集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆技术

本申请公开了集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆。集流体包括：铜箔，铜箔具有第一表面和第二表面；第一铝膜层，第一铝膜层位于铜箔的第一表面上；第二铝膜层，第二铝膜层位于铜箔的第二表面上；第一纳米结构层，第一纳米结构层位于第一铝膜层远离铜箔的至少部分表面上；第二纳米结构层，第二纳米结构层位于第二铝膜层远离铜箔的至少部分表面上。由此，该集流体具有较高的电导率、较高的抗拉强度，在辊压过程以及充放电过程中不易脱膜或断带；该集流体具有较好的抗氧化性能，不易被腐蚀；并且，该集流体具有较好的润湿性能，有利于提高活性物质层在集流体表面的附着，提高活性物质层与集流体的结合强度。质层与集流体的结合强度。质层与集流体的结合强度。

【技术实现步骤摘要】
集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆


[0001]本申请涉及电池
，具体地，涉及集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的发展，人们对电池能量密度的关注度越来越高，要求电池具有高能量密度。锂离子电池作为一种高能量密度电池脱颖而出，而随着锂离子电池的不断发展，锂离子电池等高能量密度电池整体性能提高的速度越来越慢，这与主材(活性物质)、辅材(集流体等)以及工艺等密切相关。锂离子电池的高能量密度不仅要求主材克容量高，同时也要求辅材向着越来越薄的方向发展，然而，辅材越薄，其导电率以及强度会越来越低，另外，辅材越薄，极片辊压过程中也越容易脱膜、断带，影响产率及生产效率。
[0003]因此，目前的集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆仍有待改进。

