CN117832508A - 集流体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集流体，包括：支撑层、电流汇聚层、补锂层以及导电层，其中，支撑层，设置为承载电流汇聚层和补锂层；电流汇聚层，设置在支撑层上，设置为汇聚电流；补锂层，设置在支撑层上，且与电流汇聚层相互接触，设置为为集流体所属的锂电池补充锂；导电层，设置在补锂层与支撑层之间，设置为与电流汇聚层接触，以便保护电流汇聚层。本发明解决了现有技术中的复合集流体不能防止集流体上面的铜被腐蚀，且不能补锂的技术问题。

Description

集流体

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种集流体。

背景技术

铜复合集流体在电池中一般作为负极，但是当前的负极集流体不能防止集流体上的电流汇聚层被腐蚀，且没办法补锂，导致电池循环性能下降。

针对相关技术中复合集流体不能防止集流体上的电流汇聚层被腐蚀，且不能补锂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种集流体，以解决现有技术中的复合集流体不能防止集流体上的电流汇聚层被腐蚀，且不能补锂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种集流体，包括：支撑层、电流汇聚层、补锂层以及导电层，其中，支撑层，设置为承载电流汇聚层和补锂层；电流汇聚层，设置在支撑层上，设置为汇聚电流；补锂层，设置在支撑层上，且与电流汇聚层相互接触，设置为为集流体所属的锂电池补充锂；导电层，设置在补锂层与支撑层之间，设置为与电流汇聚层接触，以便保护电流汇聚层。

可选地，补锂层设置在电流汇聚层的两个表面上，或者电流汇聚层设置在补锂层的两个表面上。

可选地，补锂层的材质为锂和非金属元素组成的锂合金。

可选地，非金属元素为非金属导电元素。

可选地，导电层的材质与电流汇聚层的材质相同，或者导电层的材质与电流汇聚层的材质不同。

可选地，导电层的材质的电位低于电流汇聚层的材质的电位，且高于锂的电位。

可选地，电流汇聚层的材质包括以下之一：铜以及铜合金；导电层的材质包括以下之一：铜、铜合金、铁、铬、镉、硒、铅以及钛。

可选地，导电层与补锂层的厚度之和与电流汇聚层的厚度相同。

可选地，支撑层的材质为绝缘材料。

可选地，支撑层的材质包括以下之一：聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、及聚对苯二甲酰对苯二胺，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、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、硅橡胶以及聚碳酸酯。

在本发明中，提供了一种集流体，包括：支撑层、电流汇聚层、补锂层以及导电层，其中，支撑层，设置为承载电流汇聚层和补锂层；电流汇聚层，设置在支撑层上，设置为汇聚电流；补锂层，设置在支撑层上，且与电流汇聚层相互接触，设置为为集流体所属的锂电池补充锂；导电层，设置在补锂层与支撑层之间，设置为与电流汇聚层接触，以便保护电流汇聚层。通过在集流体的支撑层上设置导电层和补锂层，从而实现了保护电流汇聚层，防止集电流汇聚层被腐蚀，且可以持续为电池补锂的技术效果，进而解决了现有技术中的复合集流体不能防止集流体上的电流汇聚层被腐蚀，且不能补锂的技术问题。

本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a是根据本发明实施例的一种集流体的结构示意图；

图1b是与图1a所示集流体对应的侧视图；

图2a是根据本发明实施例的另一种集流体的俯视图；

图2b是与图2a所示集流体对应的侧视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了更好地理解本申请实施例，以下将本申请实施例中涉及的技术术语解释如下：

集流体：是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要是指金属箔，如铜箔、铝箔。

在相关技术中，复合集流体不能防止集流体上的电流汇聚层被腐蚀，且不能补锂，因此，存在电池循环性能下降问题。为了解决该问题，本申请实施例中提供了相关的解决方案，通过在集流体的支撑层上设置导电层和补锂层，从而实现了保护电流汇聚层，防止集电流汇聚层被腐蚀，且可以持续为电池补锂的技术效果，以下详细说明。

本发明实施例提供的集流体包括：支撑层10、电流汇聚层12补锂层14以及导电层16，其中，

支撑层10，设置为承载电流汇聚层12和补锂层14。

在本发明的实施例中，支撑层10为高分子材料支撑层，在高分子材料支撑层上设置有电流汇聚层12和补锂层14，电流汇聚层12和补锂层14相互接触。

电流汇聚层12，设置在支撑层10上，设置为汇聚电流。

电流汇聚层可以为任何可以汇聚电流的材料，在本发明的实施例中，电流汇聚层12的材质铜金属，因为本发明实施例中的集流体为铜集流体。

补锂层14，设置在支撑层10上，且与电流汇聚层12相互接触，设置为为集流体所属的锂电池补充锂。

当本发明实施例中的上述集流体用于电池中时，可以起到给电池补充锂的作用，此种作用不会破坏集流体表面铜金属的导电性能和集流体的结构。同时，铜集流体的表面氧化是从铜的边缘开始氧化，进而扩散到中间的，采用以上方式，也可也避免表面氧化，进而减少色差。进一步的，电池电解液中的六氟磷酸锂(LiPF6)由于电池升温会自催化分解产生氟离子，而氟离子在电解液中会和氢离子结合形成氟化氢，进而腐蚀上面提到的铜金属，破坏掉铜集流体，而通过在集流体中设置补锂层，补锂层会优先和氟化氢发生化学反应，消耗氟化氢，进而防止集流体中的铜金属受到破坏。

