一种复合箔材及其制备方法、包含该复合箔材的电极片技术

本方案提供一种复合箔材，该复合箔材包括第一金属层、复合基膜层和第二金属层，第一金属层和第二金属层之间通过复合基膜层连接，第一金属层、复合基膜层和第二金属层依次层叠设置，复合基膜层是由纤维丝构成的三维网状结构，纤维丝包括聚合物和导电剂，导电剂选自碳黑、碳纤维、碳纳米管中至少一种，聚合物选自聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中至少一种。本发明专利技术提供的复合箔材不仅具有良好的导电性能，还具备重量低、能量密度高的优点，可使应用其的电池具有优秀的电化学性能，电池的容量保持率得以提高，电池的循环寿命也随之延长。长。长。

【技术实现步骤摘要】
一种复合箔材及其制备方法、包含该复合箔材的电极片


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种复合箔材及其制备方法、包含该复合箔材的电极片。

技术介绍

[0002]集流体是锂离子电池中不可或缺的组成部件之一，它有利于降低锂离子电池的内阻，提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。集流体的作用主要是将活性物质产生的电流汇集输出、将电极电流输入给活性物质。这就要求集流体的纯度较高，并且电导率较好、化学与电化学稳定性好、机械强度高、能够与电极活性物质结合牢固。
[0003]然而，随着动力电池对能量密度需求的不断提高，传统的集流体已经无法满足能量密度的需求，普通复合箔材不利于大倍率电流的传输，难以满足锂电技术的进一步发展。
[0004]为了解决现有技术中集流体能量密度低的技术问题，本专利技术通过改变复合箔材的组成成分以及结构，从而达到提高能量密度的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合箔材及其制备方法、包含该复合箔材的电极片，该复合箔材质量小、成本低廉，且具有优秀的导电性能，具有高能量密度，并且该复合箔材的制备方法简单易行，成本低廉，适合批量化生产。
[0006]根据本专利技术的第一个方面，提供一种复合箔材，该复合箔材包括第一金属层、复合基膜层和第二金属层，第一金属层和第二金属层之间通过复合基膜层连接，第一金属层、复合基膜层和第二金属层依次层叠设置，复合基膜层是由纤维丝构成的三维网状结构，纤维丝包括聚合物和导电剂，导电剂选自碳黑、碳纤维、碳纳米管中至少一种，聚合物选自聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中至少一种。
[0007]本专利技术提供的复合箔材不仅具有良好的导电性能，还具备重量低、能量密度高的优点。在该复合箔材的内部结构中，复合基膜层是由纤维丝构成的三维网状结构，复合基膜层的两个背对设置的表面上设置有第一金属层、第二金属层。该三维网状结构可以使位于纤维丝内部的导电剂之间相互交叠连接，且互相交叠的导电剂可以作为第一金属层与第二金属层相互连通的桥梁，进而使电子在复合箔材中的传输顺畅，进一步增强复合箔材的导电性能，同时，三维结构的缓冲作用可以减少膨胀导致的极片内部结构的破坏，减少容量的损失。进一步使应用其的电池具有优秀的电化学性能，电池的容量保持率得以提高，电池的循环寿命也随之延长。并且，本方案选用的导电剂均为密度小、导电性能良好的碳导电剂，在制备复合基膜层的过程中，此类导电剂可以均匀分散在用于制备纤维丝的纺丝液中，从而使制得的纤维丝能够确保电子在第一金属层与第二金属层之间顺畅传输，还能增强复合基膜层的刚度和拉伸强度，进一步提高应用该复合箔材的电池的能量密度和安全性能。
[0008]本专利技术还通过密度均比导电金属小的导电剂和聚合物的搭配使用，使制得的复合箔材不仅具有良好的导电性能，同时降低了复合箔材中金属材料的占比，由此降低了电池
的质量，从而使复合箔材还具备轻量化的特性，进一步提高应用其的电池的能量密度。并且，与实心的复合基膜层相比，具有三维网状结构的复合基膜层还能够进一步降低复合箔材的质量。其次，本方案选用的聚合物具有良好的耐热性能和较低成本，能够维持复合基膜层在电池的使用过程中的结构稳定，还降低了复合箔材的原料成本。
[0009]优选地，复合基膜层的孔隙率为20～40％。
[0010]优选地，导电剂与聚合物的质量比为1:1～4。例如，导电剂与聚合物的质量比为1:1、导电剂与聚合物的质量比为1:2、导电剂与聚合物的质量比为1:3、导电剂与聚合物的质量比为1:4等。当导电剂与聚合物的质量比满足1:1～4时，可以降低纤维丝的制备难度，更易控制纤维丝的形态和直径大小，由此制得的复合基膜层兼具低成本和良好的导电性。
