一种多物理场耦合功能化集流体、制备方法及应用技术

本申请公开了一种多物理场耦合功能化集流体、制备方法及应用，多物理场耦合功能层包括多物理场耦合功能主体和设置于多物理场耦合功能主体上的两个电极，两个电极沿多物理场耦合功能主体长度方向且在其宽度方向上间隔设置，其中，多物理场耦合功能主体包括基底以及分散结合于基底内的纳米金属粉末和非金属导电粉末

【技术实现步骤摘要】
一种多物理场耦合功能化集流体、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电池集流体领域，具体涉及一种多物理场耦合功能化集流体、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前生活以及工业应用中均存在大量的二次电池使用场景。以锂电池为例，其拥有巨大的能量密度，但锂离子传输的动力学缓慢，特别是在北方高原地带等高寒地带(
‑
20℃)会使得锂电池的能量密度大大降低。
[0003]固态电池体系中，电池的工作一般需要较高的温度，应用前景较好的聚合物电解质体系，其有限的室温离子电导率(10
‑8至10
‑6S/cm)也是棘手问题之一。辅助加热系统(如环境箱、烘箱或温度培养箱)，通常是在发挥固态电池先进性能的必要条件。然而，这些加热系统很难在不影响电池能量密度的情况下集成到实际应用中，除了体积庞大之外，这些系统同时还存在加热缓慢、不均匀和热损失严重的问题。专利CN114335815A提出了在一种电池堆内设置加热带的加热方式，使加热带与电池至少有一个加热面的接触，然而该方法使用的外部加热方式会导致电芯内部温度不均匀，从而容易出现锂沉积的不均匀，导致电池发生短路等危害。
[0004]另一方面，在锂电池的使用过程中，存在工作异常而引起胀气现象，这种现象会使得正极、隔膜(或固态电解质)、负极的接触不再紧密，从而引起严重的界面问题，使得电池的内阻显著的增大，电池的循环性能也会大幅度下降。在相关的记载中，如专利CN111076655A，电池单体其极耳所处封装边的外表面均固定有力敏电阻，当电阻发生变化时即可反馈到控制系统中，从而实现精准检测电池气胀情况，但是，该方法仅仅只是从电池外部进行监测，忽略了电池内部更微弱的压力变化；专利CN106610365A，提出了一种锂电池胀气检测装置，但是其本质为内部装有液体介质的箱体，占用空间巨大，不适合用于商业化锂电池的监测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的为提供一种多物理场耦合功能化集流体、制备方法及应用，旨在解决目前对于电池加热以及内部压力检测手段较为复杂、可靠度不够且实现成本较高的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面是提供一种多物理场耦合功能化集流体，包括：
[0007]第一电极层；
[0008]聚合物基底层，与所述第一电极层叠层结合；
[0009]多物理场耦合功能层，设置于所述聚合物基底层背离所述第一电极层的一面，所述多物理场耦合功能层包括多物理场耦合功能主体和设置于所述多物理场耦合功能主体上的两个电极，两个所述电极沿所述多物理场耦合功能主体长度方向且在其宽度方向上间
隔设置，其中，所述多物理场耦合功能主体包括基底以及分散结合于所述基底内的纳米金属粉末和非金属导电粉末；
[0010]绝缘封装层，设置于所述多物理场耦合功能层背离所述聚合物基底层的一面；
[0011]第二电极层，设置于所述绝缘封装层背离所述多物理场耦合功能层的一面。
[0012]进一步的，所述基底选自聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚酯薄膜中的一种。
[0013]进一步的，所述多物理场耦合功能层厚度为30
‑
150μm。
[0014]进一步的，所述多物理场耦合功能主体中，所述基底的重量份数为40
‑
90，所述纳米金属粉末的重量份数为10
‑
20，所述非金属导电粉末的重量份数为5
‑
40。
[0015]进一步的，所述纳米金属粉末包括纳米银粉、纳米铝粉、纳米铁粉中的任意一种或至少两种的组合；所述非金属导电粉末包括石墨烯、富勒烯、氧化铟锡中的任意一种或至少两种的组合。
[0016]本专利技术的第二方面是提供一种用于制备多物理场耦合功能化集流体的方法，包括以下步骤：
[0017]在聚合物基底层上负载第一电极层；
[0018]按质量份数分别称取有机聚合物粘结剂40
‑
90份加入到150
‑
450份有机溶剂中溶解获得聚合物溶液，称取10
‑
20份纳米金属粉末、5
‑
40份非金属导电粉末，均匀分散后加入聚合物溶液中，充分搅拌均匀后得到多物理场耦合功能主体的浆料；