导电层16，设置在补锂层14与支撑层10之间，设置为与电流汇聚层12接触，以便保护电流汇聚层12。

需要说明的是，导电层16的材料是比电流汇聚层12的材料电位低的金属材料，导电层16的材料和电流汇聚层12的材料接触可以防止电流汇聚层12的材料发生腐蚀，进而起到对电流汇聚层12的保护作用。

根据本发明的一个可选的实施例，补锂层14可以设置在电流汇聚层12的两个表面上，或者电流汇聚层12设置在补锂层14的两个表面上。

图1a是根据本发明实施例的一种集流体的俯视图，图1b是与图1a所示集流体对应的侧视图，如图1a和图1b所示，集流体的结构可以为电流汇聚层12和补锂层14位于支撑层10的上下表面，并且电流汇聚层12在中间，补锂层14位于电流汇聚层12的两侧，与电流汇聚层12接触。

图2a是根据本发明实施例的另一种集流体的俯视图，图2b是与图2a所示集流体对应的侧视图，如图2a和图2b所示，集流体的结构可以为电流汇聚层12和补锂层14位于支撑层10的上下表面，并且补锂层14在中间，电流汇聚层12位于补锂层14的两侧，与补锂层14接触。

通过在集流体的支撑层上设置导电层和补锂层，从而实现了保护电流汇聚层，防止集电流汇聚层被腐蚀，且可以持续为电池补锂的技术效果。

根据本发明的一个可选的实施例，补锂层14的材质为锂和非金属元素组成的锂合金。

补锂层14的材质为锂合金，包括但不限于锂碳合金、锂硅合金等锂和非金属元素组成的合金。采用锂和非金属元素构成的合金的好处是，其可以减缓补锂层的损耗，防止后续涂布的活性材料脱落。

优选地，上述非金属元素为非金属导电元素。

在本发明的实施例中，锂合金中的非金属材料优选为可以导电的材料，比如碳、硅等，可以提高补锂层的导电性能。

在本发明的实施例中，补锂层14可以通过磁控溅射或者真空蒸镀形成在支撑层10上或者通过涂敷等方式形成在支撑层10上。

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

磁控溅射原理，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长。

真空蒸镀，简称蒸镀，是指在真空条件下，采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料(膜料)并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法。蒸镀是使用较早、用途较广泛的气相沉积技术，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。

真空蒸镀工艺一般包括基片表面清洁、镀膜前的准备、蒸镀、取件、镀后处理、检测、成品等步骤。

1)基片表面清洁，真空室内壁、基片架等表面的油污、锈迹、残余镀料等在真空中易蒸发，直接影响膜层的纯度和结合力。镀前必须清洁干净。

2)镀前准备，镀膜室抽真空到合适的真空度，对基片和镀膜材料进行预处理。加热基片，其目的是去除水分和增强膜基结合力。在高真空下加热基片，能够使基片的表面吸附的气体脱附。然后经真空泵抽气排出真空室，有利于提高镀膜室真空度、膜层纯度和膜基结合力。然后达到一定真空度后，先对蒸发源通以较低功率的电，进行膜料的预设或者预熔，为防止蒸发到基板上，用挡板遮盖住蒸发源及源物质，然后输入较大功率的电，将镀膜材料迅速加热到蒸发温度，蒸镀时再移开挡板。

3)蒸镀，在蒸镀阶段要选择合适的基片温度、镀料蒸发温度外，沉积气压是一个很重要的参数。沉积气压即镀膜室的真空度高低，决定了蒸镀空间气体分子运动的平均自由程和一定蒸发距离下的蒸气与残余气体原子及蒸气原子之间的碰撞次数。

4)取件，膜层厚度达到要求以后，用挡板盖住蒸发源并停止加热，但不要马上导入空气。

根据本发明的另一个可选的实施例，导电层16的材质与电流汇聚层12的材质相同，或者导电层16的材质与电流汇聚层12的材质不同。

在本发明的实施例中，导电层16的材质可以与电流汇聚层12的材质一致，也可以与电流汇聚层12的材质不一致。优选为比电流汇聚层12材料的电位低的金属材料，导电层16的材料和电流汇聚层12的材料接触可以防止电流汇聚层12的材料发生腐蚀，进而起到对电流汇聚层12的保护作用。

