[发明专利]复合集流体及其制备方法以及电化学装置

说明书

本申请提供了一种复合集流体及其制备方法以及电化学装置。复合集流体包括聚合物膜层以及设置在聚合物膜层至少一面上的金属层，其中，所述聚合物膜层和所述金属层以离子键结构[M⁺COO^‑]结合，其中，M为金属层中的金属元素。制备复合集流体的方法包括步骤：在接枝有羧基的聚合物膜基体上设置金属层，得到复合集流体。电化学装置包括所述复合集流体。本申请的复合集流体的离子键结构可以提高金属层与聚合物层的粘接力，改善复合集流体分层、脱落的现象，同时其应用于电化学装置时可以提高电化学装置的能量密度，并且改善电化学装置的循环性能与高温存储性能。

技术领域

本申请涉及电化学领域，具体涉及一种复合集流体及其制备方法以及电化学装置。

背景技术

集流体贯穿了电化学装置(例如锂离子电池)全部的加工过程以及服务于电化学装置的整个生命周期，是电化学装置中活性材料的载体并为电子传输提供通道，是电化学装置中重要组成部分。集流体与电芯的能量密度密切相关，可以通过降低集流体厚度的方式提高电芯的能量密度。然而由于金属材料的特性(如断裂延伸率低)，当集流体厚度降低至一定水平后，集流体易发生断裂，破损等不良现象，造成原材料浪费、产能降低等问题。

在低密度的聚合物薄膜表面通过设置导电层得到的复合集流体可以有效降低锂离子电池集流体的密度，提升锂离子电池的重量能量密度。然而导电层与聚合物薄膜之间的附着力低，在极片加工与锂离子电池生命周期中存在复合集流体表层导电层脱落等现象，严重影响锂离子电池的循环寿命与高温存储性能。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种复合集流体及其制备方法以及电化学装置，所述复合集流体可以改善复合集流体分层、脱落的现象，同时其应用于电化学装置时可以提高电化学装置的能量密度，并且改善电化学装置的循环性能与高温存储性能。

在一些实施例中，本申请提供了一种复合集流体，其包括聚合物膜层以及设置在聚合物膜层至少一面上的金属层，其中，所述聚合物膜层和所述金属层以离子键结构[M⁺COO^-]结合，其中，M为金属层中的金属元素。

在一些实施例中，所述金属层中的金属元素包括铝、铜、镍、铁、钛、银、金、钴、铬、钼或钨中的至少一种。

在一些实施例中，所述金属层的厚度为100nm至5000nm。

在一些实施例中，所述聚合物膜层的厚度为2μm至36μm。

在一些实施例中，所述聚合物膜层表面接枝有羧基。

在一些实施例中，本申请提供了一种制备本申请的复合集流体的方法，包括步骤：在接枝有羧基的聚合物膜基体上设置金属层，得到复合集流体。

在一些实施例中，所述复合集流体的制备方法包括步骤：a.对聚合物膜进行氧气等离子体或电晕处理，使其产生携带活性氢原子的羟基；b.将步骤a的聚合物膜涂覆或浸渍酸酐溶液，使发生羧基化反应；c.羧基化反应完后，将酸酐溶液中的溶剂蒸发，得到接枝有羧基的聚合物膜基体；d.在接枝有羧基的聚合物膜基体上沉积金属层，得到复合集流体。

在一些实施例中，在步骤a中，所述聚合物膜材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲醛、聚对苯硫醚、聚对苯醚、聚氯乙烯、聚酰胺或聚四氟乙烯中的至少一种。

在一些实施例中，在步骤b中，所述酸酐包括邻苯二甲酸酐、马来酸酐或聚烯烃接枝马来酸酐中的至少一种。

在一些实施例中，本申请提供了一种电化学装置，其包括本申请的复合集流体。