复合集流体及其制备方法、电极和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种复合集流体及其制备方法、电极和锂离子电池，其中复合集流体包括集流体及形成于集流体的表面涂层，表面涂层包括纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂。上述复合集流体的表面涂层中的纳米铋为纳米量级，能够增加集流体与活性材料层中的活性物质的接触面积，进而减小界面内阻，从而提高电池容量的稳定性；且纳米铋的熔点低，能够在锂离子电池受热时熔断，切断活性物质与集流体的接触，从而切断导电通路避免进一步热失控。纳米铋和纳米氧化铋的相容性好，复合集流体中具有阻燃作用的纳米氧化铋在锂离子电池受热温度升高时，可与纳米铋协同实现抑制电池燃烧、起到防止锂离子电池爆炸的作用，进而提高了电池的安全性能。

Composite collector and its preparation method, electrodes and lithium-ion batteries

The invention relates to a composite collector and its preparation method, electrodes and lithium ion batteries, in which the composite collector comprises a collector and a surface coating formed on the collector, and the surface coating comprises nano-bismuth, Nano-Bismuth oxide, binder and conductive agent. The Nano-Bismuth in the surface coating of the composite collector is nano-scale, which can increase the contact area between the collector and the active substance in the active material layer, thereby reducing the interfacial resistance, thereby improving the stability of the battery capacity; moreover, the low melting point of Nano-Bismuth can fuse when the lithium ion battery is heated, and cut off the contact between the active substance and the collector, thus cutting off the conductive path to avoid. Avoid further heat runaway. Nano-bismuth and Nano-Bismuth oxide have good compatibility. When the heating temperature of lithium-ion batteries increases, Nano-Bismuth oxide can cooperate with Nano-Bismuth to suppress the combustion of lithium-ion batteries and prevent the explosion of lithium-ion batteries, thus improving the safety performance of batteries.

