一种改善浸润性的集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改善浸润性的集流体及其制备方法和应用。所述集流体包括聚合物基材，所述聚合物基材的至少一侧表面具有凹槽，所述凹槽内覆盖有纳米金属层；所述凹槽的宽度为A，100μm≤A≤200μm，凹槽的深度为B，1μm≤B≤2μm，所述纳米金属层的厚度为C，4μm≤C≤6.5μm，纳米金属层的厚度C和凹槽的深度B的关系为0.25≤B/C≤0.5。本发明专利技术提供的集流体具有优异的浸润性改善效果，减少了化成所需的时间，具有较好的电解液浸润性，提高了电芯的电化学性能，增强了常温循环寿命。增强了常温循环寿命。增强了常温循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种改善浸润性的集流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种改善浸润性的集流体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、环境友好、充电效率高等优点，被广泛应用于生活和生产的多个方面。锂离子电池一般包括正极、负极、隔膜和电解液。其中，隔膜位于正极和负极之间，隔膜既要保证锂离子能够顺利通过，又要隔绝正负极，防止短路。电解液的主要作用是在正负极之间传导电子，是锂离子电池获得高能量密度的保证之一。
[0003]锂离子电池在工作时，锂离子在正负极、隔膜之间通过电解液进行穿梭，因此，电极对电解液的浸润性对电池的性能发挥具有至关重要的作用，若电极对电解液的浸润性差，有可能会导致析锂问题，甚至会导致正负极短路，引发安全问题。
[0004]CN115172860A公开了一种改善电解液浸润的锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和注入电池中的电解液，负极活性材料为石墨；其特征在于：负极表面朝向隔膜的一侧涂覆有一沿着负极厚度方向增加电解液与负极材料接触导入电解液的促浸润层；促浸润层按照质量分数包括以下物质：石墨87％
‑
94％，导电剂1％
‑
2％，粘结剂1％
‑
3％，分散剂1％
‑
3％，聚合物3％
‑
5％，所述聚合物为链状且具有导电性。随着电解液与聚合物的接触，聚合物沿着促浸润层发生溶胀形成聚合物网络引导电解液均匀分布于促浸润层。该专利通过引入一种基于聚合物的促浸润层来改善电芯极片的浸润性。
[0005]CN108808091A公开了一种锂离子电池用高浸润性电解液，该电解液成分包括锂盐电解质、有机溶剂和其它功能添加剂，其特征在于：还包括加入量为0.01
‑
5wt％的改善浸润性添加剂，所述改善浸润性添加剂为如下式所示：
[0006][0007]其中R1、R2各自独立的选自C4‑
16
烷基、C4‑
20
环烷基、C4‑
20
烯基、C4‑
14
炔基、C5‑
26
芳基、C5‑
26
杂芳基及其部分氟代或全氟代物的一种；M1、M2各自独立的选自Li
+
、Na
+
、K
+
的一种。该专利通过在电解液中添加浸润添加剂，提高了锂电池正负极片的吸液效率，增加了电池吸液的一致性，改善了电芯化成后界面的一致性，提高了电芯的生产效率和品质。
[0008]但是，上述改进方案存在体系单一性，其需要重新考虑添加剂和正负极化学体系的稳定性，以及对循环、存储性能影响的问题，同时，上述方案也不能提高电芯的能量密度。
[0009]因此，有必要提供一种在不改变电芯体系的基础上改善浸润性的方法，从而有效提升电池的电化学性能。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种改善浸润性的集流体及其制备方法和应用。本专利技术提供的集流体具有优异的浸润性改善效果，减少了化成所需的时间，具有较好的电解液浸润性，提高了电芯的电化学性能，增强了常温循环寿命。同时，利用对集流体的改进不存在电芯体系上的变更，工艺性和稳定性更好，本专利技术的集流体在改善浸润的同时，也提高了电芯的能量密度。
[0011]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供一种改善浸润性的集流体，所述集流体包括聚合物基材，所述聚合物基材的至少一侧表面具有凹槽，所述凹槽内覆盖有纳米金属层；
[0013]所述凹槽的宽度为A，100μm≤A≤200μm，凹槽的深度为B，1μm≤B≤2μm，所述纳米金属层的厚度为C，4μm≤C≤6.5μm，纳米金属层的厚度C和凹槽的深度B的关系为0.25≤B/C≤0.5。
