复合集流体及其制备方法、电池极片、二次电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种复合集流体及其制备方法，以及一种电池极片，一种二次电池。其中，复合集流体包括金属集流体本体和结合在所述金属集流体本体表面的导电层，所述导电层包含碳材料，且所述碳材料通过磺酸根结合在所述金属集流体本体表面。本发明专利技术提供的复合集流体，导电层中碳材料通过磺酸根结合在所述金属集流体本体表面，通过碳材料和磺酸根的共同作用，使复合集流体同时具有优异的导电性能和稳定性能，可满足大容量、高功率、高安全锂离子电池的需求。高安全锂离子电池的需求。高安全锂离子电池的需求。

【技术实现步骤摘要】
复合集流体及其制备方法、电池极片、二次电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种复合集流体及其制备方法，以及一种电池极片，一种二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池，是一种高性能的二次电池，具有工作电压高、体积及能量密度大、使用寿命长和自放电小等优点，被广泛地运用于各种数码电子产品、移动通信设备和动力工具等领域。随着锂离子电池在电动汽车和电动载运工具上的应用，对锂离子电池的高速放电能力，即高功率电池的要求越来越高。电极极片的导电性直接影响电池的输出功率，集流体作为锂离子电池的重要组成部分，在电池中起着传输电子及附着正极或负极活性物质的作用。集流体是一种锂离子电池中汇集电流的结构或部件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻以及与活性物质面接触电阻小等特点。工业生产上，锂离子电池一般以铝箔作为正极集流体，铜箔用作负极集流体。
[0003]目前，市场上使用的铜箔和铝箔集流体导电性还有待提高，难以满足大容量、高功率、高安全锂离子电池的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合集流体及其制备方法，以及一种电池极片，一种二次电池，旨在一定程度上解决现有集流体导电性有待提高，难以满足大容量、高功率、高安全锂离子电池的的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种复合集流体，复合集流体包括金属集流体本体箔和至少结合在金属集流体本体箔一侧表面的含碳材料的导电层，导电层中包含碳材料，且碳材料通过磺酸根结合在金属箔金属集流体本体表面。
[0007]本专利技术第一方面提供的复合集流体，包括金属集流体本体和通过磺酸根结合在金属集流体本体表面的导电层，导电层中磺酸根可与金属集流体本体中金属元素发生置换反应，使碳材料紧密的结合并排布在金属集流体本体表面，形成含碳材料的导电层，碳材料具有优异的导电性能，可显著提高集流体的导电性。本专利技术提供的复合集流体，通过碳材料和磺酸根的共同作用，使复合集流体同时具有优异的导电性能和稳定性能，可满足大容量、高功率、高安全锂离子电池的需求。
[0008]进一步地，导电层的厚度为0.1～3μm，该厚度的导电层既有效提高复合集流体的导电性能，又确保了集流体的稳定性，且不会影响电池能量密度。
[0009]进一步地，金属集流体本体选自：铜箔、铝箔中的至少一种，可同时提高铜箔、铝箔等集流体金属集流体本体的导电性。
[0010]进一步地，导电层的碳材料中碳元素与硫元素的摩尔比为(1～18)：1，该配比的碳
硫比可同时确保导电层对集流体导电性能的提高，又可以确保导电层与金属集流体本体的结合稳定性。
[0011]进一步地，导电层中还包括粘结剂，通过在导电层中添加适当的粘结剂，既可以进一步提高导电层与金属集流体本体集流体的结合稳定性，也可以提高导电层中碳材料之间的结合性能，更有利于导电层形成致密的膜层。
[0012]进一步地，粘结剂选自：聚丙烯酸、丁苯橡胶、羟甲基纤维素中的至少一种，这些粘结剂既具有较好的粘接性能，又与导电层中碳材料分散稳定性好。
[0013]进一步地，导电层中粘结剂的质量百分含量为4％～10％，该含量的粘结剂同时确保了导电层的导电性能和结合稳定性能。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种复合集流体的制备方法，包括以下制备步骤：
[0015]获取金属集流体本体，将含磺酸根碳材料的浆料沉积在金属集流体本体的至少一侧表面，干燥得到复合层；
[0016]在惰性气氛下，对复合层进行热处理，在金属集流体本体表面形成含碳材料的导电层，得到复合集流体。
