集流体结构及锂电池制造技术

本实用新型专利技术提供了一种集流体结构及锂电池。集流体结构包括：基材层、设置在基材层至少一侧的多孔金属层，多孔金属层包括基体和设置在基体上的多个依次布置的安装孔，集流体结构还包括亲锂层，亲锂层设置在多孔金属层和基材层之间，以使多孔金属层、亲锂层和基材层沿预设方向叠置，或者，至少一个安装孔内设置有亲锂层。本实用新型专利技术的集流体结构不仅可以为锂沉积提供大量的容纳体积，诱导锂离子均匀形核，防止枝晶的滋生；同时可以缓解负极材料的体积应变和增加涂料层与集流体结构的接触面积，可有效降低其接触内阻并增强其粘结能力，从而提高锂电池性能的稳定性。高锂电池性能的稳定性。高锂电池性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
集流体结构及锂电池


[0001]本技术涉及锂电池
，具体而言，涉及一种集流体结构及锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。当发生一些异常状况并造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极时，锂离子就会在负极表面析出，形成一层灰色的物质。
[0003]析锂的原因可分成五大类：
①
负极余量不够造成的析锂；
②
充电机制造成的析锂；
③
嵌锂路径异常造成的析锂；
④
主材异常造成的析锂；
⑤
特殊原因造成的固定位置析锂等。此外，脱嵌的金属锂可能会形成锂枝晶。一方面SEI膜的不断破损和修复，固液界面难以维持稳定，金属锂和电解质之间的反应，降低了电池的效率以及循环寿命；另一方面，负极表面不均匀致使锂离子和电子在界面分布出现异常，锂金属难以均匀沉积。枝晶可能会刺穿隔膜，导致电池内部短路，使电池失效或引发安全事故。
[0004]铜基集流体本身具有憎锂特性，会表现出较大的成核过电势，不利于锂的均匀沉积。现有的二维平面负极片在脱嵌锂过程中无法容纳多余的锂，而且负极片表面没有亲锂层，导致体积膨胀明显且电池性能不稳定。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种集流体结构及锂电池，以解决现有技术中的因负极片表面未设置亲锂层易导致电池性能不稳定的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种集流体结构，集流体结构包括基材层、设置在基材层至少一侧的多孔金属层，多孔金属层包括基体和设置在基体上的多个依次布置的安装孔，集流体结构还包括亲锂层，亲锂层设置在多孔金属层和基材层之间，以使多孔金属层、亲锂层和基材层沿预设方向叠置，或者，至少一个安装孔内设置有亲锂层。
[0007]进一步地，基材层的相对两侧均设有多孔金属层。
[0008]进一步地，至少一个多孔金属层和基材层之间布置有亲锂层。
[0009]进一步地，多孔金属层和基材层之间以及安装孔内均设有一层或至少两层亲锂层。
[0010]进一步地，当安装孔内设有亲锂层时，亲锂层附着在安装孔的周向侧壁和/或底壁。
[0011]进一步地，基材层的厚度为0.1μm至10μm；或者，亲锂层的厚度为5nm至1000nm；或者，多孔金属层的厚度为0.1μm至20μm。
[0012]进一步地，安装孔为圆孔或者多边形孔。
[0013]进一步地，安装孔为圆孔，圆孔的孔径为0.01μm至5μm。
[0014]进一步地，相邻两个安装孔的孔间距为0.1μm至500μm，安装孔的深度为0.01μm至
15μm。
[0015]进一步地，安装孔为盲孔或贯通多孔金属层的通孔。
[0016]进一步地，基材层的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对萘二甲酸乙二醇酯中的一种；或者，多孔金属层的材料为铜、锡、锌、镍、铝、钛、银、铁、镁、钴、金和锰中的一种；或者，亲锂层材料为Zn、Ag、Al、Mg、Sn、Au、MnO2、Co3O4、ZnO、Al2O3、TiO2、SnO2、TiS2、MoS2、ZnS、CuS、NiS Ni3N和Li3N中的一种。
[0017]根据本技术的另一方面，还提供了一种锂电池，锂电池包括上述的集流体结构。
[0018]应用本技术的技术方案，具有安装孔的多孔金属层不仅可以为锂沉积提供大量的容纳体积，诱导锂离子均匀形核，防止枝晶的滋生；同时可以缓解负极材料的体积应变和增加涂料层与集流体结构的接触面积，可有效降低其接触内阻并增强其粘结能力。此外，亲锂层附着于安装孔之中，可以使锂充分浸润到孔隙内部，合理利用孔隙体积。同时，亲锂型材料的引入能够实现锂金属定向沉积，有利于金属锂的均匀沉积，从而确保电池具有稳定的性能。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1示出了根据本技术的集流体结构的实施方式一的结构示意图；
