[发明专利]柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池。

背景技术

由于能量密度高、可靠性好以及环保性能优良，锂电池已经成为市场上最重要的储能装置之一，广泛应用于数码相机、手机和笔记本电脑等便携式电子产品。随着近期电动车的兴起和飞速发展，锂离子电池的能量密度和稳定性又得到了进一步的提升和改善。集流体作为锂电池中的连接电极和外部电路的组成部分，对电池性能的发挥有着至关重要的影响。集流体的作用就是将汇集其表面的正极或者负极活性材料层各部分小电流而形成较大的对外电流。

目前，锂电池电极片主要采用金属箔集流体上涂覆电极材料的层级堆叠模式。金属箔集流体和电极材料层完全分隔开，两层间接触形成较大的界面电阻。改善其与电极材料层的表面接触成为制作高比能电池的关键问题之一。

传统正极集流体采用的是铝箔，厚度在15～20μm，负极集流体采用的铜箔，厚度在8～12μm。金属箔具有良好的导电性能，但是在上述厚度时机械加工性能较差，表现为整体较脆，韧性不足，一旦受到外力冲击或者外力变形作用，会产生不可逆痕迹甚至孔洞，导致电池正负极出现漏电流，不但影响整个电池的性能效率，甚至有可能出现严重的安全问题。此外，金属箔的单位面积质量较大，传统的铜箔和铝箔占整个电池质量的15～20％，是除了正负电极材料外电池最重的部分。因此，国外的领先同行都在追求更薄更轻的集流体材料或者结构，降低其质量，从而有效的提高的能量密度。

发明内容

针对现有技术中集流体单位面积质量大、集流体和电极材料之间界面电阻大的不足，本发明提供了一种柔性的集流体、包含该柔性集流体的电极及电池，该集流体单位面积质量小，包含该柔性集流体的电极中集流体和电极材料之间界面电阻小。

一种柔性集流体，包括纺织物基底和金属导电镀层，金属导电镀层包覆在纺织物基底的纤维上；

所述金属导电镀层的厚度为200nm～5μm。

本发明的柔性集流体采用纺织物作为基底，通过在纺织物纤维外包覆金属导电镀层形成三维导电结构，该柔性集流体单位面积质量小，能大大降低整体电极的质量，并且比表面积大，能优化电极材料与集流体的接触，减小集流体和电极材料之间界面电阻。

为了保证柔性集流体的机械强度和导电性能，应保证纺织物基底的厚度和纺织物基底中纤维的直径，作为优选，所述的纺织物基底的层数为2～5；所述的纺织物基底的纤维直径为1μm～30μm。

进一步优选的，所述的柔性集流体的厚度为5μm～80μm；更优选的，所述的柔性集流体的厚度为10μm～50μm。

作为优选，所述的金属导电镀层的厚度为200nm～5μm；进一步优选的，所述的金属导电镀层的厚度为500nm～3μm。既能保证柔性集流体具有较好的机械强度和导电性能，又能保证柔性集流体的单位面积质量小，能有效提高电池的能量密度。

为了增大柔性集流体的比表面积，优化电极材料与集流体的接触，减小集流体和电极材料之间界面电阻，应优化设计纺织物基底的编织结构，保证纺织物基底具有合适的孔隙率和孔隙大小。作为优选，所述的柔性集流体的孔隙率为20％～85％；进一步优选的，所述的柔性集流体的孔隙率为25％～50％。

该技术方案下的柔性集流体具有较好的机械强度，同时，其比表面积较大，能大大减小集流体和电极材料之间界面电阻。

作为优选，所述的柔性集流体的单位面积质量为5g/m²～300g/m²；进一步优选的，所述的柔性集流体的单位面积质量为10g/m²～50g/m²。

所述的纺织物基底的材料为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚烯烃纤维、聚乙烯醇纤维、聚氨酯纤维、黏胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维、棉、麻、羊毛、丝中的一种或几种。

柔性集流体的基底为高分子材料，受高温后收缩熔断，在电池中产生高温发热(150℃左右)时，可以提前对电池进行物理断路，形成新一道防护体系。

所述的金属导电镀层的材料为Cu、Al、Ni、Au、Ag、Zn、Fe中的一种或几种。

作为优选，所述的金属导电镀层由内到外依次包括铜镀层和镍镀层；

所述铜镀层的厚度为100nm～3μm；

所述镍镀层的厚度为100nm～2μm。

该柔性集流体及能作为正极集流体，又能作为负极集流体。内层的铜镀层可保证柔性集流体的导电性能。