[发明专利]一种复合集流体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合集流体及其制备方法，属于二次电池技术领域。本发明提供的复合集流体的形状记忆聚合物支撑层具有尖锥的原始结构，支撑层的开孔内填充有发泡剂和发泡助剂。本发明提供的一类复合集流体，能降低重量，提高电池的能量密度；其次，本发明提供的复合集流体，增加了热敏功能，一方面在电池出现热失控和外部冲击后，具有自阻断设计可以截断二次电池内部的电化学反应；另一方面，在二次电池高温时可以降低二次电池的发热，对电池的安全性能有着三重保障。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，更具体地，涉及一种复合集流体及其制备方法，尤其涉及一种复合集流体、电极极片和二次电池。

背景技术

绿色能源的不断发展对锂离子电池(LIB)的能量密度提出了更高的要求。为满足高能量密度，锂离子电池中的所有电池组件(包括电化学非活性组件)已经趋于极限。例如：在集电器中将铜箔的厚度为20μm和铝箔的厚度为18μm减少到铜箔的厚度为6～10μm和铝箔的厚度为10～15μm。这一举措降低了材料成本，提高了电池的能量密度，但进一步降低集电器的厚度在技术上具有挑战性(尤其是在卷装生产中实现优异的表面光洁度和均匀性)，并使电池组装和操作的处理复杂化。因此，如何进一步降低集流体的质量成为未来优化电池结构的重点。

此外，随着锂离子电池在不同领域中的广泛应用，其表现出的安全隐患问题也逐渐成为人们讨论的焦点。如负极析出锂枝晶、隔膜收缩或熔化等情况，极易造成电池短路，产生大量热。通常而言，当电池内部温度在90℃左右时，电极表面SEI膜开始分解，电池热失控触发条件开始成立。随着一系列链式放热反应的发生，电池内部升温速率呈指数增加，温度会迅速接近易燃电解质的燃点，从而引发电池的燃烧和爆炸。因此，防止锂离子电池热失控，建立电池安全防控系统，是未来进一步升级优化锂离子电池的重要前提。

目前，电池研究者们主要从电池“外部”和“内部”防控设计出发，来预防电池安全隐患。然而，当电池发生热失控时，温度会在极短的时间内迅速上升，外部检测设备很难迅速响应。相比而言，改善内部构造防止热失控的策略更受研究者青睐。比如，商业化PP-PE-PP隔膜中，多孔结构PE层在热失控过程中会首先熔融，造成孔结构塌陷实现传质受阻，但过热仍有可能会导致隔膜收缩，引起电池内部短路。此外，在易燃电解液中添加阻燃剂或制备不易燃固态电解质来增加阻燃性，也是一项有利的策略。然而，阻燃剂或固态电解质的引入降低了锂离子电导率和迁移率，削弱了电池电化学性能。因此，在不影响电池电化学性能的前提下，设计一种能对热失控做出迅速响应的电池“内部”防控材料是解决电池安全问题的必要手段。

因此，确有必要设计一种技术方案来解决上述能量密度和安全性的问题。

发明内容

本发明提供的复合集流体的形状记忆聚合物支撑层具有尖锥的原始结构，支撑层的开孔内填充有发泡剂和发泡助剂。本发明提供的一类复合集流体，能降低重量，提高电池的能量密度；其次，本发明提供的复合集流体，增加了热敏功能，一方面在电池出现热失控和外部冲击后，具有自阻断设计可以截断二次电池内部的电化学反应；另一方面，在二次电池高温时可以降低二次电池的发热，对电池的安全性能有着三重保障。由此解决现有技术中电池能量密度低，以及电池对热失控的安全问题。

根据本发明第一方面，提供了一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将具有形状记忆的高分子聚合物采用流延法制备成表面具有尖锥结构的薄膜；

(2)将步骤(1)得到的表面具有尖锥结构的薄膜进行热压和冷却处理，得到表面平整的形状记忆聚合物支撑层；

(3)在步骤(2)得到的表面平整的形状记忆聚合物支撑层上开孔，然后浸入含有发泡剂和发泡助剂的悬浮液中，并使发泡剂和发泡助剂向开孔内沉淀；然后将支撑层从悬浮液中取出，加热蒸干溶剂，完成发泡剂和发泡助剂填充；

(4)在步骤(3)得到的支撑层的上下表面制备粘接层；在上粘接层的上表面和下粘接层的下表面制备金属镀层，即得到复合集流体。