[0017]本专利技术第二方面提供的复合集流体的制备方法，将含磺酸根碳材料的浆料沉积金属集流体本体表面，干燥使浆料中含磺酸根碳材料稳定在金属集流体本体表面后，在惰性气氛下对复合层热处理，使磺酸根与金属集流体本体中金属元素发生置换反应，从而使碳材料稳定的结合在金属集流体本体表面形成导电层，得到复合集流体。本专利技术复合集流体的制备方法，工艺简单，条件温和，适用于工业化大规模生产和应用，且制备的复合集流体同时具有优异的导电性和稳定性，可满足大容量、高功率、高安全锂离子电池的需求。
[0018]进一步地，热处理的条件包括：在温度为500～900℃的惰性气氛下，煅烧2～10h；使磺酸根与铜箔、铝箔等金属集流体本体中金属元素发生置换反应，从而使含磺酸根碳材料稳定的结合在金属集流体本体表面形成导电层；同时，使含磺酸根碳材料中部分有机碳转变成无定型碳、石墨烯等碳材料，提高导电层的导电性能。
[0019]进一步地，浆料包括：含磺酸根碳材料、粘结剂和溶剂；溶剂和粘结剂用于分散含磺酸根碳材料，且粘结剂使浆料具有一定的黏度，便于浆料沉积在金属集流体本体表面。
[0020]进一步地，含磺酸根碳材料选自：磺化石墨烯、苯磺酸、十二烷基苯磺酸中的至少一种，这些材料含有磺酸根，可与铜箔、铝箔等金属集流体本体中金属元素发生置换反应，紧密的结合在铜箔、铝箔等金属集流体本体表面；同时可以有提高集流体的导电性，且通过磺酸根与金属集流体本体集流体结合稳定性好。
[0021]进一步地，含磺酸根碳材料中碳元素与硫元素的摩尔比为(1～18)：1；该配比的碳硫比可同时确保导电层对集流体导电性能的提高，又可以确保导电层与金属集流体本体的结合稳定性。
[0022]进一步地，导电层的厚度为0.1～3μm；该厚度的导电层既有效提高复合集流体的导电性能，又确保了集流体的稳定性，且不会影响电池能量密度。
[0023]进一步地，金属集流体本体选自：铜箔、铝箔中的至少一种，可同时提高铜箔、铝箔等集流体金属集流体本体的导电性。
[0024]进一步地，浆料的黏度为3000～7000cps；该黏度的浆料便于浆料通过涂覆等方式稳定沉积在金属集流体本体表面。
[0025]进一步地，粘结剂选自：聚丙烯酸、丁苯橡胶、羟甲基纤维素中的至少一种水性粘结剂，这些粘结剂既具有较好的粘接性能，又与导电层中含磺酸根碳材料分散稳定性好。
[0026]进一步地，含磺酸根碳材料的浆料中，含磺酸根碳材料、粘结剂和溶剂的质量比为(90～96)：(4～10)：(120～200)，该配比的浆料组分，即确保了浆料中各组分溶解分散稳定，浆料有合适的黏度，便于涂覆等沉积施工；又确保了形成的导电层的导电性能。
[0027]进一步地，溶剂选自：水，含磺酸根碳材料、粘结剂在水中有较好的溶解分散性能。
[0028]第三方面，本专利技术提供一种电池极片，电池极片包含有上述的复合集流体，或者包含有上述法制备的复合集流体。
[0029]本专利技术第三方面提供的电池极片由于采用了上述导电性能好，稳定性高的复合集流体，可更高效的将电极活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高电池极片充放电库伦效率，从而本专利技术电池极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括金属集流体本体和结合在所述金属集流体本体表面的导电层，所述导电层包含碳材料，且所述碳材料通过磺酸根结合在所述金属集流体本体表面。2.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为0.1～3μm；和/或，所述金属集流体本体选自：铜箔、铝箔中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层中碳材料的碳元素与硫元素的摩尔比为(1～18)：1；和/或，所述导电层中还包括粘结剂。4.如权利要求3所述的复合集流体，其特征在于，所述粘结剂选自：聚丙烯酸、丁苯橡胶、羟甲基纤维素中的至少一种；和/或，所述导电层中所述粘结剂的质量百分含量为4％～10％。5.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：获取金属集流体本体，将含磺酸根碳材料的浆料沉积在所述金属集流体本体的至少一侧表面，干燥得到复合层；在惰性气氛下，对所述复合层进行热处理，在所述金属集流体本体表面形成含碳材料的导电层，得到复合集流体。6.如权利要求5所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述热处理的条件包括：在温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊强，刘婷婷，田东，朱光耀，崔林昫，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：