[發明專利]一種雙極性集流體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310486469.6
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN104577132B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 陳永翀;何穎源;張艷萍;張萍;王秋平
• 申請（專利權）人: 北京好風光儲能技術有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種雙極性集流體及其制備方法。

背景技術

發展電動汽車是緩解能源危機，環境惡化等問題的有效手段之一，電動汽車的關鍵技術在于動力電池。由于具有比能量高、工作電壓高、循環壽命長、自放電低、無記憶效應等優點，鋰離子電池作為電動汽車用動力電池備受關注。為了提高動力電池的能量密度及滿足電動汽車動力源的大功率輸出要求，可以采用內部疊加串聯電池單元的方法制備高電壓動力電池，每個串聯電池單元由雙極性集流體隔開。其中，雙極性集流體涂覆正極活性材料的一面必須耐氧化，例如采用鋁材料；而涂覆負極活性材料的一面必須耐還原，例如采用銅材料。雙極性集流體起到電子導電作用的同時，必須阻隔鋰離子在相鄰電池單元之間的遷移。因此，雙極性集流體內部不能有通孔，否則電解液會滲入孔洞形成鋰離子的通道，造成電池內部短路。

已有的雙極性集流體主要有兩種：一是用銅鋁復合箔，由于所用箔膜的厚度一般小于50μm，現有技術很難滿足銅鋁復合箔中沒有孔洞的要求，一旦復合箔中存在穿透性裂紋或者孔洞，電解液容易進入裂紋或孔洞造成電池內部短路及自放電，嚴重影響電池的使用和安全性能。第二種是通過聚合物將導電填料（例如：碳黑，碳納米管，金屬顆粒等）粘結在一起，經懸涂、熱壓等方式得到電子導電的聚合物復合導電薄膜，這類集流體由于從技術上難以保證所有導電填料粒子的表面均可以被聚合物覆蓋，因此也極有可能在集流體內部形成電解液滲透的微通道，仍然存在漏液短路的隱患。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種雙極性集流體及其制備方法。采用噴墨打印技術，以交錯覆膜的方式將聚合物阻擋膜層復合到導電基體薄膜的上下表面，在保證雙極性集流體電子導電性能的同時，利用聚合物的阻液性能，防止雙極性集流體在使用過程中電解液滲入裂紋或孔洞造成電池內部短路。

本發明提供的雙極性集流體包括：導電基體薄膜、聚合物阻擋膜層和導電分流層。導電基體薄膜的上下表面都覆蓋有聚合物阻擋膜層和導電分流層，聚合物阻擋膜層位于導電基體薄膜和導電分流層之間且交錯互補覆蓋于導電基體薄膜的上下表面。其特征在于，聚合物阻擋膜層的總覆膜面積占導電基體薄膜表面積的比例為10%～90%，優選50%～65%；聚合物阻擋膜層由若干覆膜微區構成，且聚合物阻擋膜層的每塊覆膜微區面積大于等于0.25mm²；導電基體薄膜上表面未被聚合物阻擋膜層覆蓋的區域，其所對應的導電基體薄膜下表面區域一定被聚合物阻擋膜層覆蓋。導電基體薄膜上表面的未覆膜微區與下表面的覆膜微區相對應，且導電基體薄膜上表面的覆膜微區和下表面鄰近的覆膜微區有所重疊，重疊的覆膜微區面積占覆膜微區面積的5%～50%，優選為10%～20%。

或者，在所述導電基體薄膜上覆蓋聚合物阻擋膜層時，可以利用電子探傷設備對導電基體薄膜進行檢測，在探測到導電基體薄膜缺陷的同時，噴印設備打印制備聚合物阻擋膜層，覆蓋導電基體薄膜的缺陷位置。

所述導電基體薄膜為鋁箔、銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鋁鎳復合箔、鋁銅復合箔中的一種或幾種，導電基體薄膜的厚度為5～30μm。或者，所述導電基體薄膜為導電填料與聚合物基體材料的混合物，所述導電填料是鈦粉、銅粉、鋁粉、銀粉、富鋰硅粉、富鋰錫粉中的一種或幾種，或者，所述導電填料是碳黑、碳納米管、碳纖維、石墨烯中的一種或幾種；所述聚合物基體材料是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、改性聚烯烴、聚乙炔、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚對苯撐乙烯及其衍生物、聚對苯及其衍生物、聚芴及其衍生物中的一種或幾種。其中導電填料的質量分數為40%～95%，優選為70%～80%；所述導電基體薄膜的厚度為10～100μm。

聚合物阻擋膜層所用的聚合物需要與導電基體薄膜粘結性良好，電位窗口寬且對正負極活性材料及電解液穩定，所述聚合物是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、改性聚烯烴、聚乙炔、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚對苯撐乙烯及其衍生物、聚對苯及其衍生物、聚芴及其衍生物中的一種或幾種。所述聚合物阻擋膜層與導電基體薄膜之間的粘結強度大于2.5N/mm，厚度在0.1～15μm。