[0021]图2示出了根据本技术的集流体结构的实施方式二的结构示意图；
[0022]图3示出了根据本技术的集流体结构的实施方式三的结构示意图；
[0023]图4示出了根据本技术的集流体结构的实施方式四的结构示意图；
[0024]图5示出了根据本技术的集流体结构的多孔金属层的一种实施例的结构示意图；以及
[0025]图6示出了根据本技术的集流体结构的多孔金属层的另一种实施例的结构示意图。
[0026]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0027]1、基材层；2、亲锂层；3、多孔金属层。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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技术。
[0029]本技术及本技术的实施例中，该集流体结构主要应用于电极片的负极。至少两层指的是两层或者两层以上，且本申请的集流体结构为多孔复合结构，下面结合附图进行详细说明：
[0030]具体实施方式一：
[0031]如图1所示，集流体结构包括基材层1、设置在基材层1的相对两侧的多孔金属层3，多孔金属层3包括基体和设置在基体上的多个依次布置的安装孔，集流体结构还包括亲锂
层2，多个安装孔内均设置有亲锂层2。
[0032]上述设置中，多孔金属层3不仅可以为锂沉积提供大量的容纳体积，诱导锂离子均匀形核，防止枝晶的滋生。同时可以缓解负极材料的体积应变和增加涂料层与集流体的接触面积，可有效降低其接触内阻并增强其粘结能力。此外，亲锂层2附着于多孔金属层和基材层构造的安装孔之中，可以使锂充分浸润到孔隙内部，合理利用孔隙体积。同时，亲锂型材料的引入能够实现锂金属定向沉积，有利于金属锂的均匀沉积。构建更加功能化的亲锂型多孔复合集流体取代传统的平面铜集流体，可实现金属锂的均匀沉积和缓解枝晶刺穿隔膜造成的安全问题，提高其电导率和结构稳定性，促进锂离子电池表现出更高的库伦效率和更长的循环寿命。
[0033]具体地，上述安装孔为通孔，一层或者两层亲锂层2附着于与安装孔对应的基材层1的表面。亲锂型材料的引入能够实现锂金属定向沉积，使锂充分浸润到孔隙的底部，防止其在负极表面析锂或形成锂枝晶刺穿隔膜。
[0034]在本技术的另一个实施例中，上述安装孔也可以为盲孔。当上述安装孔为盲孔时，安装孔的孔深度为0.01μm至15μm。这样，不仅可以为锂沉积提供大量的容纳空间，诱导锂离子均匀形核，防止枝晶的滋生；而且可以使锂充分浸润到孔隙内部，合理利用孔隙体积。
[0035]在一个可选的实施例中，基材层1的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚对苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集流体结构，其特征在于，所述集流体结构包括基材层(1)、设置在所述基材层(1)至少一侧的多孔金属层(3)，所述多孔金属层(3)包括基体和设置在所述基体上的多个依次布置的安装孔，所述集流体结构还包括亲锂层(2)，所述亲锂层(2)设置在所述多孔金属层(3)和所述基材层(1)之间，以使所述多孔金属层(3)、所述亲锂层(2)和所述基材层(1)沿预设方向叠置，或者，至少一个所述安装孔内设置有所述亲锂层(2)。2.根据权利要求1所述的集流体结构，其特征在于，所述基材层(1)的相对两侧均设有所述多孔金属层(3)。3.根据权利要求2所述的集流体结构，其特征在于，至少一个所述多孔金属层(3)和所述基材层(1)之间布置有所述亲锂层(2)。4.根据权利要求1所述的集流体结构，其特征在于，所述多孔金属层(3)和所述基材层(1)之间以及所述安装孔内均设有一层或至少两层所述亲锂层(2)。5.根据权利要求1所述的集流体结构，其特征在于，当所述安装孔内设有所述亲锂层(2)时，所述亲锂层(2)附着在所述安装孔的周向侧壁和/或底壁。6.根据权利要求1至5中任一项所述的集流体结构，其特征在于，所述基材层(1)的厚度为0.1μm至10μm；或者，所述亲锂层(2)的厚度为5nm至1000nm；或者，所述多孔金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘志健，史永刚，张浩，李洋，朱冠楠，
申请(专利权)人：上海国轩新能源有限公司，
类型：新型
国别省市：