[发明专利]一种高导热集流体及基于该集流体的高安全性锂离子电池

说明书

本发明提供了一种高导热集流体，通过以下步骤制得：将前驱体材料制成前驱体膜，前驱体膜经低温碳化和高温石墨化热处理得到石墨化的泡棉，石墨化的泡棉经压延得到一种高导热的薄膜集流体；所制得集流体的电导率为1.0×10⁵‑2.5×10⁶S m^‑1，热导率为1200‑1600W m^‑1K^‑1，厚度为5‑500μm，体积密度为1‑10mg cm^‑3，机械强度为10‑200MPa；本发明还提供一种基于上述高导热集流体的高安全性锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外包装材料，所述正极极片和负极极片至少一个由上述高导热集流体制成，所述电池的最大容量不小于1.5Ah；当该电池在使用过程中遭遇针刺等极端环境考验时，基于集流体优异的导热性能，可以有效传递并降低电池内部温度，减弱化学副反应，从而避免电池热量集中带来的起火和爆炸现象。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高导热集流体及基于该集流体的高安全性锂离子电池。

背景技术

新能源储能电池尤其是锂离子电池在便携式及可穿戴电子产品、电网系统和电动汽车等人类文明发展中发挥着越来越大的作用。近年来，为了进一步提升续航里程范围，三元富镍正极材料Li[Ni_0.5Mn_0.2Co_0.3]O₂(NCM523)、Li[Ni_0.6Mn_0.2Co_0.2]O₂(NCM622)、Li[Ni_0.8Mn_0.1Co_0.1]O₂(NCM811)等因其较高的能量密度而被广泛应用。然而，由此产生的锂离子电池热失控事件也频繁发生，尤其在高荷电状态下，造成了越来越多灾难性的人员伤亡和财产损失，严重阻碍了锂离子电池的商业化进程。

在提高锂离子电池安全性方面有许多典型的工作已经报道，包括在集流体、隔膜或者电解质中添加阻燃成分，制备在高温下结构不易收缩的隔膜或者凝胶聚合物电解质，采用相变材料作为温度调节隔膜等等。虽然这些方法可以在一定程度上降低热失控的风险，但实际执行下来仍然存在一些困难。首先，合成过程过于复杂，难以大规模生产。其次，大多数用于安全性研究的电池容量小于1.5Ah，对于实际研究的参考意义不可靠。第三，对快速充放电过程中电池内部温度分布的研究较少。最后，缺乏从锂离子电池散热的根本方面对电池安全性的系统研究。

在锂离子电池复杂的多组分系统中，集流体与活性物质密切接触，对整个电池的散热起着至关重要的作用。商用集流体如铜箔和铝箔，由于导热性差(铝箔:166.2W m^-1K^-1，铜箔:185.7W m^-1K^-1)，在电池传热方面效果较差。特别是在热滥用和快速充放电等一系列苛刻条件下，铝箔和铜箔组装的电池很容易使电池内部热量集中，进而诱导一系列的放热反应，如分解固体电解质间相，隔膜收缩，以及负极，电解质和正极之间的化学串扰。尤其是铝箔在高温下甚至可以燃烧放热从而加剧热失控的程度，如果产生的热量不能及时散去，电池内的温度和气体压力会迅速升高，最终导致火灾、爆炸和有毒气体的产生。因此，寻找一种具有高导热率、高稳定性兼具阻燃效果的集流体迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，制作具有高导热率、高稳定性兼具阻燃效果的集流体，并利用该集流体制作高安全性锂离子电池。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种高导热集流体，通过以下步骤制得：

将前驱体材料制成前驱体膜，前驱体膜经低温碳化和高温石墨化热处理得到石墨化的泡棉材料，经进一步压延得到具有高热导率的集流体；