一种具有自动灭火功能的复合集流体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有自动灭火功能的复合集流体及其制备方法，该复合集流体包括聚合物薄膜基底以及镀覆在所述聚合物薄膜基底上表面和下表面的金属层；其中，所述聚合物薄膜基底包括聚合物和灭火剂，且所述灭火剂的质量为所述聚合物薄膜基底的质量的0.3％～20％。本发明专利技术提供的复合集流体，由于在聚合物薄膜基体中掺杂了较低熔沸点的灭火剂，能够在电池热失控的初期及时被释放，不必等聚合物基底被熔毁后才能释放，具备更好的主动灭火效果，显著提升了集流体在电芯中的安全防护能力。提升了集流体在电芯中的安全防护能力。提升了集流体在电芯中的安全防护能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自动灭火功能的复合集流体及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体地，本专利技术涉及一种具有自动灭火功能的复合集流体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的快速普及以及近年来随着新能源快速发展，锂离子电池的装机容量呈爆发式增长态势。随着技术的进步，锂离子电池的能量密度、功率密度、环境适应性等特性都有显著提升，然而能量密度的提升不可避免地增加了锂离子电池的安全隐患。锂离子电池在遭受机械应力或热应力等损伤时，可能发生内部短路，从而造成电池热失控；或是电池的不一致性被放大时某单体电池遭受电滥用时也易发生电池的起火甚至爆炸。因此改善锂离子电池的安全性是当前研究的热点。
[0003]锂离子电池电芯通常由正负极材料，隔膜，集流体，电解液等组成。目前大量研究关注于往电解液中添加阻燃剂以达到及时抑制电池着火爆炸的目的，但是电解液直接参与电池中的电化学反应，阻燃剂往往是有机分子，极易在电极所处电位下发生氧化还原副反应，影响了电池的正常运行，而集流体作为不直接参与电化学反应的辅助材料，是良好的消防灭火载体。集流体不直接提供容量，因此需要尽可能减少其重量以提高电池整体的能量密度。传统的锂离子电池集流体为金属集流体，即正极用铝箔，负极用铜箔。纯金属集流体不仅质量大而且刚性集流体易破裂，容易生成毛刺刺穿隔膜从而发生短路。
[0004]采用复合集流体改善锂离子电池的安全性，利用高分子材料作为基底，在表面镀金属层实现导电功能，且高分子质量轻可以提升电池能量密度。但在安全性方面，高分子物质往往易燃且发烟情况严重，现有相关技术一般通过在高分子基底中添加一些阻燃剂来解决该问题，但是这种方法侧重于集流体的阻燃，并不具备主动灭火功能，另外高分子基底通常熔点较高，现有相关技术只能在高分子基底熔毁后才能释放阻燃剂，进而起到阻燃效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术实施例提出一种具有自动灭火功能的复合集流体及其制备方法。
[0006]本专利技术实施例一方面提出一种复合集流体，包括聚合物薄膜基底以及镀覆在所述聚合物薄膜基底上表面和下表面的金属层；
[0007]其中，所述聚合物薄膜基底包括聚合物和灭火剂；且所述灭火剂的质量为所述聚合物薄膜基底的质量的0.3％～20％。
[0008]本专利技术实施例复合集流体，通过对集流体进行掺杂改性，将灭火剂直接掺杂在聚合物分子结构的空隙中，可以使灭火剂在热失控过程中自发气化冲出集流体从而达到主动灭火的效果。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述灭火剂的质量优选为所述聚合物薄膜基底的质量的10％～15％。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述灭火剂选自全氟己酮、七氟丙烷、卤代烷烃中的至少一种，优选为全氟己酮。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述聚合物薄膜基底的厚度为4～20μm；所述金属层的厚度为1～3μm。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、羧甲基纤维素中的至少一种，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述金属层的材质为铜、铝、银或金中的任一种。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述聚合物薄膜基底由包括下列(1)、(2)、(3)中的步骤之一制备得到：
[0015](1)将聚合物经清洗、真空干燥后，与灭火剂混合均匀，然后在245～275℃下熔炼30～60min，获得复合浆料；再将复合浆料挤出、拉伸、冷却，即得所述聚合物薄膜基底。
