一种高安全性集流体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种高安全性集流体及其制备方法与应用。本发明专利技术所述高安全性集流体，包括集流体层，和设于集流体层上的导热阻燃聚合物层，所述导热阻燃聚合物层设有镂空，即达到将集流体层微分化隔离处理的目的。本发明专利技术所述的高安全性集流体可有效分隔活性物质浆料，从而有效微分化电极片，将电极片在工作过程中的局部过热或短路危险控制在一定范围内，避免单点过热短路扩散至整个电极片。所述高安全性集流体的导热阻燃聚合物层还具有阻燃散热的作用，进一步防止电池热失控，提升电池安全性。此外，本发明专利技术所述制备方法具有操作简单、成本低廉等优势，适合于规模化生产及应用，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性集流体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高安全性集流体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为供能装置已广泛应用于手机、电脑、电动车等领域。随着科技不断发展，市场对锂离子电池的能量密度和安全性能也提出了更高的要求。
[0003]集流体是锂离子电池极片的重要组成部分，一方面起到承载正负极活性物质，保证电池结构的完整性和稳定性的作用；另一方面，集流体将电化学反应所产生的电子汇集起来导至外电路，实现导电功能。在常规的锂离子电池制片工艺中，活性材料浆料被直接涂布于表面平整的集流体上，干燥后通过粘结剂实现活性材料与集流体表面的固定。
[0004]但上述技术常会存在以下缺陷或不足：1、由于集流体上活性物质厚度分布不完全均匀，可能在电池工作过程中产生一个或多个过热点，极片自身散热能力有限，导致电池温度过高影响性能；2、在一个或多个过热点处或由于电池自身原因，在循环过程中易出现短路现象，严重时可能起火燃烧，而单点短路与燃烧具有传播性，可能传播影响整个电极片，极大影响电池循环寿命和安全性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种高安全性集流体，所述高安全性集流体包括集流体层和导热阻燃聚合物层。较普通集流体相比，本专利技术覆盖导热阻燃聚合物层的复合集流体不仅可以起到微分电极片、阻燃、防止电池在工作过程中因单点过热短路造成短路现象扩散的问题，并且由于导热阻燃聚合物层自身优异的导热特性，可加快电池自身散热，减少温度对电池性能的影响，进一步提高电池安全性能。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种高安全性集流体，包括集流体层，和设于集流体层上的导热阻燃聚合物层，所述导热阻燃聚合物层设有镂空，起到对集流体层微分化的作用；所述导热阻燃聚合物层由包括高熔点聚合物的导热阻燃聚合物制备得到。通过采用所述技术方案，采用设置有镂空的导热阻燃聚合物层，可以将集流体层微分化为若干小块结构，从而在集流体层和其他物质例如活性物质接触后能够有效提高电池安全性能。
[0008]作为优选，所述导热阻燃聚合物层设于集流体层的所有表面，包括上表面和下表面。
[0009]作为优选，所述导热阻燃聚合物层以预设形状设于集流体层上。所述导热阻燃聚合物层为设在集流体上下两个表面的凸起，构成预设形状，所述预设形状自定义设置，包括各种常见的形状，如卡通形状、阵列形状、文字形状、创作形状等。更优选的，所述集流体层的任一表面上，所述导热阻燃聚合物层的铺设总面积不大于集流体层相应面总面积的10％。更优选的上下表面设置的导热阻燃聚合物层的铺设方法和面积相匹配。
[0010]作为优选，所述导热阻燃聚合物层呈阵列形状均匀分布在集流体层表面，所述阵列形状包括条纹状阵列、网格状阵列、同心圆环阵列等常见的具有一定间距的阵列图形，间距对应于导热阻燃聚合物层设置的镂空结构部位；所述阵列图形间距越小时，这种高安全性集流体的微分化程度越高，安全性越高。
[0011]作为优选，所述高熔点聚合物为熔点不低于300℃的聚合物，更优选为聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰亚胺(PI)、聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)中的至少一种。更优选高熔点聚合物粒径范围为10
‑
30μm，所述粒径能够使得高熔点聚合物和其他的物质更容易混合均匀，进一步提升导热阻燃聚合物层的均一性，但不局限于所述粒径范围。
