集流体及其制备方法、电池极片和电池技术

本申请提供一种集流体及其制备方法、电池极片和电池，属于电池材料技术领域。集流体包括绝缘层和导电层；导电层覆盖于绝缘层的厚度方向上的至少一个表面。绝缘层的材质为含有碳氢键的物质；导电层用于承载电极活性材料，导电层具有由金属纳米线相互交错堆叠形成的空间网状结构，且金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构。本申请提供的集流体包括绝缘层和覆盖于绝缘层的厚度方向上的至少一个表面的导电层，可有效提高电池的能量密度；导电层具有孔隙结构，导电层表面的水接触角较小且刺状结构可以插入活性材料层中，可提高集流体与电极活性材料层间的剥离强度，进而可提高电池极片的稳定性，实现提高制得的电池的效率和性能。实现提高制得的电池的效率和性能。实现提高制得的电池的效率和性能。

【技术实现步骤摘要】
集流体及其制备方法、电池极片和电池


[0001]本申请涉及电池材料
，具体而言，涉及一种集流体及其制备方法、电池极片和电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源行业的不断发展，锂离子电池越来越多的应用于手机以及新能源汽车等众多产品中。锂离子电池的优势在于其能量密度大、输出功率高以及循环寿命长等。但是，锂离子电池引发的安全事故也愈演愈烈，加剧了人们对锂离子电池安全性的担忧，影响了锂离子电池的进一步发展。
[0003]对于锂离子电池来说，电池极片(包括集流体以及负载于集流体表面的电极活性材料)中的正负极集流体在电池中的作用十分重要。近年来，具有柔性的金属
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聚合物集流体代替传统的纯金属集流体逐渐成为热点。这种新型的具有柔性的金属
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聚合物集流体由位于中间层的不导电聚合物和覆盖于中间层两侧的金属材料组成。例如，在PP(聚丙烯)薄膜或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜的两侧镀铝或铜分别作为正极集流体和负极集流体，可有效提高锂离子电池的能量密度，同时也能有效降低集流体的重量，进而可提高锂离子电池的安全性。
[0004]但是，现有技术中集流体的表面一致性难以控制，集流体与电极活性材料接触的表面的水接触角较大，造成含有电极活性材料的浆料在集流体表面涂布不均或者涂布漏点(即浆料在集流体表面的浸润性较差)，使得在涂布电极活性材料后烘干和辊压工艺中易造成电池极片中内应力较大的情况，进而导致集流体表面的电极活性材料层开裂或电极活性材料层相对于集流体发生剥离的现象，不利于提高制得的电池的效率和性能。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种集流体及其制备方法、电池极片和电池，能够改善现有的集流体表面的电极活性材料层易开裂或电极活性材料层相对于集流体易发生剥离现象的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种集流体，集流体包括绝缘层和导电层；导电层覆盖于绝缘层的厚度方向上的至少一个表面。
[0007]其中，绝缘层的材质为含有碳氢键的物质；导电层用于承载电极活性材料，导电层具有由金属纳米线相互交错堆叠形成的空间网状结构，且金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构。
[0008]在上述技术方案中，用于承载电极活性材料的导电层包括多个相互接触的金属纳米线且金属纳米线相互交错堆叠形成空间网状结构，可使得导电层具有孔隙结构，使得后续形成电池极片时，集流体的导电层和电极活性材料可充分接触。金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构，可增大整个金属纳米线的比表面积，并降低导电层表面的水接触角；且位于导电层表面的刺状结构可以插入电极活性材料层中。
[0009]因此，本申请提供的集流体可提高导电层与电极活性材料层间的剥离强度，有利于避免发生含有电极活性材料的浆料在集流体表面涂布不均或者涂布漏点的情况，降低涂布电极活性材料后烘干和辊压工艺中易造成的电池极片中内应力较大的情况，进而有利于避免电池极片中电极活性材料层发生开裂或电极活性材料层相对于集流体发生剥离的现象，可提高电池极片的稳定性，使得电池极片的离子与电子的传导性增强，进而实现提高制得的电池的效率和性能。此外，集流体包括绝缘层和覆盖于绝缘层的厚度方向上的至少一个表面的导电层，可有效提高电池的能量密度。
[0010]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，导电层的表面的水接触角≤75
°
；和/或，导电层的孔隙率为10
‑
35％。
[0011]在导电层具有相互交错堆叠的金属纳米线且金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构的基础上，导电层的表面的水接触角≤75
°
，可使得导电层与电极活性材料层间的结合力较好。
[0012]在导电层具有相互交错堆叠的金属纳米线且金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构的基础上，导电层的孔隙率为10
‑
35％，可以使得导电层与电极活性材料层间的结合力较好，并使得导电层可以更加稳定地覆盖于绝缘层的表面。
[0013]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，金属纳米线的表面具有多个刺状结构。
[0014]在上述技术方案中，刺状结构的数量为多个，可进一步增大整个金属纳米线的比表面积，降低导电层表面的水接触角，有利于进一步提高电池极片的稳定性，进一步增强电池极片的离子与电子的传导性。
[0015]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，多个刺状结构沿金属纳米线的轴向依次分布；和/或，多个刺状结构沿金属纳米线的周向依次分布。
