一种锂电池集流体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池集流体及其制备方法，所述锂电池集流体包括多孔金属箔以及覆盖在多孔金属箔上下表面的具有电阻正温度效应的材料层，所述多孔金属箔为铝箔、铜箔、涂炭铝箔或涂炭铜箔，所述具有电阻正温度效应的材料层由至少一种聚合物材料和至少一种导电材料组成，所述覆盖在多孔金属箔上下表面的具有电阻正温度效应的材料层部分嵌入所述多孔金属箔的孔内。该锂电池集流体具有内部界面结合特性优异、与锂电池正负极材料接触电阻低、结合强度高的特点，可以有效地提高锂电池的循环性能，同时还可以对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控，从而提高锂电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池集流体及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池集流体，特别是一种将具有电阻正温度效应的材料层覆盖在多孔金属箔上下表面的锂电池集流体及其制备方法。
技术介绍
自从1990年索尼(Sony)将锂电池商品化以来，锂电池得到快速发展，其能量密度、循环寿命、安全性能有了显著提高，占据的市场规模日益增加，预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2000亿Wh，年均复合增长率接近25％。但是随着市场对锂电池性能的要求越来越高，人们一直致力于提升和改变锂电池的能量密度、循环寿命和安全问题。在电动汽车领域，锂电池的能量密度影响到汽车的续航里程，循环寿命则会影响到汽车的使用寿命和后续维护，而安全性能成为了高能量密度电池大规模应用于电动汽车的主要障碍。为了提升锂电池的能量密度，人们开发了镍钴锰酸锂三元正极材料，但是这类材料的安全性能欠佳；为了提升锂电池的安全性能，人们也进行了许多努力和尝试，例如外置式热敏电阻、电解液稳定剂和防过充添加剂等，但是这些方法的效果有限；为了提升锂电池的循环寿命，涂炭铝箔成为近年来的研究热点，但是涂炭铝箔功能单一，对锂电池的安全性能并无实质性的帮助。因此，本领域技术人员致力于开发一种能兼顾高能量密度、良好的循环寿命和稳定的安全性能的技术方案，已有方案为将具有电阻正温度效应的材料层覆盖在金属铝箔或铜箔上下表面，但是具有电阻正温度效应的材料层与金属箔的界面结合状况对锂电池集流体性能影响明显。本专利技术用多孔金属箔替代常规金属箔，可以显著改善具有电阻正温度效应的材料层与金属箔的界面结合状况，从而提升锂电池的各项性能指标。专利技术内容有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何解决具有电阻正温度效应的材料层与金属箔的界面结合状况，从而使锂电池的性能得到提升。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种将具有电阻正温度效应的材料层覆盖在多孔金属箔上下表面的锂电池集流体及其制备方法。具体技术方案如下：一种锂电池集流体，所述锂电池集流体由多孔金属箔及覆盖在所述多孔金属箔上下表面的具有电阻正温度效应的材料层组成，所述具有电阻正温度效应的材料层由至少一种结晶度性聚合物材料和至少一种导电材料组成，所述具有电阻正温度效应的材料层嵌入所述多孔金属箔的孔内。进一步地，所述多孔金属箔的厚度为1μm-25μm，所述具有电阻正温度效应的材料层的厚度为0.1μm-10μm，所述锂电池集流体的厚度为1μm-45μm。进一步地，所述多孔金属箔的孔隙度介于1％-80％之间，当孔隙率低于1％时，具有电阻正温度效应的材料层与多孔金属箔的界面结合状况不理想；当孔隙率大于80％时，多孔金属箔的金属部分显著减少，会增加集流体的内阻，并影响电流通过能力。进一步地，所述多孔金属箔可以通过化学蚀刻、酸洗、冲压、激光打孔等方法得到。进一步地，所述多孔金属箔为铝箔、铜箔、涂炭铝箔或涂炭铜箔。进一步地，所述结晶性聚合物材料的体积占所述具有电阻正温度效应的材料层的50％-99％，所述导电材料的体积占所述具有电阻正温度效应的材料层的1％-50％，所述导电材料粒径分布范围为0.001μm-10μm。进一步地，所述结晶性聚合物材料为：聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯化聚乙烯、聚三氟乙烯、氧化聚乙烯、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物。进一步地，所述导电材料为：碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、金属粉末、复合导电材料、导电陶瓷粉末中的一种或几种的混合物。进一步地，所述复合导电材料为：碳黑、石墨、石墨烯包覆的金属粉末或导电陶瓷粉末中的一种或几种的混合物，所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料中的一种或几种的混合物，所述金属粉末为：镍、铜、钴、钨、锡、铅、铁、银、金、铂或其合金中的一种或几种的混合物。