【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，涉及一种复合集流体及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于锂离子电池的复合集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池（lib）由于使用寿命长、能效高等优点，已成为便携式电子设备、便携式设备电源和能量存储的主导技术。十年来，各领域的快速发展对lib提出了更高的要求，特别是更高的能量密度和更好的安全性。在传统的lib结构中，铜箔（ρ=8.96g/cm3）或铝箔等纯金属集流体通常分别用于支撑负极和正极的活性材料。然而，它们的质量总和约占lib总重量的15%以上，却对容量没有任何贡献，这大大阻碍了lib的整体能量密度的提高。
2、为满足高能量密度，锂离子电池中的所有电池组件(包括电化学非活性组件)已经趋于极限。例如：在集电器中将铜箔的厚度为20μm和铝箔的厚度为18μm减少到铜箔的厚度为6~10μm和铝箔的厚度为10~15μm。如cn215869466u公开了一种超薄柔韧性的电池集流体，包括有基材层、位于基材层上表面的第一金属层、以及位于基材层下表面的第二金属层；在基材层上设有贯穿基材层的通道，在通道内部设有用于使第一金属层与第二金属层之间电性连接导通的导电层。通过基材层上设置两层相互导通的金属层，可以使电池集流体的厚度达到6μm以下，不易断裂，在应用时，由于厚度薄，重量被减轻了，也解决在许多要求下重量无法减轻的问题，由于厚度薄增加了特定条件下的可涂布即增加镀层的空间。在电池集流体的金属层在6μm以上时，由于夹在两个金属层基材层的存在，拉伸力显得更好，安全性能更高，避免了针刺以及短路的问题。上述文献
3、此外，随着锂离子电池在不同领域中的广泛应用，其表现出的安全隐患问题也逐渐成为人们讨论的焦点。如负极析出锂枝晶、隔膜收缩或熔化等情况，极易造成电池短路，产生大量热。通常而言，当电池内部温度在90℃左右时，电极表面sei膜开始分解，电池热失控触发条件开始成立。随着一系列链式放热反应的发生，电池内部升温速率呈指数增加，温度会迅速接近易燃电解质的燃点，从而引发电池的燃烧和爆炸。因此，防止锂离子电池热失控，建立电池安全防控系统，是未来进一步升级优化锂离子电池的重要前提。
4、因此，设计一种技术方案来解决电池的能量密度和安全性的问题，从而提升电池的性能，是目前所急需的。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合集流体及其制备方法和应用。本专利技术提供的复合集流体，导电性得到了提升，促进了li+的均匀沉积，避免了锂枝晶的存在，具有更加轻量化设计，使得电池的能量密度得到了提升，同时还防止了电芯热失控时热量的上升，并阻止热扩散，提升了电池的安全形成；此外，还改善了焊接问题，具有实际应用的便捷性的优势。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种复合集流体，所述复合集流体包括：
4、多孔金属中间层；
5、多孔聚合物层，所述多孔聚合物层分别位于所述多孔金属中间层的两侧表面；
6、所述多孔聚合物层的孔洞中填充有金属颗粒。
7、需要说明的是，本专利技术中的多孔金属中间层和多孔聚合物层中的孔洞结构均沿膜层的厚度方向设置。
8、本专利技术提供的复合集流体，采用两层聚合物中间为金属层的结构，极大地降低了集流体的重量，可以显著提升电芯的质量能量密度，且具有优异机械柔韧性，不容易发生断裂，能更好地避免电池的短路情况发生，降低热失控发生概率；聚合物层和金属层均为多孔结构，填充于多孔聚合物层中的金属颗粒与多孔金属中间层相互接触，实现了复合集流体正反两面的导电网络的连通，无需额外的进行极耳焊接，具有实际应用的便捷性的优势，同时还改善了因聚合物层存在而带来的导电性差的问题；并且促进了li+的均匀沉积，避免了锂枝晶的存在。
9、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。
10、优选地，所述多孔金属中间层的金属材料包括铜、金或银中的任意一种或至少两种的组合。
11、优选地，所述多孔聚合物层中的聚合物的重均分子量为10000~30000。
12、优选地，所述多孔聚合物层中的聚合物包括聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。
13、优选地，所述多孔聚合物层中的孔径大小为5~20μm。
14、优选地，以垂直于所述多孔聚合物层的厚度方向为水平方向，相邻的所述多孔聚合物层中的孔洞在同一所述水平方向上的孔洞中心距为500~5000μm。
15、优选地，所述多孔聚合物层的厚度t1与所述多孔金属层的厚度t2满足：2μm≤t1+t2≤12μm。
16、优选地，所述多孔聚合物层的厚度t1与所述多孔金属层的厚度t2满足：1/2≤t1/(t1+t2)≤10/12。
17、优选地，所述多孔聚合物层与所述多孔金属层之间还通过所述多孔聚合物层的所述孔洞中的所述金属颗粒连接。
18、优选地，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面修饰有第一亲锂性聚合物；所述第一亲锂性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