[0014]本专利技术中，凹槽的宽度A满足100μm≤A≤200μm，例如可以是100μm、110μm、120μm、130μm、135μm、140μm、150μm、155μm、160μm、170μm、180μm、185μm、190μm或200μm等。在此范围内能够保证活性锂损失最小，浸润效果好。
[0015]本专利技术中，凹槽的深度B满足1μm≤B≤2μm，例如可以是1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.8μm或2μm等。
[0016]本专利技术中，纳米金属层的厚度C满足4μm≤C≤6.5μm，例如可以是4μm、4.2μm、4.5μm、4.7μm、4.8μm、5μm、5.2μm、5.4μm、5.5μm、5.7μm、5.8μm、6μm、6.2μm、6.3μm或6.5μm等。
[0017]本专利技术中，B/C例如可以是0.25、0.27、0.28、0.3、0.33、0.35、0.36、0.38、0.4、0.43、0.45、0.46、0.48或0.5等。
[0018]本专利技术提供的集流体具有优异的浸润性改善效果，减少了化成所需的时间，具有较好的电解液浸润性，电解液爬升速率在4.31h/mm以上，同时，还提高了电芯的电化学性能，增强了常温循环寿命，常温循环1500圈后容量保持率在90.5％以上。
[0019]相比于现有技术从隔膜、电解液、极片组成等角度来改善电芯极片的浸润性，其涉及到电芯体系变更，需要重新考虑电化学性能及安全影响，拖长了设计周期，本专利技术利用集流体的改进来提升电芯极片的浸润性，不存在电芯体系上的变更，工艺性和稳定性更好。此外，本专利技术提供的是一种复合集流体，有效降低了集流体的质量，提高了电芯的能量密度。
[0020]在一些实施方式中，相比于常规的集流体(例如铝箔)，集流体的质量可降低30％～40％，集流体的BOM成本可降低1％～2％。
[0021]本专利技术的集流体在高面密度正极负载下，仍然具备优秀的浸润效果，且采用该集流体的循环性能和存储性能相对于现有商业化铝箔具有较大的提升。
[0022]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0023]优选地，所述凹槽在所述聚合物基材的表面均匀分布。
[0024]优选地，所述凹槽为连续的凹槽。
[0025]本专利技术中，连续的凹槽指的是沿着集流体的宽度方向，多个凹槽以一定的间隔距离排列，例如图1所示的结构。
[0026]优选地，所述聚合物基材的两侧表面均具有凹槽。
[0027]优选地，所述聚合物基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0028]本专利技术选用聚合物(例如PET)作为基材，相对于纯铝箔更轻，同时能够触发熔断，减少短路的发生。
[0029]优选地，所述聚合物基材的厚度为4μm～6μm，例如4μm、4.5μm、5μm、5.5μm或6μm等。
[0030]优选地，所述纳米金属层的材质为铝、铜和涂碳铝中的至少一种。其中，涂碳铝指的是铝材表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善浸润性的集流体，其特征在于，所述集流体包括聚合物基材，所述聚合物基材的至少一侧表面具有凹槽，所述凹槽内覆盖有纳米金属层；所述凹槽的宽度为A，100μm≤A≤200μm，凹槽的深度为B，1μm≤B≤2μm，所述纳米金属层的厚度为C，4μm≤C≤6.5μm，纳米金属层的厚度C和凹槽的深度B的关系为0.25≤B/C≤0.5。2.根据权利要求1所述的改善浸润性的集流体，其特征在于，所述凹槽在所述聚合物基材的表面均匀分布；优选地，相邻所述凹槽的距离为20μm～50μm；优选地，所述凹槽为连续的凹槽。3.根据权利要求1或2所述的改善浸润性的集流体，其特征在于，所述聚合物基材的两侧表面均具有凹槽。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的改善浸润性的集流体，其特征在于，所述聚合物基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯；优选地，所述聚合物基材的厚度为4μm～6μm；优选地，所述纳米金属层的材质为铝、铜和涂碳铝中的至少一种；优选地，所述纳米金属层中的纳米金属颗粒的粒径D50为50nm～100nm。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚子豪，陈喜，王南翔，时丕通，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：