[发明专利]一种防漏双极性集流体和高电压电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种防漏双极性集流体和高电压电池及其制备方法。

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且备受关注。为了将电池活性物质产生的电流汇集起来，通常将电极活性物质涂覆在集流体上，集流体通常为铜箔、铝箔等金属箔膜，集流体与活性物质充分接触，从而形成较大的电流对外输出。

通常采用内部叠加串联电极的方法来制备高电压电池。但是，现有技术中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穿透性裂纹或孔洞，电解液进入其中而发生漏液，则电池将发生内部短路。

目前，为解决集流体漏液问题，一般是先制备聚合物薄膜，然后在聚合物薄膜上镀金属薄膜制得复合集流体，这种集流体大都是利用两端来导电，导电性能较差；而且，长时间使用中，渗入金属穿透性裂纹和孔洞的电解液仍可能通过金属-聚合物界面渗出，引起电池内部短路。

发明内容

为了解决以上提到的问题，本发明提供了一种防漏双极性集流体和高电压电池及其制备方法，该集流体应用于高电压电池的制作。采用聚合物对金属薄膜穿透性裂纹和孔洞进行补漏，可以有效地阻止电解液的通过，避免由此引起的电池内部短路问题。

本发明的一个目的在于提供一种防漏双极性集流体。

本发明提供一种防漏双极性集流体包括：金属薄膜；以及渗入金属薄膜的穿透性裂纹和孔洞中的聚合物。

金属薄膜采用镍、铝、铝镍复合、铝铜复合和不锈钢的导电性能良好并且耐电解液性能良好的金属材料中的一种，厚度为5～50μm。金属薄膜含有穿透性裂纹和孔洞，需要用聚合物来填补，以有效地阻止电解液的通过，从而避免由此引起的电池内部短路的问题。聚合物采用聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚酰胺PA、聚碳酸酯PC、聚偏氟乙烯PVDF、马来酸酐接枝聚乙烯MAH-g-PE以及苯乙烯/丁二烯/苯乙烯SBS共聚物的耐电解液腐蚀性能良好且与金属薄膜之间粘接性良好的聚合物材料中的一种或几种的复合物。

在集流体的制备过程中，将掺杂有导电粉体的聚合物的溶液或者熔体真空流延涂布在金属薄膜的上表面和下表面，形成薄膜层，然后惰性气体增压，以确保聚合物渗入到金属薄膜的穿透性裂纹和孔洞中；再去除金属薄膜的上表面和下表面的多余的薄膜层，从而得到本发明的集流体。但是，在实际的制备过程中，由于聚合物与金属薄膜之间的粘接较为紧密，某些情况下，没有完全去除金属薄膜表层的聚合物，从而在金属薄膜的上表面和下表面粘接有薄膜层。为确保集流体的导电性，在聚合物中掺杂导电粉体，以保证薄膜层具有良好的导电性。薄膜层的厚度为0～10μm。导电粉体采用石墨、炭黑、碳纤维和金属粉体中的一种或几种的混合物。

本发明的另一个目的在于提供一种防漏双极性集流体的制备方法。

本发明的防漏双极性集流体的制备方法包括以下步骤：

1）对金属薄膜进行预处理，具体包括：

a.清洗金属薄膜；

b.对金属薄膜进行干燥：温度70～90℃，热风干燥1～3min；

c.对金属薄膜进行活化处理：在一定温度下，将金属薄膜浸入酸液中，滞留一段时间后牵引出，采用喷淋或浸渍方法，用水将金属薄膜清洗干净；

2）对金属薄膜进行真空流延涂布：将金属薄膜牵引进真空流延涂布室，抽真空，真空度1～50Pa，加热板加热，干燥金属薄膜，溶液涂布或者熔体涂布方法将聚合物溶液或熔体流延到金属薄膜上，形成薄膜层；

3）对金属薄膜进行惰性气体增压：将金属薄膜牵引进惰性气体增压室，惰性气体增压0.5~2.0MPa，并滞留20～40min，加热板加热，以确保聚合物渗入到金属薄膜的穿透性裂纹和孔洞中，金属薄膜在牵引下经过两个加热刮板或者加热滚筒间，控制两个加热刮板或加热滚筒的间距，去除金属薄膜表面多余的薄膜层，牵出惰性气体增压室，其中：室内的加热板、加热刮板或加热滚筒的温度为220～280℃；

4）对金属薄膜进行热压定型：将金属薄膜牵引到热压定型室内加热板上加热，加热板和加热滚筒的温度70～110℃，加热滚筒滚压定型，得到本发明的防漏双极性集流体。

其中，在步骤1）a中，清洗金属薄膜可以采用：