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　　(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463专利代理师吕露

　　本申请提供一种复合集流体、电池电极、电池以及用电设备,属于锂离子电池领域。复合集流体包括聚合物基体以及导电层。在聚合物基体的厚度方向上,聚合物基体的两侧均直接连接有导电层,在第一预设方向上,两个导电层的其中一侧端部均超过聚合物基体在该侧的端部,且两个导电层的内壁与聚合物基体的侧壁合围形成U型焊接区,第一预设方向预设与聚合物基体的厚度方向垂直,通过该结构的复合集流体,能够在一定程度上解决聚合物基体与导电层结合力较弱的问题。

　　其中,在所述聚合物基体的厚度方向上,所述聚合物基体的两侧均直接连接有所述导电层,在第一预设方向上,两个所述导电层的其中一侧端部均超过所述聚合物基体在该侧的端部,且两个所述导电层的内壁与所述聚合物基体的侧壁合围形成U型焊接区,所述第一预设方向预设与所述聚合物基体的厚度方向垂直。

　　2.根据权利要求1所述的复合集流体,其特征在于,所述聚合物基体的厚度为3,6μm。

　　3.根据权利要求1所述的复合集流体,其特征在于,单个所述导电层的厚度为0.5,5μ

　　4.根据权利要求1所述的复合集流体,其特征在于,单个所述导电层的方阻为1,400mΩ/□。

　　5.根据权利要求1,4中任一项所述的复合集流体,其特征在于,在所述聚合物基体的厚度方向上,两个所述导电层的正投影完全重合。

　　6.根据权利要求5所述的复合集流体,其特征在于,在所述第一预设方向上,两个所述导电层的另一侧端部均与所述聚合物基体在该侧的端部对齐。

　　7.根据权利要求5所述的复合集流体,其特征在于,在所述第一预设方向上,所述U型焊接区的尺寸为5,10mm。

　　8.根据权利要求1,4中任一项所述的复合集流体,其特征在于,所述导电层的材质为Al。

　　9.根据权利要求1,4中任一项所述的复合集流体,其特征在于,所述导电层的材质为Cu。

　　10.根据权利要求1,4中任一项所述的复合集流体,其特征在于,所述聚合物基体的材质为聚乙烯、双向拉伸聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或丙乙烯。

　　11.一种电池电极,其特征在于,包括如权利要求1,10中任一项所述的复合集流体。

　　[0001]本申请涉及锂离子电池领域,具体而言,涉及一种复合集流体、电池电极、电池以及用电设备。

　　[0002]现有技术中,传统的带有U型焊接区的复合集流体存在聚合物基体与导电层的结合力较弱的问题,导致聚合物基体表面的导电层容易脱落。

　　[0003]本申请的目的在于提供一种复合集流体、电池电极、电池以及用电设备,能够在一定程度上解决聚合物基体与导电层结合力较弱的问题。

　　[0005]第一方面,本申请实施例提供一种复合集流体,包括聚合物基体以及导电层。在聚合物基体的厚度方向上,聚合物基体的两侧均直接连接有导电层,在第一预设方向上,两个导电层的其中一侧端部均超过聚合物基体在该侧的端部,且两个导电层的内壁与聚合物基体的侧壁合围形成U型焊接区,第一预设方向预设与聚合物基体的厚度方向垂直。

　　[0006]上述技术方案中,复合集流体中的聚合物基体的两侧表面直接与导电层连接,相较于传统的带有U型焊接区的复合集流体(聚合物基体通过胶粘剂与导电层连接),本申请实施例提供的带有U型焊接区的复合集流体具有导电层与聚合物基体的结合力较为牢固的优势,同时,还能改善导电层与聚合物基体通过胶粘剂粘接在一起而导致的复合集流体出现表面起泡以及褶皱等问题。

