【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。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种集流体及其制备方法、极片、电池及用电装置，旨在解决现有技术中集流体重量过高的问题。
2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种集流体，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。
4、可选地，所述金属层为铜层或
5、可选地，所述金属层的厚度小于或者等于900nm。
6、可选地，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。
7、可选地，所述致密碳纳米管膜层的密度为1mg/mm3～2mg/mm3。
8、可选地，所述致密碳纳米管膜层设有孔，所述孔内填充有阻燃剂。
9、可选地，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。
10、可选地，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。
11、第二方面，本申请提供一种集流体的制备方法，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。
12、可选地，采用浮动催化剂化学气相沉积法制备所述碳纳米管。
13、可选地，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。
14、可选地，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。
15、可选地，所述退火处理包括在保护气氛中将所述碳纳米管薄膜于900℃～1100℃下受热处理12h～24h。
16、可选地，所述硫酸处理包括采用浓硫酸对所述碳纳米管薄膜进行浸渍处理12h～36h。
17、可选地，所述氯磺酸处理包括先将过量氯磺酸滴加到所述碳纳米管薄膜上，静置10min～60min，之后在130℃～190℃下进行加热处理以使氯磺酸完全挥发。
18、可选地，在所述致密碳纳米管膜层的表面生长金属层前，还包括：在所述致密碳纳米管膜层上打孔，将阻燃剂填充到所述孔中。
19、可选地，采用激光钻孔法在所述致密碳纳米管膜层上打孔。
20、可选地，通过真空辅助渗透工艺将阻燃剂填充到所述孔中。
21、第三方面，本申请提供一种极片，包括本申请第一方面提供的集流体或本申请第二方面提供的方法制备得到的集流体，及结合在所述集流体至少一侧的活性材料层。
22、可选地，所述活性材料层为负极活性材料层，所述负极活性材料层中包含石墨、li4ti5o12、si、sn和p中的至少一种。
23、可选地，所述活性材料层为正极活性材料层，所述正极活性材料层中包含lifepo4、lico2、limn2o4、linixcoymnzo2、和lini0.8co0.15al0.05o2中的至少一种。
24、第四方面，本申请提供一种电池，包括本申请第三方面提供的极片。
25、第五方面，本申请提供一种用电装置，包括本申请第四方面提供的电池。
26、本申请第一方面提供的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，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。
27、本申请第二方面提供的集流体的制备方法制备得到的集流体具有优异的韧性、超轻的重量、超薄的厚度以及类似水平的导电性、电化学和热稳定性。
28、本申请第三方面提供的极片相比于采用商用金属箔的极片，容量提高约50％。
29、本申请第四方面提供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％。
30、本申请第五方面提供的用电装置的续航能力得到提升。
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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
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。
8.如权利要求7所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述退火处理包括在保护气氛中将所述碳纳米管薄膜于900℃～1100℃下受热处理12h～24h；和/或，所述硫酸处理包括采用浓硫酸对所述碳纳米管薄膜进行浸渍处理12h～36h；和/或，所述氯磺酸处理包括先将过量氯磺酸滴加到所述碳纳米管薄膜上，静置10min～60min，之后在130℃～190℃下进行加热处理以使氯磺酸完全挥发。
9.如权利要求5至8任一项所述的集流体的制备方法，其特征在于，在所述致密碳纳米管膜层的表面生长金属层前，还包括：在所述致密碳纳米管膜层上打孔，将阻燃剂填充到所述孔中。
10.如权利要求9所述的集流体的制备方法，其特征在于，采用激光钻孔法在所述致密碳纳米管膜层上打孔；和/或，通过真空辅助渗透工艺将阻燃剂填充到所述孔中。
11.一种极片，其特征在于，包括如权利要求1～4任意一项所述的集流体或者根据权利要求5～10任意一项所述的集流体的制备方法制备得到的集流体，及结合在所述集流体至少一侧的活性材料层。
12.如权利要求11所述的极片，其特征在于，所述活性材料层为负极活性材料层，所述负极活性材料层中包含石墨、Li4Ti5O12、Si、Sn和P中的至少一种；或，所述活性材料层为正极活性材料层，所述正极活性材料层中包含LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4、LiNixCoyMnzO2、和LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的至少一种。
13.一种电池，其特征在于，包括如权利要求11至12任一项所述的极片。
14.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求13所述的电池。
...【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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