[0012]作为优选，所述导热阻燃聚合物还包括有阻燃无机材料，通过添加阻燃无机材料作为导热阻燃聚合物的填料，能够进一步加强导热阻燃聚合物层的阻燃性能。
[0013]更优选的，所述阻燃无机材料为二氧化硅(SiO2)、三氧化二锑(Sb2O3)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)的至少一种，更优选阻燃无机材料粒径大小范围为10nm～100nm。
[0014]作为优选，所述导热阻燃聚合物中还包括溶剂；所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、乙腈的任意一种或多种组合。
[0015]更优选的，所述高熔点聚合物占高熔点聚合物与阻燃无机材料总质量的80％
‑
95％；溶剂占高熔点聚合物、阻燃无机材料与溶剂的总混合物质量的60
‑
75％。
[0016]作为优选，所述导热阻燃聚合物层的厚度为100～200μm；更优选，所述导热阻燃聚合物层的厚度同时不小于后续制作极片时涂布的活性物质层的厚度；所述不小于是指导热阻燃聚合物层的厚度最佳是等于涂布时的活性物质层，也可以略微大于涂布时活性物质层，无论两者厚度相等还是聚合物层厚度略大，活性物质层都仅是填充导热阻燃聚合物层的镂空间隙。
[0017]作为优选，所述集流体层的集流体为铝箔、铜箔、钛箔、镍箔等常规导电集流体中的至少一种。
[0018]作为优选，所述一种高安全性集流体通过以下制备方法制备得到：
[0019]S1：制备导热阻燃聚合物浆料：将高熔点聚合物与阻燃无机材料添加到溶剂中，搅拌使其充分混合和溶解，形成导热阻燃聚合物浆料；
[0020]S2：将步骤S1中制备的导热阻燃聚合物浆料按预设形状涂覆于集流体层上，经固化后形成导热阻燃聚合物层，得到所述设有导热阻燃聚合物层的高安全性集流体。
[0021]更优选的，步骤S2中导热阻燃聚合物层铺设总面积不超过集流体层总面积的10％，固化温度范围优选为60～300℃，固化至溶剂全部去除，一般的固化时间是在浆料铺设后在固化温度下没有流动状后于固化温度下继续固化一定时间，可优选为8
‑
14h，固化至溶剂去除即可。
[0022]本专利技术的另一目的是提供一种上述任意一种高安全性集流体的制备方法，包括以下步骤：
[0023]S1：制备导热阻燃聚合物浆料：将高熔点聚合物与阻燃无机材料添加到溶剂中，混合后形成导热阻燃聚合物浆料；
[0024]S2：将步骤S1中制备的导热阻燃聚合物浆料涂覆于集流体层上，经固化后得到设
有导热阻燃聚合物层的高安全性集流体。
[0025]作为优选，步骤S1中可以将高熔点聚合物和阻燃无机材料分别加入溶剂中后进行混合分散，也可以将高熔点聚合物和阻燃无机材料先混合后再将混合物加入溶剂中再继续混合分散；先将两者混合例如通过球磨混合可以进一步保证后续浆料的均匀性；
[0026]作为优选，步骤S1中混合可以通过搅拌、超声等步骤辅助混合分散充分，形成充分混合分散的浆料，更优选的搅拌速率为150
‑
500转/分，时间为2
‑
20h，但搅拌速率和时间不构成限制，以能够使得相应物质充分混合分散在溶剂中为准。
[0027]作为优选，步骤S2中导热阻燃聚合物层铺设总面积不超过集流体层总面积的10％。
[0028]作为优选，步骤S2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全性集流体，其特征在于，包括集流体层，和设于集流体层上的导热阻燃聚合物层，所述导热阻燃聚合物层设有镂空；所述导热阻燃聚合物层由包括高熔点聚合物的导热阻燃聚合物制备得到。2.根据权利要求1所述一种高安全性集流体，其特征在于，所述导热阻燃聚合物层的铺设总面积不大于集流体层总面积的10％。3.根据权利要求1所述一种高安全性集流体，其特征在于，所述高熔点聚合物为熔点不低于300℃的聚合物。4.根据权利要求1所述一种高安全性集流体，其特征在于，所述高熔点聚合物为聚邻苯二甲酰胺、聚酰亚胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯中的至少一种。5.根据权利要求1所述一种高安全性集流体，其特征在于，所述导热阻燃聚合物还包括有阻燃无机材料，所述阻燃无机材料为二氧化硅、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁的至少一种，粒径为10nm～100nm。6.根据权利要求5所述一种高安全性集流体，其特征在于，所述高熔点聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏阳，包健，王国光，张文魁，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：