技术实现思路

[0004]本申请是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
[0005]为了使极片在辊压过程中不易脱膜、不易断带，可以在集流体上形成涂层，或者，在集流体上造孔，这些方法可以在一定程度上改善集流体的性能，但想要进一步减薄集流体，采用上述方法则难以实现进一步减薄集流体的目的。
[0006]铝箔作为锂离子电池正极使用的集流体，因为其电导率优异且不易被氧化，强度较强等优点，在锂离子电池中展现了良好的性能。但铝箔表面较为光滑，不易被润湿，可以通过电晕处理在铝箔表面增加含氧官能团，降低表面接触角，使铝箔更具有亲和性，增强铝箔润湿能力及铝箔与活性物质之间的剥离力，避免辊压或充放电过程中脱膜(活性物质层从集流体上脱落)。然而，电晕处理铝箔具有以下缺点：电晕处理对铝箔的表面粗糙度增大的程度有限，且电晕处理容易导致铝箔变脆，使铝箔抗拉强度降低。高能量密度电池的发展要求铝箔越来越薄，集流体减薄，抗拉强度降低，涂布或冷压过程中容易造成断带，降低生产效率，可以通过掺杂其他金属形成合金来提高铝箔的抗拉强度，但形成合金容易降低集流体的电导率。
[0007]为了至少在一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个，本申请提出一种多层结构的集流体，在铜箔的两侧设置铝膜层，并在铝膜层远离铜箔的表面形成纳米结构层。铜箔具有较高的电导率，与铝相比，铜可以更有效地提高集流体的电子电导率，有利于提高电池的快充性能；铜箔的抗拉强度比铝箔抗拉强度高，能改善铝箔由于减薄导致的抗拉强度降低的问题；铜箔两侧设置有铝膜层，可以至少在一定程度上避免铜箔在高电压下氧化导致集流体被腐蚀的问题；在铝箔表面设置纳米结构层，可以增大集流体表面的粗糙度，增大比表面积，有利于活性物质在集流体表面的润湿。为了进一步提高集流体的电导率以及集流体与活性物质层的粘结强度，降低活性物质层与集流体的接触电阻，还可以在铝膜层远离铜箔的一侧设置导电碳层，导电碳层覆盖铝膜层的部分表面以及纳米结构层远离
铜箔的至少部分表面。
[0008]有鉴于此，在本申请的一方面，本申请提出了一种集流体。在本申请的一些实施例中，所述集流体包括：铜箔，所述铜箔具有第一表面和第二表面；第一铝膜层，所述第一铝膜层位于所述铜箔的第一表面上；第二铝膜层，所述第二铝膜层位于所述铜箔的第二表面上；第一纳米结构层，所述第一纳米结构层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上；第二纳米结构层，所述第二纳米结构层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上。由此，该集流体具有较高的电导率、较高的抗拉强度，在辊压过程以及充放电过程中不易脱膜或断带；该集流体具有较好的抗氧化性能，不易被腐蚀；并且，该集流体具有较好的润湿性能，有利于提高活性物质层在集流体表面的附着，提高活性物质层与集流体的结合强度。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述集流体还包括：第一导电碳层，所述第一导电碳层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；和/或，第二导电碳层，所述第二导电碳层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。通过设置导电碳层，可以进一步提高集流体的电导率以及集流体与活性物质层之间的结合强度，降低集流体与活性物质层之间的接触电阻，还可以更有效地避免集流体被腐蚀。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述集流体满足以下条件中的至少之一：所述第一铝膜层的厚度和所述第二铝膜层的厚度各自独立地为200nm
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10μm；所述铜箔的厚度为100nm
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20μm；所述第一纳米结构层的厚度和所述第二纳米结构层的厚度各自独立地为50nm
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5μm；所述第一纳米结构层的材质和第二纳米结构层的材质各自独立地包括铝、金、银和镍中的至少之一；所述第一纳米结构层的比表面积为1m2/g
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500m2/g；所述第二纳米结构层的比表面积为1m2/g
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500m2/g；所述第一纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第二纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第一导电碳层的厚度和所述第二导电碳层的厚度各自独立地为100nm
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10μm；所述第一导电碳层和所述第二导电碳层各自独立地包括导电剂和粘结剂。由此，有利于进一步提高集流体的整体性能。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述集流体满足以下条件中的至少之一：所述纳米线的直径为10nm
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1000nm；所述纳米线的长度为1μm
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100μm；所述纳米球的直径为10nm
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1000nm；所述方形体的边长为10nm
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1000nm；所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少之一；所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚乙烯亚胺和聚四氟乙烯中的至少之一；基于所述第一导电碳层的总质量，所述第一导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％
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80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％
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90wt％；基于所述第二导电碳层的总质量，所述第二导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％
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80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％
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90wt％。由此，有利于进一步提高集流体的整体性能。
[0012]在本申请的另一方面，本申请提出了一种制备前面所述的集流体的方法。在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法包括：提供铜箔；在所述铜箔的第一表面上形成第一铝膜层，在所述铜箔的第二表面上形成第二铝膜层；在所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上形成第一纳米结构层，在所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部
分表面上形成第二纳米结构层。由此，利用上述方法制备得到的集流体具有前面所述的集流体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
[0013]在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法还包括：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，其特征在于，包括：铜箔，所述铜箔具有第一表面和第二表面；第一铝膜层，所述第一铝膜层位于所述铜箔的第一表面上；第二铝膜层，所述第二铝膜层位于所述铜箔的第二表面上；第一纳米结构层，所述第一纳米结构层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上；第二纳米结构层，所述第二纳米结构层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，还包括：第一导电碳层，所述第一导电碳层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；和/或，第二导电碳层，所述第二导电碳层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：所述第一铝膜层的厚度和所述第二铝膜层的厚度各自独立地为200nm
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10μm；所述铜箔的厚度为100nm
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20μm；所述第一纳米结构层的厚度和所述第二纳米结构层的厚度各自独立地为50nm
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5μm；所述第一纳米结构层的材质和第二纳米结构层的材质各自独立地包括铝、金、银和镍中的至少之一；所述第一纳米结构层的比表面积为1m2/g
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500m2/g；所述第二纳米结构层的比表面积为1m2/g
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500m2/g；所述第一纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第二纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第一导电碳层的厚度和所述第二导电碳层的厚度各自独立地为100nm
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10μm；所述第一导电碳层和所述第二导电碳层各自独立地包括导电剂和粘结剂。4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：所述纳米线的直径为10nm
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1000nm；所述纳米线的长度为1μm
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100μm；所述纳米球的直径为10nm
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁号，宋冉冉，杨慧敏，刘鑫，李纪涛，王芳，李雅楠，
申请(专利权)人：北京新能源汽车股份有限公司蓝谷动力系统分公司，
类型：发明
国别省市：