[0011]优选地，导电剂与聚合物的质量比为1:2。
[0012]优选地，导电剂为碳纤维。
[0013]与其他导电剂相比，选用碳纤维制备纤维丝，可使制得的复合基膜层具有优秀的刚度和拉伸强度，使应用其的复合箔材在安全范围内能承受的电池内部应力增大，进一步提升电池的安全性能。
[0014]优选地，聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0015]与其他聚合物相比，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与上述选用的导电剂兼容性更好。选用聚对苯二甲酸乙二醇酯制得的纤维丝，不仅与金属层结合力更强，还具有较低的成本。并且碳纤维和PET搭配，不仅易于制备结构形态稳定，直径大小均一的纤维丝，且制得的复合箔材能进一步提升能量密度和导电性能。
[0016]优选地，纤维丝包括横纤维丝和纵纤维丝，横纤维丝与纵纤维丝之间的最小夹角为30～90
°
。例如，横纤维丝与纵纤维丝之间的最小夹角为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、50
°
、55
°
、60
°
、65
°
、70
°
、75
°
、80
°
、85
°
或90
°
。
[0017]纤维丝的排列方向对复合基膜的强度有一定影响，当复合基膜层中包括排列方向不一致的横纤维丝和纵纤维丝时，制得的复合基膜层比纤维丝单一方向的复合基膜层的拉伸强度和刚度更大。更重要的是，锂离子电池在充放电的过程中，活性物质脱嵌锂会产生体积膨胀，使得电极内部应力发生变化，导致电芯发生变形，影响电芯性能。而若使用排列方向不同的横纤维丝和纵纤维丝组成的复合基膜层，在电极内部应力变化过程中，复合基膜层中的纤维丝之间可以相互错位，有利于释放电池在充放电过程中产生的应力，减缓电池的膨胀现象。并且，横纤维丝与纵纤维丝之间的最小夹角还会影响横纤维丝与纵纤维丝能够相互错位的范围，当横纤维丝与纵纤维丝之间的最小夹角为30～90
°
时，可以进一步增大复合箔材的可收缩范围和可承受的最大应力，从而使应用该复合箔材的电池的使用寿命得到延长。若横纤维丝与纵纤维丝之间的最小夹角小于30
°
，则在受力上，横纤维丝与纵纤维丝可近似地看作同一纺丝方向，且此时横纤维丝与纵纤维丝之间可相互错位的空间较小，复合基膜层的可收缩范围缩小，复合箔材较难承受电池的应力变化。
[0018]优选地，纤维丝的直径为1～3μm。例如，纤维丝的直径为1μm、2μm或3μm等。
[0019]纤维丝直径影响复合基膜层的力学强度和收缩性能。若纤维丝直径过小，则纤维丝较脆，在电池使用过程中，受到电池内应力容易断裂，进而影响电池的安全性能；若纤维丝的直径过大，则纤维丝的韧性下降，使得复合基膜层的可收缩性降低，不利于释放电池在充放电过程中产生的应力。
[0020]优选地，纤维丝的直径为2～3μm。
[0021]优选地，复合基膜层与第一金属层的厚度比为2～5:1，和/或，复合基膜层与第二金属层的厚度比为2～5:1。例如，复合基膜层与第一金属层的厚度比为2:1、3:1、4:1或5:1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合箔材，其特征在于，所述复合箔材包括第一金属层、复合基膜层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层之间通过所述复合基膜层连接，所述第一金属层、所述复合基膜层和所述第二金属层依次层叠设置，所述复合基膜层是由纤维丝构成的三维网状结构，所述纤维丝包括聚合物和导电剂，所述导电剂选自碳黑、碳纤维、碳纳米管中至少一种，所述聚合物选自聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中至少一种。2.如权利要求1所述复合箔材，其特征在于，所述导电剂与所述聚合物的质量比为1:1～4。3.如权利要求1所述复合箔材，其特征在于，所述导电剂为碳纤维。4.如权利要求2所述复合箔材，其特征在于，所述纤维丝包括横纤维丝和纵纤维丝，所述横纤维丝与所述纵纤维丝之间的最小夹角为30～90
°
。5.如权利要求4所述复合箔材，其特征在于，所述纤维丝的直径为1～3μm。6.如权利要求1所述复...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国强，张亚菲，陈婷婷，曾学品，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：