本发明专利技术提供了一种集流体，所述集流体包括聚合物基体材料、金属粒子和偶联剂。所述集流体能够有效降低电池集流体重量从而提高电池的单位质量的能量密度，使得锂离子电池的活性材料层与所述安全集流体层之间的结合性能得到大大改善，同时在遇到针刺、挤压、撞击等滥用条件能够避免热失控，从而改善滥用条件的安全性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池
，即涉及一种改善锂离子电池安全性能的集流 体，可以取代传统的铝、铜或镍等作为集流体。
技术介绍
锂离子电池由于其能量密度高、功率密度高、环保等优势，已广泛应用于便携式消 费电子领域。然而，在一些滥用条件下（如：针刺、挤压、撞击），电池内部发生短路，由于热 积累导致热失控进而引起电池起火、爆炸，因此改善锂离子电池滥用条件下的安全问题成 为进一步推广锂离子电池应用的必须克服的障碍。 锂离子电池在滥用条件下热失控的原因是：当电池在挤压、针刺、挤压等短路条件 下，传统的正极集流体与负极活性材料层接触，这种短路接触电阻小，电流大，引起短路局 部温度迅速升高，触发一系列副反应，进而引起引发热失控。 因此本专利技术提出一种安全集流体，挤压、针刺、撞击等短路条件下，旨在抑制切断 高温下短路电流，改善电池安全性能，并且常温下这种集流体不影响电池电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种具有良好安全性能的锂离子电池集流体、其制备方 法及使用该集流体的锂离子二次电池。 本专利技术一方面提供一种集流体，所述集流体包括聚合物基体材料、金属粒子和偶 联剂。本专利技术的集流体中金属粒子起到导电作用，保证集流体在电池中的集流功能。聚合 物基体材料可以降低集流体重量，提高电池的单位质量中的能量密度；同时温度升高时聚 合物基体材料会发生体积膨胀，金属颗粒的导电通路被拉开，进而切断短路电流避免进一 步热失控，提高安全性。偶联剂可以改善聚合物基体材料与金属离子之间的界面结合力，避 免金属粒子脱落。 所述偶联剂选自化学式A (CH2) nSi (OB) 3表示的改性聚硅氧烷中的一种或几种，其 中A为氯基、氨基、巯基、环氧、（甲基）丙烯酰氧基或异氰酸酯基，B为氢原子、氯基、甲氧 基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基，η为正整数，优选1至10之间的正整数。化学式 A (CH2) nSi (OB) 3中A、B可选上述基团，但不限于此。 所述偶联剂的含量占所述聚合物基体材料、金属粒子和偶联剂总量的Iwt. %~ 5wt. % 〇 所述聚合物基体与所述金属粒子的质量比是50wt. %~80wt. %。 所述集流体中的金属粒子可以是导电性良好、不与电池材料发生化学反应的金属 粒子，例如铝、铜、镍粒子中的一种或多种。 所述的金属粒子50nm < D50 < 10 μ m。 所述集流体的厚度为5~50 μ m。 所述聚合物基体材料选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚乙烯中的一种 或多种。 所述集流体还包括导电添加剂。 所述导电添加剂至少选自导电炭黑、气相生长炭纤维、碳纳米管、科琴黑中的一种 或多种。 本专利技术另一方面提供一种集流体的制备方法，包括如下步骤：(a)按照一定的质 量比将聚合物基体材料溶解于溶剂，制备得到均匀分散的聚合物前驱体溶液；(b)将金属 粒子、偶联剂与所述聚合物前驱体溶液混合，并添加一定量的导电碳作为导电添加剂，制备 得到分散均匀的集流体溶液；（C)将步骤（b)中制备得到的所述集流体溶液在模具上成膜， 干燥后制备得到集流体薄膜材料。 所述步骤a)中的所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、乙腈中的一种或几种。 所述步骤（b)中的所述偶联剂选自化学式A(CH2)nSi (OB)3表示的改性聚硅氧烷中 的一种或几种，其中A为氯基、氨基、巯基、环氧、（甲基）丙烯酰氧基或异氰酸酯基，B为氢 原子、氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基。 所述步骤（b)中的所述偶联剂的含量占所述聚合物基体材料、金属粒子和偶联剂 总量的Iwt. %~5wt. %。 