在本发明的一些可选的实施例中，导电层16的材质的电位低于电流汇聚层12的材质的电位，且高于锂的电位。

导电层16的材料的电位优选低于电流汇聚层12的材料的电位，同时高于锂金属材料的电位，这样可以保证锂离子的释放。

作为本发明的一个可选的实施例，电流汇聚层12的材质包括以下之一：铜以及铜合金；导电层16的材质包括以下之一：铜、铜合金、铁、铬、镉、硒、铅以及钛。

电流汇聚层12可以为任何可以汇聚电流的材料。例如，电流汇聚层12的材料可以为铜、铜合金等。

导电层16的材料可以为铜、铜合金、铁、铬、镉、硒、铅、钛等。锂的电位为-3.0401，铜的电位为+0.342V，也就是导电层16材料的电位在-3.0401和+0.342V之间就可以满足要求，在本发明实施例中不做具体限定。

根据本发明的另一个可选的实施例，导电层16与补锂层14的厚度之和与电流汇聚层12的厚度相同。

本发明保护两种产品，一种就是在高分子材料支撑层上间隔设置补锂材料和电流汇聚材料，此时，补锂层14和电流汇聚层12的厚度需一致，比如补锂层14的厚度可以为10nm-2um,那么电流汇聚层12的厚度也应为10nm-2um，例如，补锂层14的厚度可以为100nm,那么电流汇聚层12的厚度也应为100nm。

电流汇聚层12和补锂层14的厚度一致，可以确保在最终成品卷绕运输时，不会出现卷曲。同时，在后续涂布辊压工艺时，也容易涂布均匀。

另一种就是在高分子材料支撑层上间隔设置有补锂材料和电流汇聚材料，但是补锂材料下方、高分子材料支撑层上方设置有导电材料，此时，导电层16和补锂层14的厚度加起来等于电流汇聚层12的厚度。同样也是为了确保在最终成品卷绕运输时，不会出现卷曲。

在本发明的一些可选的实施例中，支撑层10的材质为绝缘材料。

本发明实施例中的高分子材料支撑层可以为任何的塑料薄膜，比如可以为聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、及聚对苯二甲酰对苯二胺，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、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、硅橡胶以及聚碳酸酯中的至少一种。

本发明实施例中的高分子材料支撑层的厚度为3-8um，用以承载铜金属层、补锂层、锂合金层和打底层等。由于这些层需要采用真空镀膜，如磁控溅射或者蒸发镀膜，或者水电镀膜，均需要在辊子上面铺开走动，都需要承受一定的拉力，因而高分子材料支撑层不易过薄，过薄容易使得高分子材料支撑层断裂。同时也不能太厚，太厚则增大铜集流体的体积和质量，减少电池能量密度和提高成本。

本发明提供的集流体还包括：打底层，设置在电流汇聚层与支撑层之间，设置为提高电流汇聚层与支撑层之间的结合力。

在铜金属层下还可以设置有其他材料，比如可以为提高铜金属层与高分子基材层结合力的打底层，打底层可以为铜合金层，如镍铜合金、钛铜合金或者其他铝合金、铬合金、钛合金或者不是金属，而是氮化铝、碳化铝、氮化硅、氧化铝等。

本发明实施例提供的集流体在应用于电池中后，可以防止集流体上面的电流汇聚层材料被腐蚀，且可以持续为电池补锂。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，包括：支撑层、电流汇聚层、补锂层以及导电层，其中，所述支撑层，设置为承载所述电流汇聚层和所述补锂层；

所述电流汇聚层，设置在所述支撑层上，设置为汇聚电流；

所述补锂层，设置在所述支撑层上，且与所述电流汇聚层相互接触，设置为为集流体所属的锂电池补充锂；

所述导电层，设置在所述补锂层与所述支撑层之间，设置为与所述电流汇聚层接触，以便保护所述电流汇聚层。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述补锂层设置在所述电流汇聚层的两个表面上，或者所述电流汇聚层设置在所述补锂层的两个表面上。

3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述补锂层的材质为锂和非金属元素组成的锂合金。

4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述非金属元素为非金属导电元素。

5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电层的材质与所述电流汇聚层的材质相同，或者所述导电层的材质与所述电流汇聚层的材质不同。

6.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电层的材质的电位低于所述电流汇聚层的材质的电位，且高于锂的电位。

7.根据权利要求5或6所述的集流体，其特征在于，

所述电流汇聚层的材质包括以下之一：铜以及铜合金；

所述导电层的材质包括以下之一：铜、铜合金、铁、铬、镉、硒、铅以及钛。

8.根据权利要求5或6所述的集流体，其特征在于，

所述导电层与所述补锂层的厚度之和与所述电流汇聚层的厚度相同。

9.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述支撑层的材质为绝缘材料。

10.根据权利要求1或9所述的集流体，其特征在于，所述支撑层的材质包括以下之一：聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、及聚对苯二甲酰对苯二胺，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、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、硅橡胶以及聚碳酸酯。