集流体及其制备方法、极片、电池及用电装置制造方法及图纸

本申请涉及电池技术领域，提供了一种集流体及其制备方法、极片、电池及用电装置，该集流体包括致密碳纳米管膜层和结合在致密碳纳米管膜层的表面的金属层。本申请提供的集流体相比于商用金属箔，其重量仅为商用金属箔的15％～19％，厚度为24～32％，同时具有相似的导电性和电化学稳定性，并大大提高了机械强度和柔韧性，应用该集流体的电池的质量比能量密度和体积比能量密度分别提高10.2％～25.7％和5.1％～11.45％。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于电池，尤其涉及一种集流体及其制备方法、极片、电池及用电装置。

技术介绍

1、集流体(current collectors,简称cc)是锂离子电池中汇集电流的结构，其除了要求具有良好的电子传递能力和机械强度外，还需要具有重量轻、厚度薄、柔韧、成本低的特点。现有的集流体主要是采用金属箔，例如铜箔(8.96g·cm-3)、铝箔(2.70g·cm–3)制成。通常金属箔对锂离子电池的实际容量没有贡献，但是却会占到锂离子电池总重量的15wt％～50wt％。

2、为了提高锂离子电池的质量比能量密度，相关技术中通过减薄金属箔以降低金属箔的重量，例如通过将铜箔的厚度从9μm减小到6μm，锂离子电池的质量比能量密度可以增加3.7％～6.5％。但是金属箔减薄会使得其机械性能恶化、柔韧性降低且容易疲劳。

3、相关技术中使用轻质材料，例如碳材料取代金属箔作为新型集流体。这类新型集流体通过将碳基材料，例如石墨烯和碳纳米管(cnt)组装成薄膜来制备。尽管新型集流体比相同厚度的金属箔更轻，但其导电性和机械韧性对于工业应用来说并不令人满意。

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【技术保护点】

1.一种集流体，其特征在于，包括致密碳纳米管膜层和结合在所述致密碳纳米管膜层的表面的金属层。

2.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层为铜层或者铝层；和/或，所述金属层的厚度小于或者等于900nm；和/或，所述集流体的厚度为3.2μm～3.8μm，面密度为0.82mg/cm2～1.37mg/cm2，韧性为17.31J/cm3～22.25J/cm3；和/或，所述致密碳纳米管膜层的密度为1mg/mm3～2mg/mm3。

3.如权利要求1或2所述的集流体，其特征在于，所述致密碳纳米管膜层设有孔，所述孔内填充有阻燃剂。

4.如权利要求3所述的集流体...

【技术特征摘要】

1.一种集流体，其特征在于，包括致密碳纳米管膜层和结合在所述致密碳纳米管膜层的表面的金属层。

2.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属层为铜层或者铝层；和/或，所述金属层的厚度小于或者等于900nm；和/或，所述集流体的厚度为3.2μm～3.8μm，面密度为0.82mg/cm2～1.37mg/cm2，韧性为17.31j/cm3～22.25j/cm3；和/或，所述致密碳纳米管膜层的密度为1mg/mm3～2mg/mm3。

3.如权利要求1或2所述的集流体，其特征在于，所述致密碳纳米管膜层设有孔，所述孔内填充有阻燃剂。

4.如权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述孔的数量为多个，多个所述孔间隔设置，相邻两个所述孔之间的平均间距为100μm～200μm，所述孔的平均孔径为40μm～60μm；和/或，所述阻燃剂包括磷酸三苯酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、磷酸三(2，3-二溴丙基)酯、磷酸甲苯-二苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸(2-乙基己基)-二苯酯、四溴双酚a中的至少一种。

5.一种集流体的制备方法，其特征在于，包括：提供碳纳米管，将所述碳纳米管致密化处理得到致密碳纳米管膜层；在所述致密碳纳米管膜层的表面生长金属层。

6.如权利要求5所述的集流体的制备方法，其特征在于，采用浮动催化剂化学气相沉积法制备所述碳纳米管；和/或，采用真空沉积方法、电镀或化学镀在所述致密碳纳米管膜层的表面沉积所述金属层。

7.如权利要求5所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述致密化处理包括将碳纳米管薄膜进行退火处理、硫酸处理及氯磺酸处理。

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【专利技术属性】
技术研发人员：许海龙，郑子剑，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：