[发明专利]一种复合集流体、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供一种复合集流体、制备方法及锂离子电池，复合集流体由多孔箔材、补锂层及热敏性材料的导电安全层组成，制备方法包括形成多孔箔材；根据多孔箔材的厚度及孔隙率来确定多孔箔材、补锂层及热敏性材料的导电安全层的材料种类与厚度；通过涂布法、浸涂法实现集流体和热敏性材料的导电安全层的复合，在制备的复合集流体上进行活性材料的涂覆；锂离子电池包括正极极片、隔膜和负极极片，正极极片、负极极片的集流体可选用复合集流体，在复合集流体的双面涂覆活性物质，制得极片可直接应用于电池中。本发明通过造孔实现金属集流体的轻量化，提升负极活性材料的首次效率及锂离子电池的能量密度，减轻甚至避免锂离子电池的热扩散带来的巨大危害。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合集流体、制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于其各项优异的性能指标，特别是具有良好的循环寿命、较高的工作电压、无记忆效应以及较少的污染等特性，得到了广泛的应用。包括各类电动工具、电动车及大型储能电源系统等不同领域。

近年来新能源市场不断发展成熟，电动汽车的渗透率在2021年已经达到了10％以上，同时用户对整车的续航要求也在不断提升。2021年乘用车的续驶里程普遍达到了500km以上，这就意味着对高能量密度的锂离子电池需求量显著提高。但能量密度的不断升高往往以为了其安全性会有不同程度的降低，为了解决这一相互矛盾的课题，需要从锂离子电池的结构及材料角度进行综合性的创新设计，特别是在集流体方面设计创新。

现有技术公开了一种多层材料，包括一个固体基体和至少两个重叠的固体层，这些固体层含有电化学活性材料的颗粒，第一固体层附着于附体基体上而第二固体层附着于第一固体层上。所述多层材料具有上部层不少于95％的恒定厚度以及第二固体层进入第一固体层的一个渗透深度，该深度小于第一固体层的10％，并且作为电极成分能够制备具有低超复合降解风险的发生器。但是由于集流体层未做调整，同时作为多层材料均有具有电化学活性的正极或负极材料，虽然通过采用高能量密度和低能量密度的材料进行多层搭配，但需要对能量密度进行较大牺牲才有可能实现安全性的提升，甚至对安全性的提升的贡献几乎为零。相比于此方案，本发明不仅对集流体进行了轻量化处理，同时锂离子电池的活性材料可采用高能量密度体系，可通过热敏性材料实现锂离子电池安全性的提升，即实现了高能量密度和安全性的双重提升。

现有技术还公开了一种集流体，其极片和电池。所申请的集流体包括绝缘层和导电层，绝缘层用于承载导电层；导电层用于承载电极活性材料层，导电层位于绝缘层的至少一个表面上，导电层的厚度为D2，D2满足：300nm≤D2≤2μm，集流体还包括设置于导电层的至少一个表面上的保护层。其集流体可提高电池异常情况下发生短路时的短路电阻，使短路电流大幅度减小，极大地降低短路产热量，改善电池的安全性能，同时保护层可以提高导电层的机械强度，进一步提高电池的安全性能，同时还可以防止导电层被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的工作稳定性和使用寿命。但是由于其的工艺复杂而昂贵，因为导电层需要与绝缘层形成良好接触界面，如果采取机械辊压方式，对绝缘层厚度及强度有较高要求，难以保证复合集流体的厚度控制；如果采取胶水粘接的方式，可选用的胶水种类不多，同时需要高温或长时间静置以实现粘接效果，生产效率不高；如果采取真空蒸镀方式，能够得到性能良好的复合集流体，但是设备工艺成本较高，不利于广泛应用。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合集流体，还提供一种复合集流体的制备方法及锂离子电池，以解决高能量密度和安全性的双重提升的问题。通过轻量化技术结合补锂层和导电热敏材料层的复合集流体来进一步提升锂离子电池能量密度及安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复合集流体，由多孔箔材、补锂层以及热敏性材料的导电安全层组成；所述多孔箔材由金属导电材或碳基导电材料制成，材料的孔隙率为0％～60％；所述补锂层由锂金属材料或锂金属化合物材料制成；所述热敏性材料的导电安全层的材料由具有正温度系数材料、导电材料及粘接剂组成。