　　[0008]上述技术方案中,将聚合物基体的厚度限定在特定范围内,能够使得聚合物基体具有适宜的厚度,从而使得聚合物基体具有合适的机械性能和电化学性能。

　　[0010]上述技术方案中,将单个导电层的厚度限定在特定范围内,能够使得单个导电层具有适宜的厚度,从而能够在保证导电率的情况下兼顾较低的制备成本。

　　[0011]在一些可选的实施方案中,单个导电层的方阻为1,400mΩ/□。

　　[0012]上述技术方案中,将单个导电层的厚度限定在特定范围内,能够使得单个导电层具有适宜的方阻,从而使其具有适宜的导电率。

　　[0013]在一些可选的实施方案中,在聚合物基体的厚度方向上,两个导电层的正投影完全重合。

　　[0014]上述技术方案中,两个导电层在聚合物基体的厚度方向上的正投影完全重合,即两个导电层沿聚合物基体的厚度方向分布且关于聚合物基体对称,使得复合集流体的整体结构较为规整,同时,也便于进行工艺制备。

　　[0015]在一些可选的实施方案中,在第一预设方向上,两个导电层的另一侧端部均与聚

　　[0016]上述技术方案中,两个导电层在第一预设方向上的另一侧端部均与聚合物基体在该侧的端部对齐,能够使得复合集流体更加规整。

　　[0017]在一些可选的实施方案中,在第一预设方向上,U型焊接区的尺寸为5,10mm。

　　[0018]上述技术方案中,将U型焊接区在第一预设方向上的尺寸限定在特定范围内,能够使得U型焊接区具有适宜大小的尺寸,从而提供适宜的焊接宽度,以便进行后续焊接。

　　[0020]上述技术方案中,采用Al作为导电层材料,能够得到本领域最常用的正极集流体,以便能够在大多数锂离子电池中使用。

　　[0022]上述技术方案中,采用Cu作为导电层材料,能够得到本领域最常用的负极集流体,以便能够在大多数锂离子电池中使用。

　　[0023] 在一些可选的实施方案中,聚合物基体的材质为聚乙烯、双向拉伸聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或丙乙烯。

　　[0024] 本申请实施例提供的技术方案适用于上述多种体系的聚合物材质,能够提供更多的可实施方案,从而便于对本申请实施例提供的技术方案进行推广和应用。

　　[0025] 第二方面,本申请实施例提供一种电池电极,包括如第一方面实施例提供的复合集流体。

　　[0026] 第三方面,本申请实施例提供一种电池,包括如第二方面实施例提供的电池电极。

　　[0027] 第四方面,本申请实施例提供一种用电设备,包括如第三方面实施例提供的电池。

　　[0028] 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。

　　[0029] 图1为本申请对比例(即现有结构的复合集流体)提供的一种复合集流体的结构示意图,

　　[0032] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

　　[0033] 因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通

　　技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

　　[0034] 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定义和解释。

　　[0035] 术语“水平”、“垂直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。

　　[0036] 在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

　　[0037] 目前,锂离子电池因其具有高能量密度、高工作电压以及长循环寿命等优异性能而广泛应用于新能源汽车、储能和3C数码等领域。随着社会的发展与企业的竞争,对锂电池的能量密度提出更高要求。

　　[0038] 为了提高电池的能量密度,本领域技术人员以高分子聚合物为基底膜,利用物理、化学和电化学等手段在基底膜上制备一定厚度的金属导电层,能够制备得到具有导体层/聚合物层/导体层的特殊结构,该结构的复合集流体对应的电池不仅具有较高的能量密度,同时,还具有较好的安全性。

　　[0039] 但是,常规的复合集流体仅能实现极耳与单侧导电层的连接,并且,由于聚合物具有绝缘性,会使得焊接点的阻抗升高,导致在焊接过程中常常出现难以焊接和虚焊的情况,进而导致其焊接成功率较低。

　　[0040] 基于此,参阅图1 ,在一些现有技术中,本领域技术人员以聚合物基体200为基底膜,并通过胶粘剂在其两侧表面粘接导电层100以制备得到带有U型焊接区400的复合集流体10,该结构的复合集流体10相较于常规结构的复合集流体10,由于其具有单独的U型焊接区400,能够提高复合集流体10与极耳的焊接成功率。