[0016](2)将聚合物经清洗、真空干燥后，溶解于溶剂中，再加入灭火剂混合均匀，得到复合浆料；然后采用流延制模工艺制备所述聚合物薄膜基底；其中，所述溶剂为六氟异丙醇、六氟乙酸、四氟乙酸、三氟乙酸、或者是苯酚和四氯乙烷组成的混合液中的任一种。
[0017](3)将聚合物相应的单体分子按比例混合，进行聚合反应，得到聚合物；然后再加入灭火剂混合均匀，得到复合浆料，再利用涂布工艺制得聚合物薄膜基底。
[0018]本专利技术实施例另一方面还提出上述复合集流体的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1，制备聚合物薄膜基底；
[0020]S2，在25～35℃下，分别对聚合物薄膜基底的上表面和下表面进行等离子体处理；
[0021]S3，先采用磁控溅射在处理后的聚合物薄膜基底的上表面和下表面镀金属层，再利用真空蒸镀增加金属层的厚度，使得金属层的厚度达到1～3μm，制得所述复合集流体。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，步骤S2，中，所述等离子体处理的时间为5～20min。
[0023]前述针对复合集流体所描述的特征和优点，同样适用于复合集流体的制备方法，在此不再赘述。
[0024]本专利技术实施例又一方面还提出一种电极，该电极包含上述复合集流体，所述的电极为正极或负极。
[0025]本专利技术实施例还提出一种锂离子电池，该锂离子电池包含上述复合集流体。
[0026]本专利技术所具有的优点和有益效果为：本专利技术实施例复合集流体，通过将灭火剂直接掺杂于聚合物分子结构的空隙中，不存在额外包覆材料，具备释放阈值低，速度快的特点；且所选的灭火剂熔沸点较低，能够在电池热失控的初期及时被释放，不必等聚合物薄膜基底被熔毁后才能释放，具备更好的主动灭火效果，显著提升了集流体在电芯中的安全防护能力。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例复合集流体释放灭火剂的过程示意图。
[0028]附图标记：
[0029]1‑
聚合物薄膜基体；2
‑
金属层；3
‑
灭火剂；3'
‑
受热气化后的灭火剂。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0031]除非另作定义，本专利技术所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0032]本专利技术实施例一方面提出一种复合集流体，包括聚合物薄膜基底以及镀覆在聚合物薄膜基底上表面和下表面的金属层；
[0033]其中，聚合物薄膜基底包括聚合物和灭火剂；且灭火剂的质量为聚合物薄膜基底质量的0.3％～20％。
[0034]本专利技术实施例复合集流体，通过对集流体进行掺杂改性，将灭火剂直接掺杂在聚合物分子结构的空隙中，可以使灭火剂在热失控过程中自发气化冲出集流体从而达到主动灭火的效果。
[0035]如图1所示，为本专利技术实施例复合集流体释放灭火剂的过程示意图。从图1中可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括聚合物薄膜基底以及镀覆在所述聚合物薄膜基底上表面和下表面的金属层；其中，所述聚合物薄膜基底包括聚合物和灭火剂；且所述灭火剂的质量为所述聚合物薄膜基底的质量的0.3％～20％。2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述灭火剂的质量为所述聚合物薄膜基底的质量的10％～15％。3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述灭火剂选自全氟己酮、七氟丙烷、卤代烷烃中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述聚合物薄膜基底的厚度为4～20μm；所述金属层的厚度为1～3μm。5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、羧甲基纤维素中的至少一种。6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述金属层的材质为铜、铝、银或金中的任一种。7.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述聚合物薄膜基底由包括下列(1)、(2)、(3)中的步骤之一制备得到：(1)将聚合物经清洗、真空干燥后，与灭火剂混合均匀，然后在245～275℃下熔炼30...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超然，刘明义，曹曦，裴杰，曹传钊，雷浩东，成前，平小凡，白盼星，段召容，刘承皓，赵珈卉，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：