复合集流体、复合极片和二次电池的制作方法

本技术涉及储能领域。具体地，本技术涉及一种复合集流体、复合极片，以及包括该复合极片的二次电池和装置。

背景技术：

1、二次电池作为能量存储装置，其主要由正极、负极、隔离膜、电解质组成。其中，集流体需要使用金属箔材如铜箔、铝箔、镍箔等金属。为了提高电池能量密度以及电池安全性，电池集流体的选材还可以为复合集流体。

2、常规制备出电池的电压使用平台在3v～4v，输出电压较低，通常采用电芯串联的方式提高电芯模组或者pack的电压。该方法会增加额外的连接片，以及辅料的费用，同时组装过程存在正负极接反及安装不到位的风险。同时，内串高压电池通常单极片为同一电极，通过极片串联的方式得到高电压，在串联过程不可避免需要对正、负极极片进行连接，连接部位在使用过程易出现电化学腐蚀。此外，单极片进行连接时较困难，成品率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术提供了一种复合集流体、包括该复合集流体的复合极片、二次电池以及相关的装置。本技术的复合集流体通过在一侧同时设置用于涂覆正、负极活性材料层的金属层，使得由该复合集流体制备的电极组件在内部形成多个串联的小叠片电极组，进而能够有效地提高二次电池的输出电压。

2、本技术的第一方面提供了一种复合集流体，其包括高分子基体层，所述高分子基体层包括第一表面，其中，沿所述高分子基体层长度方向，所述第一表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层用于设置正极活性材料层，所述第二金属层用于设置负极活性材料层。

3、根据本技术的一些实施方式，第一表面设置有n(n≥1)组串联的第一金属层和第二金属层，每一组于所述高分子层的第一表面间隔设置。在一些实施方式中，n为2-10之间的正整数，例如为3、4、5、6、7、8或9。

4、根据本技术的一些实施方式，每一组串联的第一金属层和第二金属层间隔设置，且沿所述高分子基体层长度方向，所述每一组中的第一金属层和第二金属层串联的顺序相同。即沿高分子基体层长度方向，第一表面按顺序设置有第一金属层和第二金属层(第一组)、第一金属层和第二金属层(第二组)、……、第一金属层和第二金属层(第n-1组)以及第一金属层和第二金属层(第n组)或者第一表面按顺序设置有第二金属层和第一金属层(第一组)、第二金属层和第一金属层(第二组)、……、第二金属层和第一金属层(第n-1组)以及第二金属层和第一金属层(第n组)。

5、本技术中，高分子基体层长度方向与极片加工过程中的各个材料层(例如电极活性材料层)的涂覆方向是一致的。

6、根据本技术的一些实施方式，沿所述高分子基体层长度方向，所述第一表面包括第一端面、第二端面和位于所述第一端面和第二端面之间的中间面，所述中间面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层。

7、根据本技术的一些实施方式，所述第一端面设置有单独的第一金属层，所述第一金属层包括第一主体区及由所述第一主体区的边缘向外延伸的第一极耳区，所述第一主体区用于设置正极活性材料层。

8、根据本技术的一些实施方式，所述第二端面设置有单独的第二金属层，所述第二金属层包括第二主体区及由所述第二主体区的边缘向外延伸的第二极耳区，所述第二主体区用于设置负极活性材料层。

9、根据本技术的一些实施方式，所述高分子基体层包括沿所述高分子基体层厚度方向与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层。在一些实施方式中，所述第二表面的第一金属层与所述第一表面的第二金属层对称设置，所述第二表面的第二金属层与所述第一表面的第一金属层对称设置。

10、根据本技术的一些实施方式，所述高分子基体层的材料选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的至少一种。在一些实施方式中，所述第一金属层的材料选自铝。在一些实施方式中，所述第二金属层的材料选自铝、铜、钛或镍中的至少一种。

11、本技术的第二方面提供了一种复合极片，其包括第一方面所述的复合集流体、正极活性材料层和负极活性材料层。

12、根据本技术的一些实施方式，所述正极活性材料层设置于所述第一金属层背离所述高分子基体层的表面上，所述负极活性材料层设置于所述第二金属层背离所述高分子基体层的表面上。

13、根据本技术的一些实施方式，设置于所述串联的第一金属层和第二金属层的表面的正极活性材料层和负极活性材料层之间设置有密封隔离材料。在一些实施方式中，所述密封隔离材料选自陶瓷材料中的至少一种。密封隔离材料对正极活性材料层和负极活性材料层之间的金属层进行密封，防止其直接与电解液相接触，进而在使用过程产生腐蚀。