[0016]在上述技术方案中，可以使得金属纳米线表面的刺状结构的分布较为均匀，可进一步增大整个金属纳米线的比表面积和降低导电层表面的水接触角，有利于进一步提高电池极片的稳定性，进而实现进一步提高制得的电池的效率和性能。
[0017]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，刺状结构朝向远离金属纳米线的表面的方向延伸，且截面积逐渐减小。
[0018]在上述技术方案中，可进一步增大整个金属纳米线的比表面积和降低导电层表面的水接触角，也更易于位于导电层表面的刺状结构插入电极活性材料层，进而有利于进一步避免电极活性材料层相对于导电层发生剥离和电极活性材料层发生开裂的现象，有利于进一步提高电池极片的稳定性，进而实现进一步提高制得的电池的效率和性能。
[0019]可选地，刺状结构呈锥体状。
[0020]可选地，刺状结构呈圆锥状。
[0021]可选地，刺状结构呈圆锥状；导电层的厚度为50
‑
10000nm，金属纳米线的长度为5
‑
20μm，金属纳米线的直径为50
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500nm，刺状结构的长度为10
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100nm，刺状结构的直径为10
‑
100nm。
[0022]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，金属纳米线和刺状结构的材质为铜、铝、银或金。
[0023]结合第一方面，本申请可选的实施方式中，绝缘层的材质包括第一聚合物。
[0024]在上述技术方案中，可以使得集流体具有柔性，有利于扩宽集流体的应用范围。
[0025]可选地，第一聚合物包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺以及聚偏二氟乙烯中的至少一种。
[0026]第二方面，本申请提供一种电池极片，电池极片包括：电极活性材料以及如上述第一方面提供的集流体；电极活性材料负载于导电层的表面。
[0027]本申请提供的电池极片的内应力较低，可有利于避免电极活性材料层发生开裂以及电极活性材料层相对于导电层发生剥离的情况，电池极片具有较高的稳定性，使得电池极片的离子与电子的传导性增强，进而可实现提高制得的电池的效率和性能。
[0028]第三方面，本申请提供一种电池，电池包括上述第二方面提供的电池极片。
[0029]本申请提供的电池具有较高的效率和性能。
[0030]第四方面，本申请提供一种上述第一方面提供的集流体的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集流体，其特征在于，包括：绝缘层和导电层；所述导电层覆盖于所述绝缘层的厚度方向上的至少一个表面；其中，所述绝缘层的材质为含有碳氢键的物质；所述导电层用于承载电极活性材料，所述导电层具有由金属纳米线相互交错堆叠形成的空间网状结构，且所述金属纳米线的表面具有纳米级的刺状结构。2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电层的表面的水接触角≤75
°
；和/或，所述导电层的孔隙率为10
‑
35％。3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属纳米线的表面具有多个所述刺状结构。4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，多个所述刺状结构沿所述金属纳米线的轴向依次分布；和/或，多个所述刺状结构沿所述金属纳米线的周向依次分布。5.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述刺状结构朝向远离所述金属纳米线的表面的方向延伸，且截面积逐渐减小；可选地，所述刺状结构呈锥体状；可选地，所述刺状结构呈圆锥状；可选地，所述刺状结构呈圆锥状；所述导电层的厚度为50
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10000nm，所述金属纳米线的长度为5
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20μm，所述金属纳米线的直径为50
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500nm，所述刺状结构的长度为10
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100nm，所述刺状结构的直径为10
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100nm。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的集流体，其特征在于，所述金属纳米线和所述刺状结构的材质为铜、铝、银或金。7.根据权利要求1
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5中任意一项所述的集流体，其特征在于，所述绝缘层的材质包括第一聚合物；可选地，所述第一聚合物包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺以及聚偏二氟乙烯中的至少一种。8.一种电池极片，其特征在于，包括：电极活性材料以及如权利要求1
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7中任一项所述的集流体；所述电极活性材料负载于所述导电层的表面。9.一种电池，其特征在于，包括：如权利要求8所述的电池极片。10.一种如权利要求1
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7中任意一项所述的集流体的制备方法，其特征在于，包括：将经过等离子处理的所述绝缘层浸泡于含有所述金属纳米线的溶液中，然后进行干燥处理形成覆盖于所述绝缘层的表面的所述导电层。11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄志，刘博，郭桂略，刘洋，王纯，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：