柔性集流体芯层、集流体、极片和电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种柔性集流体芯层、集流体、极片和电池及其制备方法，仅需要将绝缘支撑层的材料与多孔导电层的材料经混料熔融挤出、流延铸片与拉伸的制程，即可获得柔性集流体芯层，即一次性加工成型，简化制程，而大幅降低生产成本，且于拉伸制程中，由于拉伸温度为90℃

【技术实现步骤摘要】
柔性集流体芯层、集流体、极片和电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池领域，特别是涉及一种柔性集流体芯层、集流体、极片和电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们对锂电池整体能量密度的要求越来越高，金属结构集流体对提升电池的能量密度带来了不利的影响逐渐受到重视，为解决此问题，近年来，以内部为绝缘支撑层及导电层构成芯层结构，且，外层为导电的金属层的柔性集流体为趋势，复合结构的集流体整体质量密度降低，可显着提升电池整体能量密度，同时集流体中采用的聚合物部分柔韧性更好，可有效减轻机械形变与活性物质内部膨胀造成的极片“掉粉”现象。
[0003]专利文献(CN111384404 A)中公开了一种超轻导电剂流体，具体公开了一种支撑层采用电阻温度升高而增大的电阻正温度效应的材料，即PCT(Positive Temperature Coefficient)材料，在支撑层PCT材料表面沉积导电增强层石墨烯薄膜，形成石墨烯/高分子PTC薄膜/石墨烯夹层结构，然后采用激光对膜面进行打孔，制备得到高孔隙率的柔性超导电集流体，该方法可以得到表面具有石墨烯导电层的采用激光打孔方式，该方法采用激光打孔的方式获得多孔结构，惟此一方式于大规模快速生产时，将大幅提升成本，且难度相当高。
[0004]专利文献(CN 112510210 A)公开了一种复合集流体及其制备方法、二次电池，具体公开了一种在绝缘支撑层上涂布导电高分子层，然后在导电高分子层上镀金属层，得到复合集流体，该方法中导电高分子层涂布于绝缘支撑层表面，采用涂布方式，惟此种方式于两层之间容易有剥离现象，且导电胶成本较高，亦不利于大规模生产使用。
[0005]现有的技术中，采用特殊加工手段比如激光打孔等制备多孔柔性集流体，或于柔性聚合物支撑层上涂布增加导电层的技术，皆存在着成本高、层间剥离脱落、工艺复杂或量产难度较高等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种柔性集流体芯层，其以第一聚烯烃材料或/及阻燃聚烯烃材料作为绝缘支撑层的材料，且，使得第一聚烯烃材料的熔点不高于136℃，同时，以第二聚烯烃材料与导电填料作为多孔导电层的材料，且通过降低柔性集流体芯层中非金属的部分，大幅降低生产成本。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种集流体，其于前述的柔性集流体芯层的多孔导电层的两侧设置导电金属层，由于多孔导电层表面粗糙度很高，为此，通过其他技术手段增加导电金属层时，将不需要在进行额外的加工，简化制备流程，而可节省时间成本。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种极片，其于前述的集流体表面形成电极活性材料层，而可制成极片，使其可应用于电池。
[0009]本专利技术的第四目的在于提供一种电池，其以前述的极片制成正极极片与负极极
片，并以隔膜及电解液组装成电池，其中，采用的极片中的集流体，其具有柔性集流体芯层，由于柔性集流体芯层中的多孔导电层存在孔洞部分结构的特征，而可以消除电池中活性物质内部膨胀产生的应力，有效延长电池使用寿命，因而更优化上述所提之问题。
[0010]本专利技术的第五目的在于提供一种柔性集流体芯层制备方法，将绝缘支撑层的材料与多孔导电层的材料加入挤出机后，经混料熔融挤出、流延铸片与拉伸制程，而可取得柔性集流体芯层，其中，拉伸温度90
‑
140℃，拉伸比1
‑
5倍，使得两侧的多孔导电层结构依靠此温度下拉伸得到其具有孔洞结构的特征，而提升其表面粗糙度，同时，以模头同步挤出的方式，以解决绝缘支撑层与多孔导电层粘结强度不好的问题。
[0011]本专利技术的第六目的在于提供一种柔性集流体制备方法，其采用前述的步骤取得的柔性集流体芯层，并于其中的多孔导电层的表面形成导电金属层，而可产生集流体。
[0012]为达成上述的第一目的，本专利技术提供一种柔性集流体芯层，包括：
[0013]一绝缘支撑层；及
[0014]一多孔导电层，设置于所述绝缘支撑层的两侧；
[0015]其中，所述绝缘支撑层的材料包括一第一聚烯烃材料或/及一阻燃聚烯烃材料，所述第一聚烯烃材料及所述阻燃聚烯烃材料中的聚烯烃材料的熔点不高于136℃；
[0016]其中，所述多孔导电层的材料包括一第二聚烯烃材料与一导电填料。
[0017]优选的，所述第一聚烯烃材料及所述第二聚烯烃材料为聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
醋酸乙烯酯、乙烯
‑
丙烯共聚物、乙烯
‑
辛烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少种，且，所述第一聚烯烃材料与所述第二聚烯烃材料不同。
[0018]优选的，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的至少一种。
[0019]优选的，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.7g/10min
‑
2.0g/10min。
[0020]优选的，所述高密度聚乙烯的熔點為125℃
‑
136℃。
[0021]优选的，所述低密度聚乙烯的熔點為125℃
‑
130℃。
[0022]优选的，所述第二聚烯烃材料为所述聚丙烯。
[0023]优选的，所述聚丙烯的熔融指数为4.0g/10min
‑
10.0g/10min。
[0024]优选的，所述阻燃聚烯烃材料中填充的阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、磷氮系阻燃剂、无机阻燃剂中的至少一种。
[0025]优选的，所述绝缘支撑层的材料还包括乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物。
