一种集流体、极片以及锂电池制造技术

一种集流体、极片以及锂电池，属于锂电池领域。集流体为多层叠置的复合结构，且集流体包括片状的支撑层、功能层。其中，前述的功能层分别以直接接触的方式设置在所述支撑层的表面。干燥的支撑层浸泡在电解液中的溶胀尺寸变化在0％

The utility model relates to a current collector, a pole piece and a lithium battery

【技术实现步骤摘要】
一种集流体、极片以及锂电池


[0001]本申请涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种集流体、极片以及锂电池。

技术介绍

[0002]目前，锂电池被广泛地应用。能量密度是一个衡量其性能的重要因素。在各种研究提高其能量密度的方案中，通过支撑层/功能层多层复合的超薄复合集流体可大幅度降低锂电池集流体重量与厚度，从而提高整个电芯的能量密度。
[0003]然而，目前基于这样的集流体的锂电池普遍存在寿命缺陷。
[0004]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]为改善、甚至解决基于多层复合的超薄复合集流体的锂电池寿命短的问题，本申请提出了一种集流体、极片以及锂电池。
[0006]本申请是这样实现的：
[0007]在第一方面，本申请的示例提供了一种多层叠置的复合结构的集流体。集流体包括片状的支撑层、功能层。其中，该功能层直接接触的方式设置在支撑层的表面。其中干燥的支撑层浸泡在60℃的电解液中的溶胀尺寸变化在0％
‑
1.2％。
[0008]溶胀尺寸变化是指：支撑层材料对应的薄膜(干燥的)在60℃的电解液中浸泡48h前后的尺寸的变化值(浸泡后薄膜的周长平均值减去浸泡前周长平均值)与浸泡前周长平均值的比值。
[0009]由于在上述的集流体中，支撑层溶胀特性被控制，从而使得在锂电池服役阶段，支撑层和功能层的溶胀尺寸变化一致性更高。因此，两者不容易彼此分离，从而有助于提高集流体和电芯的使用寿命。另外，由于集流体中的各层之间不容易分离，因此，可以避免附着于其上的活性材料从集流体的表面脱落，进而避免脱落的活性材料颗粒对锂电池隔膜的穿刺伤害，起到避免锂电池内部短路的效果。
[0010]根据本申请的一些示例，干燥的集流体浸泡在60℃的电解液中的溶胀尺寸变化在0％
‑
0.5％。
[0011]其中的溶胀尺寸变化是指：集流体材料对应薄膜(干燥的)在60℃的电解液浸泡48h前后的尺寸的变化值(浸泡后薄膜的周长平均值减去浸泡前周长平均值)与浸泡前周长平均值的比值。
[0012]根据本申请的一些示例，功能层位于支撑层的至少一个面上。
[0013]根据本申请的一些示例，功能层完全覆盖支撑层的表面。
[0014]根据本申请的一些示例，支撑层是非金属材料。
[0015]根据本申请的一些示例，功能层为导电材料。
[0016]在第二方面，本申请的示例提供了一种极片，其包括前述的集流体以及膜片，并且该膜片以直接接触的方式设置在集流体的功能层的表面。
[0017]根据本申请的一些示例，膜片部分覆盖功能层的表面。
[0018]根据本申请的一些示例，膜片的数量为两个且对称地分布于集流体的支撑层两侧。
[0019]根据本申请的一些示例，极片为正极极片或负极极片。
[0020]在第三方面，本申请示例提供了一种锂电池，其包括正极、隔膜、负极以及电解液。并且，其中的正极和/或负极包括前述的集流体或前述的极片。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]图1为本申请示例中的极片的结构示意图；
[0023]图2示出了本申请示例中的极片的功能层的厚度示意图；
[0024]图3为本申请示例中的另一种极片的结构示意图。
[0025]图标：101
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支撑层；102
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功能层；103
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膜片；120
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第一功能层；130
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第二功能层；121