【技术实现步骤摘要】
复合集流体及其制备方法、电极和锂离子电池
本专利技术涉及电池
，特比是涉及一种复合集流体及其制备方法、电极和锂离子电池。
技术介绍
随着新能源行业的迅猛发展，对电化学设备的要求也日益提高。一方面要求较高的能量密度、快速充放电等电化学性能；另一方面追求较高的安全性能。集流体是锂离子电池中重要的组成部分，是指承载正极或负极活性物质的力学载体，同时可以为电子提供迁移通道。目前的锂离子电池集流体多为铜箔和铝箔，基于此制得的锂离子电池的电池容量稳定性有待提高；此外，目前的锂离子电池在高温的环境下存在易爆的问题，因此其环境存放的温度最好在35℃以下。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够提高锂离子电池的电池容量稳定性及安全性能的集流体。本专利技术的一个方面，提供了一种复合集流体，包括集流体及形成于所述集流体的表面涂层，所述表面涂层包括纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂。在其中一个实施例中，所述纳米铋、所述纳米氧化铋、所述粘结剂和所述导电剂的质量比为(6～8):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)。在其中一个实施例中，所述纳米铋的粒径为5nm～100nm；所述纳米氧化铋的粒径为10nm～100nm。优选地，纳米铋及纳米氧化铋的比表面积为1～50m2/g。在其中一个实施例中，所述表面涂层的厚度不超过2微米。在其中一个实施例中，所述粘结剂选自丁苯橡胶、丙烯酸树脂、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯及聚乙烯醇中的至少一种；所述导电剂选自碳黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、SP及KS-6中的至少一种。在其中一个实施例中，所述集流体选自铝箔、泡沫镍、镍箔、镍网、铜网、铜箔、不锈钢网、不锈钢冲孔钢带、不锈钢箔、钛箔、钛网、铅箔、铅布、石墨化碳布及石墨烯布材料中的至少一种。本专利技术的另一个方面，提供了一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：将纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂在溶剂中混合，得到浆料；将所述浆料涂覆于集流体的表面，烘干，得到复合集流体。本专利技术的另一个方面，提供了一种电极，包括上述任一项所述的复合集流体及形成于所述复合集流体的所述表面涂层上的活性材料层。在其中一个实施例中，所述电极为锂离子电池用电极；所述电极为正极，所述活性材料层含有三元正极材料；或所述电极为负极，所述活性材料层含有石墨负极材料。本专利技术的另一个方面，提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极和负极中的至少一种为上述任一项所述的电极。上述复合集流体可用于锂离子电池，复合集流体的表面涂层中的纳米铋为纳米量级，具有较大的比表面积，能够增加集流体与活性材料层中的活性物质的接触面积，进而减小界面内阻，从而提高电池的循环性能及电池容量的稳定性；且纳米铋的熔点低，能够在锂离子电池受热时熔断，切断活性物质与集流体的接触，从而切断导电通路，避免进一步热失控。与此同时，纳米铋和纳米氧化铋的相容性好，复合集流体的表面涂层中具有阻燃作用的纳米氧化铋在锂离子电池受热温度升高时，可与纳米铋协同实现抑制电池燃烧、起到防止锂离子电池爆炸的作用，进而提高了电池的安全性能。此外，铋的超导性能可降低电池内阻，上述复合集流体在低温情况下也具有较好的电池容量稳定性。附图说明图1为实施例1制得的复合集流体的结构示意图；图2为实施例6和对比例1制得的锂离子电池的循环测试性能图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术一实施方式提供了一种复合集流体，包括集流体及形成于集流体的表面涂层，表面涂层包括纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂。在其中一个实施例中，纳米铋的粒径为5nm～100nm；纳米氧化铋的粒径为10nm～100nm。优选地，纳米铋及纳米氧化铋的比表面积为1～50m2/g。在其中一个实施例中，表面涂层的厚度不超过2微米。在其中一个实施例中，粘结剂包括但不限于丁苯橡胶、丙烯酸树脂、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯及聚乙烯醇中的至少一种。导电剂包括但不限于碳黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、SP及KS-6中的至少一种。集流体包括但不限于铝箔、泡沫镍、镍箔、镍网、铜网、铜箔、不锈钢网、不锈钢冲孔钢带、不锈钢箔、钛箔、钛网、铅箔、铅布、石墨化碳布及石墨烯布材料中的至少一种。上述复合集流体可用于锂离子电池，复合集流体的表面涂层中的纳米铋为纳米量级，具有较大的比表面积，能够增加集流体与活性材料层中的活性物质的接触面积，进而减小界面内阻，从而提高电池的循环性能及电池容量的稳定性；且纳米铋的熔点低，能够在锂离子电池受热时熔断，切断活性物质与集流体的接触，从而切断导电通路，避免进一步热失控。与此同时，纳米铋和纳米氧化铋的相容性好，复合集流体的表面涂层中具有阻燃作用的纳米氧化铋在锂离子电池受热温度升高时，可与纳米铋协同实现抑制电池燃烧、起到防止锂离子电池爆炸的作用，进而提高了电池的安全性能。此外，由于铋的超导性能可以降低电池内阻，上述复合集流体在低温情况下也具有较好的电池容量稳定性。在其中一个实施例中，纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂的质量比为(6～8):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)；控制纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂的配比可进一步提高电池容量稳定性和安全性能。本专利技术一实施方式提供了一种上述任一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤S1～S2。步骤S1：将纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂在溶剂中混合，得到浆料。根据上述一种复合集流体的表面涂层的组分提供原料。例如在其中一个实施例中，纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂的质量比为(6～8):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)。其中，溶剂优选为有机溶剂，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、DMF、乙醇、乙二醇、甲醇、异丙醇等等。可理解，纳米铋可通过可溶性铋盐和还原剂反应得到。具体地，例如硝酸铋和硼氢化钠反应得到纳米铋。且我国铋源丰富，且采用该方法制造纳米铋所要求的反应物浓度较低，成本低廉。步骤S2：将浆料涂覆于集流体的表面，烘干，得到复合集流体。进一步地，烘干的条件为在80～120℃烘箱中烘干至恒重。上述复合集流体的制备方法操作简单，适用于大规模生产应用；相比传统采用化学气相沉积法将石墨烯直接包覆式生长于铜箔表面以提高电池的倍率性能以及循环寿命的方法，本专利技术上述复合集流体的制备方法条件简单易于实现，对设备要求低；且采用纳米铋和纳米氧化铋作原料，相比采用石墨烯和碳纳米管的方法，具有成本低廉的优点。本专利技术一实施方式提供了一种电极，包括上述任一项的复合集流体及形成于复合集流体的表面涂层上的活性材料层。在其中一个实施例中，上述电极为锂离子电池用电极。进一步地，上述电极为正极，活性材料层含有三元正极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括集流体及形成于所述集流体的表面涂层，所述表面涂层包括纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂。

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括集流体及形成于所述集流体的表面涂层，所述表面涂层包括纳米铋、纳米氧化铋、粘结剂和导电剂。2.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述纳米铋、所述纳米氧化铋、所述粘结剂和所述导电剂的质量比为(6～8):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)。3.如权利要求1或2所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述纳米铋的粒径为5nm～100nm；所述纳米氧化铋的粒径为10nm～100nm。4.如权利要求1或2所述的复合集流体，其特征在于，所述表面涂层的厚度不超过2微米。5.如权利要求1或2所述的复合集流体，其特征在于，所述粘结剂选自丁苯橡胶、丙烯酸树脂、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯及聚乙烯醇中的至少一种；所述导电剂选自碳黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、SP及KS-6中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋海霞，王雁生，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43