　　[0041 ] 但是,该结构的复合集流体10由于导电层100与基底膜之间存在胶粘层300导致其存在以下问题,

　　[0042] A胶粘剂粘连的力学性能较差,导致导电层100与基底膜的结合力较差,并且,胶粘剂在电解液中容易失效,导致聚合物层表面的导电层100容易脱落。

　　[0043] B导电层100与基底膜互相粘连的工艺难度较大,极易导致集流体表面出现褶皱和气泡等缺陷,进而导致对应电池的性能受到影响。

　　[0044] 基于此,发明人经过创造性地研究发现,直接在聚合物基体200表面沉积金属以得到导电层100,该结构的复合集流体10由于导电层100与聚合物基体200直接连接在一起,能够提高导电层100与聚合物基体200的结合力,同时,还能改善导电层100与聚合物基体200通过胶粘剂粘接在一起而导致的复合集流体10出现表面起泡以及褶皱等问题。

　　[0045] 第一方面,参阅图2,本申请实施例提供一种复合集流体10,包括聚合物基体200以及导电层100。在聚合物基体的厚度方向a上,聚合物基体200的两侧均直接连接有导电层

　　100,在第一预设方向b上,两个导电层100的其中一侧端部均超过聚合物基体200在该侧的端部,且两个导电层100的内壁与聚合物基体200的侧壁合围形成U型焊接区,第一预设方向

　　[0046] 需要说明的是,第一预设方向b不做限定,可以是聚合物基体200的长度方向,也可以是聚合物基体200的宽度方向,示例性地,本申请实施例中第一预设方向b均为聚合物基体200的宽度方向。

　　[0047] 本申请中,复合集流体10中的聚合物基体200的两侧表面直接与导电层100连接,相较于传统的带有U型焊接区400的复合集流体10(聚合物基体200通过胶粘剂与导电层100连接) ,本申请实施例提供的带有U型焊接区400的复合集流体10具有导电层100与聚合物基体200的结合力较为牢固的优势,同时,还能改善导电层100与聚合物基体200通过胶粘剂粘接在一起而导致的复合集流体10出现表面起泡以及褶皱等问题。

　　[0048] 需要注意的是,聚合物基体200的厚度不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0049] 作为一种示例,聚合物基体200的厚度为3,6μm,例如但不限于厚度为3μm、4μm、5μm和6μm中的任意一者点值或任意二者之间的范围值。

　　[0050] 该实施方式中,将聚合物基体200的厚度限定在特定范围内,能够使得聚合物基体200具有适宜的厚度,从而使得聚合物基体200具有合适的机械性能和电化学性能。

　　[0051 ] 需要注意的是,单个导电层100的厚度不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0052] 作为一种示例,单个导电层100的厚度为0.5,5μm,例如但不限于厚度为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm和5μm中的任意一者点值或任意二者之间的范围值。

　　[0053] 该实施方式中,将单个导电层100的厚度限定在特定范围内,能够使得单个导电层100具有适宜的厚度,从而能够在保证导电率的情况下兼顾较低的制备成本。

　　[0054] 需要注意的是,单个导电层100的方阻不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0055] 作为一种示例,单个导电层100的方阻为1,400mΩ/□,例如但不限于方阻为1m Ω/□、50mΩ/□、100mΩ/□、200mΩ/□、300mΩ/□和400mΩ/□中的任意一者点值或任意二者之间的范围值。

　　[0056] 该实施方式中,将单个导电层100的厚度限定在特定范围内,能够使得单个导电层100具有适宜的方阻,从而使其具有适宜的导电率。

　　[0057] 可以理解的是,考虑到复合集流体10的规整度以及制备便捷性,可以对两个导电层100的相对位置进行调整。

　　[0058] 作为一种示例,在聚合物基体的厚度方向a上,两个导电层100的正投影完全重合。

　　[0059] 该实施方式中,两个导电层100在聚合物基体的厚度方向a上的正投影完全重合,即两个导电层100沿聚合物基体的厚度方向a分布且关于聚合物基体200对称,使得复合集流体10的整体结构较为规整,同时,也便于进行工艺制备。