19、优选地，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面还修饰有第二亲锂性聚合物，所述第二亲锂性聚合物与所述第一亲锂性聚合物接枝连接；所述第二亲锂性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
20、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的复合集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
21、于多孔金属中间层两侧表面复合多孔聚合物层，然后在多孔聚合物层的孔洞中填充金属颗粒，得到所述复合集流体。
22、优选地，所述于多孔金属中间层两侧表面复合多孔聚合物层的方法包括：于所述多孔金属中间层两侧表面设置不含孔的聚合物层，对所述不含孔的聚合物层进行造孔处理，得到所述多孔聚合物层。
23、优选地，对所述不含孔的聚合物层中远离所述多孔金属中间层的一侧表面进行第一亲锂性聚合物的原位聚合。
24、优选地，所述第一亲锂性聚合物原位聚合后，在所述第一亲锂性聚合物的表面接枝第二亲锂性聚合物。
25、第三方面，本专利技术还提供一种电池，所述电池包括如第一方面所述的复合集流体或如第二方面所述的制备方法制备得到的复合集流体。
26、相对于现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括：
2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔金属中间层的金属材料包括铜、金或银中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层满足以下条件（a）至（d）中的至少一个：
4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层与所述多孔金属中间层满足以下条件（e）至（g）中的至少一个：
5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面修饰有第一亲锂性聚合物；所述第一亲锂性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求5所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面还修饰有第二亲锂性聚合物，所述第二亲锂性聚合物与所述第一亲锂性聚合物接枝连接；所述第二亲锂性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
7.一种如权利要求1-6任一项所
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述于多孔金属中间层两侧表面复合多孔聚合物层的方法包括：于所述多孔金属中间层两侧表面设置不含孔的聚合物层，对所述不含孔的聚合物层进行造孔处理，得到所述多孔聚合物层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，对所述不含孔的聚合物层中远离所述多孔金属中间层的一侧表面进行第一亲锂性聚合物的原位聚合。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一亲锂性聚合物原位聚合后，在所述第一亲锂性聚合物的表面接枝第二亲锂性聚合物。
11.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1-6任一项所述的复合集流体或如权利要求7-10任一项所述的制备方法制备得到的复合集流体。
...【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括：
2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔金属中间层的金属材料包括铜、金或银中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层满足以下条件（a）至（d）中的至少一个：
4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层与所述多孔金属中间层满足以下条件（e）至（g）中的至少一个：
5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面修饰有第一亲锂性聚合物；所述第一亲锂性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求5所述的复合集流体，其特征在于，所述多孔聚合物层远离所述多孔金属层一侧的表面还修饰有第二亲锂性聚合物，所述第二亲锂性聚合物与所述第一亲锂性聚合物接枝连接；所述第二亲锂...
【专利技术属性】
技术研发人员：於洪将，张振渊，游坤，华秉杨，王汭，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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