[0019]将多物理场耦合功能主体的浆料涂覆于聚合物基底层背离第一电极层的一侧，干燥获得多物理场耦合功能主体；
[0020]在多物理场耦合功能主体背离聚合物基底层一侧上设置两个电极形成多物理场耦合功能层，其中，两个电极沿多物理场耦合功能主体长度方向且在其宽度方向上间隔设置；
[0021]在多物理场耦合功能层背离聚合物基底层一侧设置绝缘封装层；
[0022]在绝缘封装层背离多物理场耦合功能层一侧负载第二电极层。
[0023]进一步地，所述第一电极层以及所述第二电极层的负载方式采用如下两种方式中的一种：
[0024](1)物理气相沉积法；
[0025](2)磁控溅射法，其中，磁控溅射压力为0.4
‑
1.2Pa，磁控溅射气氛氛围为氩气或氮气中的任意一种；磁控溅射时间为30
‑
60min；
[0026]其中，所述第一电极层以及所述第二电极层的金属材质为金属铝或金属铜。
[0027]进一步地，所述绝缘封装层的材质一致于所述有机聚合物粘结剂的所述基底的材质。
[0028]进一步地，所述聚合物基底层的材质包括聚氧化乙烯、聚醚砜、聚酰亚胺、聚酯中的任意一种或至少两种的组合；
[0029]所述纳米金属粉末包括纳米银粉、纳米铝粉、纳米铁粉中的任意一种或至少两种的组合；
[0030]所述非金属导电粉末包括石墨烯、富勒烯、氧化铟锡中的任意一种或至少两种的组合；
[0031]所述有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
[0032]本专利技术的第三方面是提供一种多物理场耦合功能化集流体在锂离子电池中的应用，使用所述多物理场耦合功能化集流体作为锂离子电池的集流体。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034]1)通过多物理场耦合功能层利用热场以及电场的作用替代多种物理器件，以多物理场耦合功能层的工作实现对电池的工作环境温度调整和对电池内气压的反馈；
[0035]2)多物理场耦合功能化集流体具有实现简单、可靠的优势，适合规模商业化生产，在锂电池领域应用前景乐观。
附图说明
[0036]图1是本专利技术一实施例多物理场耦合功能化集流体的示意图；
[0037]图2是本专利技术一实施例多物理场耦合功能化集流体中多物理场耦合功能主体的示意图；
[0038]图3是本专利技术一实施例多物理场耦合功能化集流体的应用示意图；
[0039]图4是本专利技术一实施例多物理场耦合功能化集流体在热场作用下，电压
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多物理场耦合功能化集流体，其特征在于，包括：第一电极层；聚合物基底层，与所述第一电极层叠层结合；多物理场耦合功能层，设置于所述聚合物基底层背离所述第一电极层的一面，所述多物理场耦合功能层包括多物理场耦合功能主体和设置于所述多物理场耦合功能主体上的两个电极，两个所述电极沿所述多物理场耦合功能主体长度方向且在其宽度方向上间隔设置，其中，所述多物理场耦合功能主体包括基底以及分散结合于所述基底内的纳米金属粉末和非金属导电粉末；绝缘封装层，设置于所述多物理场耦合功能层背离所述聚合物基底层的一面；第二电极层，设置于所述绝缘封装层背离所述多物理场耦合功能层的一面。2.根据权利要求1所述的多物理场耦合功能化集流体，其特征在于，所述基底选自聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚酯薄膜中的一种。3.根据权利要求1所述的多物理场耦合功能化集流体，其特征在于，所述多物理场耦合功能层厚度为30
‑
150μm。4.根据权利要求1所述的多物理场耦合功能化集流体，其特征在于，所述多物理场耦合功能主体中，所述基底的重量份数为40
‑
90，所述纳米金属粉末的重量份数为10
‑
20，所述非金属导电粉末的重量份数为5
‑
40。5.根据权利要求1所述的多物理场耦合功能化集流体，其特征在于，所述纳米金属粉末包括纳米银粉、纳米铝粉、纳米铁粉中的任意一种或至少两种的组合；所述非金属导电粉末包括石墨烯、富勒烯、氧化铟锡中的任意一种或至少两种的组合。6.一种用于制备多物理场耦合功能化集流体的方法，其特征在于，包括以下步骤：在聚合物基底层上负载第一电极层；按质量份数分别称取有机聚合物粘结剂40
‑
90份加入到150
‑
450份有机溶剂中溶解获得聚合物溶液，称取10
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏阳，王启跃，王国光，张文魁，刘亚宁，孟华东，陈德军，张俊，徐君，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：