　　[0060] 在其他可能的实施方式中,在聚合物基体的厚度方向a上,两个导电层100的正投影也可以是部分重合,即一个导电层100长一些,另一个导电层100短一些。

　　[0061 ] 可以理解的是,考虑到复合集流体10的规整度,还可以对导电层100与聚合物基体200在第一预设方向b上的另一侧的相对位置关系进行调整。

　　[0062] 作为一种示例,在第一预设方向b上,两个导电层100的另一侧端部均与聚合物基体200在该侧的端部对齐。

　　[0063] 该实施方式中,两个导电层100在第一预设方向b上的另一侧端部均与聚合物基体200在该侧的端部对齐,能够使得复合集流体10更加规整。

　　[0064] 在其他可能的实施方式中,在第一预设方向b上,还可以是其中一个导电层100的另一侧端部与聚合物基台在该侧的端部对齐。

　　[0065] 需要注意的是,U型焊接区400在第一预设方向b上的尺寸大小不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0066] 作为一种示例,在第一预设方向b上,U型焊接区的尺寸为5(10mm)例如但不限于尺寸为5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm和10 mm中的任意一者点值或任意二者之间的范围值。

　　[0067] 该实施方式中,将U型焊接区400在第一预设方向b上的尺寸限定在特定范围内,能够使得U型焊接区400具有适宜大小的尺寸,从而提供适宜的焊接宽度,以便进行后续焊接。

　　[0068] 需要注意的是,导电层100的材质不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0070] 该实施方式中,采用Al作为导电层100材料,能够得到本领域最常用的正极集流体,以便能够在大多数锂离子电池中使用。

　　[0072] 该实施方式中,采用Cu作为导电层100材料,能够得到本领域最常用的负极集流体,以便能够在大多数锂离子电池中使用。

　　[0073] 需要注意的是,聚合物基体200的材质不做限定,可以按照本领域常规选择进行设置。

　　[0074] 作为一种示例,聚合物基体200的材质为聚乙烯、双向拉伸聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或丙乙烯。

　　[0075] 该实施方式中,本申请实施例提供的技术方案适用于上述多种体系的聚合物材质,能够提供更多的可实施方案,从而便于对本申请实施例提供的技术方案进行推广和应用。

　　[0076] 需要说明的是,对于未做特别说明或限定的结构均可按照本领域常规选择进行设置。

　　[0077] 为了更好地理解技术方案,以下通过具体的制备工艺进行详细说明。

　　[0079] 提供聚合物基体,在聚合物基体的两侧表面沉积金属,得到带有导电层的聚合物基体,去除与导电层的边缘区域对应的聚合物基体的部位,得到带有U型焊接区的复合集流体。

　　[0080] 需要说明的是,此处的“提供聚合物基体”指的是可以通过直接购买得到,也可以按照本领域常规工艺制备得到。

　　[0081 ] 需要注意的是,金属沉积的具体方式不做限定,可以按照本领域常规方式进行。

　　[0082] 作为一种示例,在沉积金属的步骤中,采用物理气相沉积和化学镀方式中的至少一种,其中,物理气相沉积包括真空蒸镀方式、磁控溅射方式和离子束蒸发镀膜方式中的至少一种。

　　[0083] 需要说明的是,化学镀处理的具体工艺以及使用的相应试剂的组分以及配比均不作限定,可以按照本领域常规选择进行设置。

　　[0084] 作为一种示例,在化学镀处理的过程中,镀液包括CuSO4、络合剂‑三乙醇胺、Na2CO3、酒石酸钾钠、硫脲、NaOH和甲醛,其中,CuSO4的浓度为5,7g/L,络合剂‑三乙醇胺的