所述步骤（b)中的所述金属粒子与所述聚合物前驱体溶液的质量比为5wt. %~ 95wt. %。金属粒子与聚合物前驱体溶液质量比低于5wt. %时，金属粒子含量太少容易导致 金属粒子分散不均匀，而高于95wt. %时不易于取出溶剂。为了更好地分散金属粒子，金属 粒子与聚合物前驱体的质量比优选5wt. %~95wt. %。 所述步骤b)中的所述导电添加剂与所述金属粒子的质量比为0~IOwt. %。添 加导电添加剂是为了改善集流体导电性，导电添加剂含量太高则会导致温度升高时集流体 阻值增加较小，影响集流体安全效果。因此，优选导电添加剂与金属粒子的质量比为〇~ IOwt. % 〇 所述步骤c)中集流体溶液可以采用喷涂、涂覆、印刷、浇注等方式制备得到集流 体膜材料。 本专利技术还提供一种包括上述集流体的锂离子电池。 本专利技术的有益效果如下： 1.通过使用更轻的聚合物基体及金属粒子取代传统铝箱、铜箱、镍箱等金属材质 集流体，能够有效降低电池集流体重量，从而有效提高电池在单位质量中的能量密度。 2.由于集流体与电池活性材料层同时使用聚合物材料作为粘结剂，使得锂离子电 池的活性材料层与所述安全集流体层之间的粘结性能得到大大改善，能够有效保证集流体 与活性物质层之间的结构稳定性。 3.常温下，这层集流体起到正常导通电路作用；针刺、挤压、撞击等滥用条件导致 温度升高会使聚合物基体材料会发生体积膨胀，金属颗粒的导电通路被拉开，进而切断短 路电流避免进一步热失控，从而改善滥用条件的安全性能。【附图说明】 图1是实施例1制备的集流体局部SEM图； 图2是实施例1、实施例2、实施例3制备的集流体电阻随温度变化曲线图。【具体实施方式】 下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更 为清楚、明确。 制备电池 实施例1 (1)去除金属粒子表面氧化层：用配置好的浓度为10%的稀盐酸和粒度为0. 2 μπι 的铝粉以质量比为10 :1的比例在烧杯中反应30min，然后在超声波清洗剂中超声振荡 30min，后经过离心分离30min，倾倒掉上层清液并反复用去离子水洗涤至PH为6. 5~7,置 于真空烘箱中干燥备用； (2)聚合物前驱体溶液的制备：以有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP)作为溶剂和聚 偏氟乙烯（PVDF)作为聚合物基体材料，按照NMP:PVDF = 10 :1的质量比进行混合，并在磁 力搅拌器上搅拌60min ; (3)将步骤⑴中干燥的金属粒子与步骤⑵中得到的聚合物前驱体溶液按照 PVDF:铝粉=1 :1的质量比进行混合，加入Iwt. %的偶联剂Cl (CH2)2Si (OH)3，并添加占 PVDF和铝粉总质量5%的导电碳作为导电添加剂，并在80°C的条件下加热搅拌30min，制备 得到分散均匀的溶液体系。 (4)将步骤（3)中制备得到的溶液均匀喷涂在干净光滑的玻璃模具上，通过多次 喷涂及其在l〇〇°C条件下真空干燥，制备得到厚度为20 μ m的集流体薄膜材料。 (5)称取90wt. %的正极活性材料（例如，NCM)、6wt. %的导电炭黑以及4wt. %的 粘结剂PVDF并混合，之后将得到的混合物均匀分散在有机溶剂NMP中制备成正极浆料，通 过搅拌，喷涂至步骤（4)中制备的集流体，干燥，辊压，切片等工艺，制备得到正极极片。 (6)以石墨作为负极活性材料，制备流程与上述步骤（5)类似，制备得到负极极 片。 (7)非水溶剂为体积比为3:7的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，向非水溶剂 中添加 IM的LiPFf^为锂盐，得到非水电解液。 (8)将制备得到正电片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集流体，其特征在于，所述集流体包括聚合物基体材料、金属粒子和偶联剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建功，李白清，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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