进一步地，所述金属硼化物为：硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬、三硼化五铬中的一种，所述金属氮化物：为氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌、氮化铪中的一种，所述金属碳化物：为碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨、二碳化三铬中的一种，所述金属硅化物：为二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬、二硅化铬中的一种，所述MAX相陶瓷材料为：Ti2PbC、V2GeC、Cr2SiC、Cr2GeC、V2PC、V2AsC、Ti2SC、Zr2InC、Zr2TlC、Nb2AlC、Nb2GaC、Nb2InC、Sc2InC、Ti2AlC、Ti2GaC、Ti2TlC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaC、Ti2AlN、Ti2GaN、Ti2InN、V2GaN、Cr2GaN、Ti2GeC、Ti2SnC、Nb2SC、Hf2SC、Hf2InC、Hf2TlC、Ta2AlC、Ta2GaC、Hf2SnC、Hf2PbC、Hf2SnN、Ti3AlC2、Ti4GeC3、V3AlC2、Mo2GaC、Zr2InN、Zr2TlN、Zr2SnC、Zr2PbC、Nb2SnC、Nb2PC、Nb2AsC、Zr2SC、Ti2InC、Ta3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3SnC2、Ti4AlN3、V4AlC3、Ti4GaC3、Nb4AlN3、Ta4AlC3、Ti4SiC3中的一种或几种的混合物。本专利技术通过旋涂、热压合、静电喷涂、等离子体喷涂、狭缝式涂布、网纹涂布、微凹涂布、逗号刮刀涂布、丝网印刷、气相沉积、真空镀膜、热喷涂中的一种或几种方法将所述具有电阻正温度效应的材料层覆盖在所述多孔金属箔上下表面。本专利技术公开的锂电池集流体将具有电阻正温度效应的材料层覆盖在多孔金属箔上下表面组成锂电池集流体，具有内部界面结合特性优异、与锂电池正负极材料接触电阻低、结合强度高的特点，可以有效地提高锂电池的循环性能，同时还可以对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控，从而提高锂电池的安全性能。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的锂电池集流体的示意图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。实施例1将聚乙烯和碳黑按照70：30的配比进行预混合，然后将预混合好的材料用双螺杆挤出机进行挤出造粒，然后将造好的粒料经过多层共挤，制备成图1中复合材料层120a/多孔铝箔110/复合材料层120b的三层复合结构的锂电池集流体，该锂电池集流体的总厚度为35±2微米，铝箔的孔隙率为12.7％。实施例2锂电池集流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池集流体，其特征在于，所述锂电池集流体由多孔金属箔及覆盖在所述多孔金属箔上下表面的具有电阻正温度效应的材料层组成，所述具有电阻正温度效应的材料层由至少一种结晶度性聚合物材料和至少一种导电材料组成，所述具有电阻正温度效应的材料层部分嵌入所述多孔金属箔的孔内。

【技术特征摘要】
2017.12.29 CN 20171147514611.一种锂电池集流体，其特征在于，所述锂电池集流体由多孔金属箔及覆盖在所述多孔金属箔上下表面的具有电阻正温度效应的材料层组成，所述具有电阻正温度效应的材料层由至少一种结晶度性聚合物材料和至少一种导电材料组成，所述具有电阻正温度效应的材料层部分嵌入所述多孔金属箔的孔内。2.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述多孔金属箔的厚度为1μm-25μm；所述多孔金属箔的孔隙度介于1％-80％之间；所述多孔金属箔可以通过化学蚀刻、酸洗、冲压、激光打孔方法得到；所述多孔金属箔为铝箔、铜箔、涂炭铝箔或涂炭铜箔。3.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述具有电阻正温度效应的材料层厚度为0.1μm-10μm。4.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于所述结晶性聚合物材料的体积占所述具有电阻正温度效应的材料层的50％-99％，所述导电材料的体积占所述具有电阻正温度效应的材料层的1％-50％，所述导电材料粒径分布范围为0.001μm-10μm。5.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述锂电池集流体的厚度为1μm-45μm。6.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述聚合物材料为：聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯化聚乙烯、聚三氟乙烯、氧化聚乙烯、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物。7.如权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述导电材料为：碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、金属粉末、复合导电材料、导电陶瓷粉末中的一种或几种的混合物。8.如权利要求7所述的锂电池集流体，其特征在于，所述复合导电材料为：碳黑、石墨、石墨烯包覆的金属粉末或导电陶瓷粉末中的一种或几种的混合物，所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料中的一种或几...

【专利技术属性】
技术研发人员：来旭春，
申请(专利权)人：上海其鸿新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31