　　[0085] 需要说明的是,基于不同的金属沉积工艺,考虑到金属沉积的效果,可以对制备工艺进行相应调整。

　　[0086] 作为一种示例,在采用化学镀方式沉积金属的步骤之前,还包括对聚合物基体依次进行粗化、敏化和活化处理。

　　[0087] 需要说明的是,粗化、敏化和活化处理的具体工艺以及使用的相应试剂的组分以及配比均不作限定,可以按照本领域常规选择进行设置。

　　[0088] 作为一种示例,在粗化处理的过程中,粗化液包括硫酸、水和铬酸,其中,粗化液中硫酸与水的体积比为4(6)铬酸作为添加组分直至混合溶液饱和,处理温度为60,70℃,处理时间为20,30min。

　　[0089] 作为一种示例,在敏化处理的过程中,敏化液包括SnCl和HCl,其中,SnCl的浓度为

　　[0090] 作为一种示例,在活化处理的过程中,活化液包括AgNO3和氨水,其中,AgNO3的浓度为3,5g/L,氨水作为添加组分直至溶液变为透明,处理时间为5,10min。

　　[0091 ] 可以理解的是,由于不同种类的金属具有不同的理化性质,考虑到金属沉积的效果,可以根据实际需要对沉积的较佳工艺进行选择或调整。

　　[0092] 作为一种示例,金属为Al,在金属沉积的步骤中,采用物理气相沉积方式中的真空蒸镀法在聚合物基体表面沉积金属Al,以形成导电层,其中,线Pa范围内,处理温度为500,2500℃。

　　[0093] 可以理解的是,由于蒸镀温度会影响导电层的致密性,致密性越好,其与聚合物基体的结合力更强,考虑到形成的导电层与聚合物基体的结合强度,可以对蒸镀温度做进一步限定。

　　[0094] 作为一种示例,金属为Cu,且在沉积金属的步骤完成以后以及在去除与导电层的边缘区域对应的聚合物基体的部位的步骤之前,还包括对导电层进行增厚处理。

　　[0095] 需要注意的是,增厚处理的方式不做限定,可以按照本领域常规选择进行设置。

　　[0096] 作为一种示例,在对导电层进行增厚处理的步骤中,采用酸性光亮镀铜方式和碱性焦磷酸盐镀铜方式中的至少一种。

　　[0097] 需要说明的是,增厚处理过程中的工艺参数不做限定,可以根据实际需要进行调整。

　　[0098] 作为一种示例,在采用酸性光亮镀铜方式进行导电层增厚处理的步骤中,处理时间为2(5min)例如但不限于处理时间为2min、3min、4min和5min中的任意一者或任意二者之间的范围值,电流密度为0.5,1 .5A/dm2,例如但不限于电流密度为0.5A/dm2、1 .0A/dm2和

　　[0099] 作为一种示例,在采用碱性焦磷酸盐镀铜方式进行导电层增厚处理的步骤中,处理时间为4(10min)例如但不限于处理时间为4min、6min、8min和10min中的任意一者或任意二者之间的范围值,电流密度为0.2,0.8A/dm2,例如但不限于电流密度为0.2A/dm2、

　　[0100] 需要说明的是,每种增厚处理工艺中用到的相关试剂的组分以及配比均不作限定,可以按照本领域常规选择进行设置。

　　[0102] 作为一种示例,在采用碱性焦磷酸盐镀铜方式进行导电层增厚处理的步骤中,主盐包括焦磷酸铜(20)50g/L,络合剂焦磷酸钾,P比在7,9之间(P比为焦磷酸根和Cu离子的比值) ,辅助络合剂包括柠檬酸铵和/或NH4Cl (浓度为3,5g/L) ,光亮剂包括2‑巯基噻嗪、氨基乙酸和2‑巯基苯并咪唑中的至少一种(浓度为0.01,0.02g/L) 。

　　[0103] 可以理解的是,由于Cu容易被氧化,在增厚处理完成以后,可以对导电层进行钝化处理,以有效避免Cu被氧化。

　　[0104] 需要注意的是,钝化处理的具体工艺不做限定,可以按照本领域常规操作进行。

　　[0106] 需要注意的是,去除聚合物基体的方式不做限定,可以按照本领域常规选择进行设置。