14、本技术的复合极片在复合集流体两侧分别间隔涂敷正、负极活性材料层，通过巧妙的设置使得由该复合极片叠合得到的电极组件在内部实现了多个小叠片电极组的串联，一方面，输出电压取决于正、负极活性材料交替涂布数量，输出电压高且灵活可控，另一方面，装配过程简单、容易可行。

15、本技术的第三方面提供了一种电极组件，其包括第一极片、第二极片以及叠加设置于所述第一极片和第二极片之间的至少一片第三极片和至少一片隔离膜，其中，第一极片、第二极片和第三极片为第二方面所述的复合极片。

16、根据本技术的一些实施方式，所述第一极片和第二极片设置于所述电极组件外侧，其仅有第一表面设置相应的第一金属层、第二金属层以及分别设置于第一金属层、第二金属层上的正极活性材料层、负极活性材料层。在一些实施方式中，仅需在所述第一极片和第二极片中的一个上设置第一极耳区和第二极耳区。

17、根据本技术的一些实施方式，所述第一极片中，所述高分子基体层的第一表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层、第一极耳区和第二极耳区，第二表面为空白表面。

18、在一些实施方式中，所述第一极片中，所述串联的第一金属层上设置有正极活性材料层，所述串联的第二金属层上设置有负极活性材料层，所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间设置有密封隔离材料。在一些实施方式中，所述密封隔离材料用于密封所述串联的第一金属层和第二金属层上未设置相应正极活性材料层和负极活性材料层的部分，防止其直接与电解液相接触，进而在使用过程产生腐蚀。

19、根据本技术的一些实施方式，所述第一极片的第一端面上设置有单独的第一金属层，所述第一极耳区为单独的第一金属层未设置正极活性材料层的区域。在一些实施方式中，所述第一极片的第二端面上设置有单独的第二金属层，所述第二极耳区为单独的第二金属层未设置负极活性材料层的区域。

20、根据本技术的一些实施方式，所述第二极片中，所述高分子基体层的第一表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层，第二表面为空白表面。

21、在一些实施方式中，所述第二极片中，所述串联的第一金属层上设置有正极活性材料层，所述串联的第二金属层上设置有负极活性材料层，所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间设置有密封隔离材料。在一些实施方式中，所述密封隔离材料用于密封所述串联的第一金属层和第二金属层上未设置相应正极活性材料层和负极活性材料层的部分，防止其直接与电解液相接触，进而在使用过程产生腐蚀。

22、根据本技术的一些实施方式，所述第三极片中，所述高分子基体层的第一表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层、第一极耳区和第二极耳区，所述高分子基体层的第二表面设置有至少一组串联的第一金属层和第二金属层。

23、在一些实施方式中，所述第三极片中，所述串联的第一金属层上设置有正极活性材料层，所述串联的第二金属层上设置有负极活性材料层，所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间设置有密封隔离材料。在一些实施方式中，所述密封隔离材料用于密封所述串联的第一金属层和第二金属层上未设置相应正极活性材料层和负极活性材料层的部分，防止其直接与电解液相接触，进而在使用过程产生腐蚀。

24、根据本技术的一些实施方式，所述第三极片的第一端面上设置有单独的第一金属层，所述第一极耳区为单独的第一金属层未设置正极活性材料层的区域。在一些实施方式中，所述第三极片的第二端面上设置有单独的第二金属层，所述第二极耳区为单独的第二金属层未设置负极活性材料层的区域。

25、根据本技术的一些实施方式，所述第三极片中，所述第二表面的第一金属层与所述第一表面的第二金属层相对设置，所述第二表面的第二金属层与所述第一表面的第一金属层相对设置。

26、根据本技术的一些实施方式，所述第一极片与所述第三极片的第一极耳区设置于所述电极组件的同一侧。由于极耳侧为同种材料，因此焊接更为容易。

27、本技术的第四方面提供了一种二次电池，所述二次电池包括第三方面所述的电极组件。

28、本技术的第五方面提供了一种装置，所述装置包括第四方面所述的二次电池。

29、本技术的有益效果为：

30、本技术提供的复合集流体通过在一侧同时设置用于涂覆正、负极活性材料层的金属层，使得由该复合集流体叠片制备的电极组件在内部形成多个串联的小叠片电极组，进而能够有效地提高二次电池的输出电压。此外，包括该复合集流体的二次电池装配过程简单、容易可行，更安全可靠。