[0026]优选的，所述乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物的熔點為85℃
‑
90℃。优选的，所述第一聚烯烃材料的熔点不高于130℃。
[0027]优选的，所述绝缘支撑层为无孔洞的密实结构。
[0028]优选的，所述多孔导电层的孔隙率为10％
‑
80％。
[0029]优选的，所述多孔导电层的孔径大小为0.02μm
‑
1μm。
[0030]优选的，所述多孔导电层的表面粗糙度为0.025μm
‑
2μm。
[0031]优选的，所述导电填料为碳基导电材料或金属氧化物材料中的至少一种。
[0032]优选的，所述碳基导电材料为导电炭黑、石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。
[0033]优选的，所述碳基导电材料经硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的至少一种进行表面改性。
[0034]优选的，所述碳基导电材料为碳纳米管时，其直径5nm
‑
15nm，长度0.1μm
‑
2μm。
[0035]优选的，所述金属氧化物材料包括Ti、V、Sn、Zn的金属氧化物或掺杂金属氧化物的Ti、V、Sn、Zn的金属氧化物的至少一种。
[0036]优选的，所述金属氧化物材料为TiO2、Ti4O7、V2O3、VO2、S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性集流体芯层，其特征在于，包括：一绝缘支撑层；及一多孔导电层，设置于所述绝缘支撑层的两侧；其中，所述绝缘支撑层的材料包括一第一聚烯烃材料或/及一阻燃聚烯烃材料，所述第一聚烯烃材料及所述阻燃聚烯烃材料中的聚烯烃材料的熔点不高于136℃；其中，所述多孔导电层的材料包括一第二聚烯烃材料与一导电填料。2.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述第一聚烯烃材料及所述第二聚烯烃材料为聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
醋酸乙烯酯、乙烯
‑
丙烯共聚物、乙烯
‑
辛烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种，且，所述第一聚烯烃材料与所述第二聚烯烃材料不同。3.如权利要求2所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的至少一种。4.如权利要求2所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述第二聚烯烃材料为所述聚丙烯。5.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述阻燃聚烯烃材料中填充的阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、磷氮系阻燃剂、无机阻燃剂中的至少一种。6.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述绝缘支撑层的材料还包括乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物。7.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述第一聚烯烃材料的熔点不高于130℃。8.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述绝缘支撑层为无孔洞的密实结构。9.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述多孔导电层的孔隙率为10％
‑
80％。10.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述多孔导电层的孔径大小为0.02μm
‑
1μm。11.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述多孔导电层的表面粗糙度为0.025μm
‑
2μm。12.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述导电填料为碳基导电材料或金属氧化物材料中的至少一种。13.如权利要求12所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述碳基导电材料为导电炭黑、石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。14.如权利要求13所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述碳基导电材料为碳纳米管时，其直径为5nm
‑
15nm，长度为0.1μm
‑
2μm。15.如权利要求12所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述金属氧化物材料包括Ti、V、Sn、Zn的金属氧化物或掺杂金属氧化物的Ti、V、Sn、Zn的金属氧化物的至少一种。16.如权利要求12所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述金属氧化物材料为TiO2、Ti4O7、V2O3、VO2、SnO、SnO2、掺杂ZnO的晶须或者粉体中的至少一种。17.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述导电填料为颗粒物时，其粒径
为10nm
‑
500nm。18.如权利要求1所述柔性集流体芯层，其特征在于，所述导电填料为晶须或纤维时，其直径为0.005μm
‑
2μm，长度为0.05μm
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄志，石广钦，熊磊，虞少波，刘连静，杨强，姚志刚，陈宇，费海洁，晏小祥，程跃，
申请(专利权)人：上海恩捷新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：