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第一粘接层；131
‑
第二粘接层。
具体实施方式
[0026]相关从业者在改善锂电池性能方面做出了众多的尝试，其中提高锂电池的能量密度是一种重要的研究方向。而改善锂电池的能量密度可以从多个角度出发，例如调整锂电池结构、优化电极材料、电解质等等。
[0027]目前，一种通过优化锂电池中的集流体的方案被提出。其提出通过制作一种超薄的复合集流体，从而大幅度降低锂电池集流体重量与厚度，提高整个电芯的能量密度。然而，在这些实践中，虽然可以对锂电池的能量密度起到一定的改善作用，但是，其锂电池的服役寿命却通常表现不佳。
[0028]因此，有必要对上述方案进行优化，以便在改善锂电池的能量密度的同时，还能够改善或者至少不能过度牺牲其服役时间(使用寿命)。
[0029]经过实践，专利技术人意外发现，导致上述问题—超薄的多层复合集流体引起锂电池寿命缩短—的主要原因在于：
[0030]超薄的多层复合集流体中的支撑层和功能层发生了相互分离，并且由于两者的分离，进一步使得附着于其上的膜片(活性材料构成)从集流体上脱落而进入到锂电池的电解液中。膜片脱落到电解液中会对隔膜穿刺伤害，使得正负极短路风险的发生机率大大增加，从而导致锂电池损坏。
[0031]上述的问题，在多层复合的超薄集流体中的支撑层选择为非金属材料，而功能层为金属材料时(即支撑层和功能层选择不同类型的材料)表现的尤为突出。
[0032]有鉴于上述之认识，专利技术人认为解决上述问题的关键在于，避免集流体中的支撑层和功能层的分离。那么，如何避免集流体分离就成为一个难点。
[0033]专利技术人研究发现，上述分离的原因在于：
[0034]集流体的厚度(总厚度以及各个结构层的厚度)很薄，并且其还是多层复合结构，因此，在电解液中溶胀导致的溶胀尺寸变化就成为了一个不能忽视的问题。同时，由于其厚度小、强度弱，小的溶胀差异也可能导致集流体功能层撕裂、分离。
[0035]因此，抑制集流体中多层的分离的关键在于，使各层结构的溶胀尺寸相匹配，例如溶胀尺寸变化完全一致或接近。在本申请中，专利技术人提出通过将集流体中的支撑层和功能层的溶胀尺寸限制在选定的数值范围内(尤其是将支撑层的溶胀尺寸限制在选定的数值范围内)，以达到改善集流体因溶胀而发生层状结构分离的问题。
[0036]图1示出了一种基于前述原理所改进的集流体的极片，其中集流体位于两侧的膜片(活性材料)之间。极片和膜片将在后文中进行详述，在此不作具体详述。
[0037]参阅图1，示例中，集流体为三层结构，包括支撑层101和分布于其两侧的功能层102。并且，特别地，支撑层101的膨胀特性和功能层102的膨胀特性相互匹配。其中的膨胀特性匹配主要是指在电解液中的浸泡后的尺寸变化情况。
[0038]例如，将干燥的支撑层浸泡在60℃的电解液中的溶胀尺寸变化在0％
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1.2％。溶胀尺寸变化例如可通过下述方式获得:将干燥的支撑层材料对应的10cm(长)
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10cm(宽)正方形薄膜，浸泡在60℃的电解液。浸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集流体，其特征在于，所述集流体为多层叠置的复合结构，所述集流体包括：片状的支撑层；功能层，以直接接触的方式设置在所述支撑层的表面；干燥的所述支撑层浸泡在60℃的电解液中的溶胀尺寸变化在0％
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1.2％。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，干燥的所述集流体浸泡在60℃的电解液中的溶胀尺寸变化在0％
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0.5％。3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述功能层位于所述支撑层的至少一个面上。4.根据权利要求1或3所述的集流体，其特征在于，所述功能层完全覆盖所述支撑层的表面。5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：文佳琪，赵倩，张芹，廖林萍，
申请(专利权)人：厦门海辰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：