[发明专利]一种双极性集流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种双极性集流体及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境恶化已成为传统汽车发展的最大障碍，而发展电动汽车是能够缓解这些问题的有效手段。电动汽车的关键技术之一是动力电池。目前，由于锂离子电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等优点已作为电动汽车用动力电池备受关注。然而，目前电动汽车用动力电池的安全性和一致性问题已经成为电动汽车产业规模发展的技术瓶颈。

内部叠加串联电极制备高电压电池是上述问题的一个较好的解决思路。但是，现有内部串联高电压电池的集流体一般采用的是铜铝复合箔膜，箔膜厚度小于100微米，所以达到所用复合薄膜中铜箔和铝箔没有孔洞是一个很难解决的技术问题。如果一旦箔膜中存在微小的孔洞，电解液进入，则使电池发生短路。倘若是铝箔有孔洞，则会导致铜箔负极不断被氧化。另外，由于单电池很薄，如果采用铜铝复合箔膜，则很容易导致两个集流体边缘部分接触，致使电池发生短路，这些问题的存在都会增加高电压电池的安全隐患。

发明内容

为解决高电压电池制备过程中存在的上述问题，本发明提供一种双极性集流体和其制备方法。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供的双极性集流体1包括非铝导电层2、铝箔4以及位于非铝导电层2和铝箔4之间的聚合物阻隔层3；为了实现电池的内部串联，双极性集流体1的非铝导电层2和铝箔4必须导电性接触，所以非铝导电层2和铝箔4为单边、双边或全部边缘导电接触，边缘导电接触区5宽度为0.1～1.5厘米。

所述非铝导电层为铜箔或填充有导电粒子的聚合物层；该聚合物为聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、改性聚烯烃或各种合成树脂；所述导电粒子选自炭黑、碳纤维和金属粒子。

所述非铝导电层的厚度为5～30微米，铝箔的厚度为0.01～30微米，聚合物阻隔层的厚度为0.05～10微米。

所述聚合物阻隔层的材料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚酯、乙烯-醋酸乙烯、改性聚烯烃中的一种或几种，上述材料对于电解液的阻隔性强，但导电性差。

在双极性集流体两面热压复合绝缘框构成复合双极性集流体6，该复合双极性集流体6包括上、下两个中间开有方孔或圆孔的绝缘框7，双极性集流体1的尺寸大于绝缘框7的开孔区域，双极性集流体1与两个绝缘框7之间粘接固定的区域宽度为0.2～2厘米，并且该区域宽度必须大于所述非铝导电层2和铝箔4的边缘导电接触区5的宽度；单个绝缘框7的厚度为10～500微米。

所述绝缘框为双层复合结构，两层材料的熔点相差不小于30℃，熔点较低一层的厚度为1～10微米，且低熔点层与双极性集流体粘合固定；熔点较高一层的材料选自双轴向聚丙烯、双向拉伸尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；熔点较低一层的材料选自流延聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯、改性聚乙烯中的一种。

本发明还提供一种双极性集流体的制备方法，其特征在于：

非铝导电层为铜箔的双极性集流体的制备：在铜箔表面涂布胶粘剂，复合聚合物薄膜，再真空蒸镀厚度为0.01～30微米的铝箔，或在铜箔和铝箔表面涂布胶粘剂，辊压复合聚合物薄膜，或直接将铜箔、铝箔和聚合物薄膜热压复合制得双极性集流体；将上述制得的双极性集流体裁剪成方形或圆形的小片，小片边缘的非铝导电层和铝箔导电接触。

或者：

非铝导电层为填充有导电粒子的聚合物材料的双极性集流体的制备：在铝箔表面涂布聚合物阻隔层，再涂布填充有导电粒子的聚合物或在铝箔表面涂布胶粘剂，辊压复合聚合物薄膜，再涂布填充有导电粒子的聚合物或在铝箔表面热压复合聚合物薄膜，再涂布填充有导电粒子的聚合物；将上述制得的双极性集流体裁剪成方形或圆形的小片，小片边缘的非铝导电层和铝箔导电接触。

双极性集流体制备方法中若采用胶粘的方式制备聚合物阻隔层，则使用的胶粘剂对电解液为惰性胶粘剂，包括聚氨酯胶粘剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔胶、改性聚烯烃等。

本发明还提供复合双极性集流体的制备方法，其步骤包括：

a、制备双极性集流体；

b、绝缘框的制备：将两种熔点相差不小于30℃的材料共挤复合得到厚度为10～500微米的双层膜，在双层膜中心开方孔或圆孔，裁剪后制得绝缘框；

c、双极性集流体与绝缘框的复合：将步骤a制得的双极性集流体置于上下两片绝缘框之间，并完全将绝缘框中心孔覆盖，直接热压使绝缘框的低熔点面与双极性集流体的边缘粘合固定。