，大大改善该复合集流体的导电性能，减小极片和电池的极化，改善电池的高倍率充放电性能、循环寿命等电化学性能。此外，集流体设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，从而可以便于导电层释放应力，进而明显改善导电层与支撑层之间的结合力；孔的设置可便于电解液的通过，改善基于该集流体的极片的电解液浸润性，进而减小极片和电池的极化，改善电池的高倍率充放电性能、循环寿命等电化学性能。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俯视图；图2为图1所示正极集流体的剖视图；图3为图1所示正极集流体的立体剖视图；图4为本申请某一具体实施方式的负极集流体的俯视图；图5为图4所示的负极集流体的视图；图6为图4所示负极集流体的立体剖视图；图7为本申请某一具体实施方式的正极极片的剖视图；图8为本申请另一具体实施方式的正极极片的剖视图；图9为本申请某一具体实施方式的负极极片的剖视图；图10为本申请穿钉实验示意图(孔未示出)；其中：1-正极极片；10-正极集流体；101-正极支撑层；102-正极导电层；103-正极导电材料；11-正极活性材料层；201-孔2-负极极片；20-负极集流体；201-负极支撑层；202-负极导电层；203-正极导电材料；21-负极活性材料层；401-孔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。一种集流体，包括支撑层和导电层，所述导电层位于所述支撑层的两个表面上，所述集流体中设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，所述孔中填充有导电材料。位于所述支撑层的两个表面上的所述导电层与所述填充在所述孔中的导电材料部分或全部相互连接。所述支撑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。相对于传统的金属集流体来说，根据本申请的集流体中的支撑层的电阻较大(优选绝缘高分子材料或绝缘高分子复合材料)，因此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。若导电层仅设置在支撑层的两个表面的话，则电子仅会在平面方向进行传导；而在根据本申请的集流体中，电子不仅可以通过支撑层表面的导电层进行传导，还可以通过导电材料进行传导，即增加了多个“并联电路”，从而可以在集流体中形成立体的、多点位的导电网络，大大改善该复合集流体的导电性能，减小极片和电池的极化，改善电池的高倍率充放电性能、循环寿命等电化学性能。此外，集流体设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，从而可以便于导电层释放应力，进而明显改善导电层与支撑层之间的结合力；孔的设置可便于电解液的通过，改善基于该集流体的极片的电解液浸润性，进而减小极片和电池的极化，改善电池的高倍率充放电性能、循环寿命等电化学性能。孔的孔径为0.001mm-3mm，在该范围内，不仅易于导电材料的填充，具有改善安全、改善极化等效果，也使集流体更易于加工，不易在加工过程中产生断带等现象。基于位于所述支撑层的表面上的导电层的整个表面，孔的面积占比0.01％-10％。在该范围内，不仅易于导电材料的填充，具有改善安全、改善极化等效果，也使集流体更易于加工，不易在加工过程中产生断带等现象孔与孔之间的间距为0.2mm-5mm。所述间距可以为等间距或者所述范围内的多间距分布。优选等间距分布。孔的形状可以为平行四边形、类平行四边形、圆形、类圆形、椭圆形、类椭圆形中的一种。填充有导电材料后的所述孔的孔径为0或不大于50μm。当填充有导电材料后的所述孔的孔径为0时，即所述孔中全部充满导电材料时，集流体的导电性能可得到有效的改善。当填充有导电材料后的所述孔的孔径为大于0且不大于50μm时，即所述孔在填充有导电材料后，在中间还留有小孔，小孔的孔径为大于0且不大于50μm。此时，一方面，中间的小孔有利于导电层释放应力，从而改善导电层与支撑层之间的结合力；另一方面，可便于电解液的通过，改善基于该集流体的极片的电解液浸润性，进而减小极片和电池的极化，改善电池的高倍率充放电性能、循环寿命等电化学性能。然而若填充有导电材料后的所述孔的孔径过大，则易于在极片制作过程中，产生“漏浆料”的现象。因此优选不大于35μm。[支撑层]在本申请实施例的集流体中，支撑层主要起到支撑和保护导电层的作用，其厚度为D1，D1满足1μm≤D1≤20μm，在该范围内，既不会降低使用该集流体的电池的体积能量密度，也不易在极片加工工艺等过程中发生断裂。其中，支撑层的厚度D1的上限可为20μm、15μm、12μm、10μm、8μm，支撑层的厚度D1的下限可为1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm；支撑层的厚度D1的范围可由上限或下限的任意数值组成。优选的，2μm≤D1≤10μm；更优选2μm≤D1≤6μm。所述支撑层的材料选自绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种；绝缘高分子材料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集流体，包括支撑层、导电层及导电材料，其特征在于，所述导电层位于所述支撑层的两个表面上，所述集流体中设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，所述孔中填充有所述导电材料。

【技术特征摘要】
1.一种集流体，包括支撑层、导电层及导电材料，其特征在于，所述导电层位于所述支撑层的两个表面上，所述集流体中设置有多个贯穿所述支撑层及所述导电层的孔，所述孔中填充有所述导电材料。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述孔的孔径为0.001mm-3mm；基于位于所述支撑层的表面上的导电层的整个表面，所述孔的面积占比为0.01％-10％；孔与孔之间的间距为0.2mm-5mm；孔的形状为平行四边形、类平行四边形、圆形、类圆形、椭圆形、类椭圆形中的一种。3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，填充有导电材料后的所述孔的孔径为0或不大于50μm。4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电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。5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为D2，D2满足：30nm≤D2≤3μm，优选的300nm≤D2≤2μm，更优选的，500nm≤D2≤1.5μm。6.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述支撑层的厚度为D1，D1满足：1μm≤D1≤20μm，优选为2μm≤D1≤10μm，更优选为2μm≤D1≤6μm。7.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述支撑层的材料选自绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁成都，黄华锋，黄起森，刘欣，
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