柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池，其中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。包含该柔性集流体的电极，其电极活性材料负载于所述的柔性集流体的表面和/或孔隙内。采用本发明专利技术的电极制备的电池，可有效降低电池的界面内阻，降低单位面积电极质量，提高其质量能量密度；由于本发明专利技术的柔性集流体相对于传统金属箔有更好的机械加工性能，这也能提高电池的生产效率，降低生产成本；本发明专利技术的集流体基底为高分子材料，在高温时能够收缩熔断，提高了电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池
本专利技术涉及电池
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术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。铜具有较高的导电性能，而镍有较好的抗腐蚀抗氧化性能，采用这样的镍包铜的复合结构能保护铜不被氧化，有利于生产应用，同时减少了在生产转移中被空气氧化而降低导电性的可能性。进一步优选的，所述铜镀层的厚度为400nm～2μm；所述镍镀层的厚度为100nm～1μm。本专利技术的柔性集流体可由以下工艺制备：(1)将纺织物基底布用丙酮、酒精分别清洗后，用UV等离子体对其表面进行活化；(2)采用真空溅射的方法用金属导电镀层靶材在纺织物基底布两面进行初步的金属镀膜，膜厚在50nm～200nm之间；(3)利用电泳技术，在纺织物基底表面的金属镀膜上进行金属电镀。本专利技术的柔性集流体具有以下优点：(1)具有较好的柔韧性和机械加工性能，以弯曲半径为1em弯曲180°超过20000次后，其电阻变化＜1％；(2)具有良好的热稳定性，在120℃下烘烤5小时后，其热收缩率＜3％，电阻变化＜1％；(3)具有良好的导电性能，其方阻为1mΩ～50mΩ。本专利技术还提供了一种电极，包括如上所述的柔性集流体和电极活性材料；所述的电极活性材料负载于所述的柔性集流体的表面和/或孔隙内。本专利技术的电极，柔性集流体的比表面积较大，电极活性材料不仅负载柔性集流体的表面，还能占据在其内部孔隙内，提高单位面积柔性集流体上电极材料的负载量；同时电极活性材料与柔性集流体的表面充分接触，提升电极材料与导电网络的接触性能，减小电极内电极活性材料与柔性集流体之间的界面内阻。本专利技术还提供了上述电极的制备方法，包括：将电极活性材料制成电极浆料，涂覆于厚度为5μm～80μm的柔性集流体上，在80℃～120℃的真空烘箱中干燥后，得到所述的电极；电极浆料涂覆厚度为30μm～350μm。正极极片的制备方法为：将电极活性材料溶于N-甲基吡咯烷酮中制得电极浆料，以重量百分比计，所述的电极活性材料包括：三元正极材料87～95％、聚偏氟乙烯3～7％以及乙炔黑2～6％；将电极浆料涂覆于厚度为5μm～80μm的柔性集流体上，在80℃～120℃的真空烘箱中干燥后，得到正极极片。负极极片的制备方法为：将电极活性材料溶于N-甲基吡咯烷酮中制得电极浆料，以重量百分比计，所述的电极活性材料包括：石墨材料87～93％、聚偏氟乙烯5～8％以及乙炔黑2～5％；将电极浆料涂覆于厚度为5μm～80μm的柔性集流体上，在80℃～120℃的真空烘箱中干燥后，得到负极极片。本专利技术还提供了一种包含上述电极的电池。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的电极制备的电池，可有效降低电池的界面内阻，降低单位面积电极质量，提高其质量能量密度；由于本专利技术的柔性集流体相对于传统金属箔有更好的机械加工性能，这也能提高电池的生产效率，降低生产成本；本专利技术的集流体基底为高分子材料，在高温时能够收缩熔断，提高了电池的安全性能。附图说明图1为本专利技术的柔性集流体的截面结构示意图；图2为本专利技术的柔性集流体中单根纤维的结构示意图；图3为本专利技术的电极的截面结构示意图。其中：1、柔性集流体；2、导电纤维；3、纺织物基底纤维；4、金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性集流体，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种柔性集流体，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述的纺织物基底的层数为2～5；所述纤维的直径为1μm～30μm。3.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述的柔性集流体的厚度为5μm～80μm。4.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述的柔性集流体的孔隙率为20％～85％。5.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，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。6.一种电极，包括集流体和电极活性材料，其特征在于，所述的集流体为如权利要求1～5任一项所述的柔性集流体；所述的电极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永志，汪小知，傅杰，聂赞相，徐天白，沃华蕾，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33