[發明專利]柔性集流體及其制備方法、極片和電池

有效

• 申請號: 202011180900.0
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112310406B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張桃桃;安黎;徐中領;張耀
• 申請（專利權）人: 欣旺達電動汽車電池有限公司;欣旺達電子股份有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/80;H01M4/13;H01M10/0525;H01M10/052
• 代理公司: 深圳紫藤知識產權代理有限公司 44570
• 代理人: 遠明

本申請提供柔性集流體及其制備方法、極片和電池。該柔性集流體包括三維導電骨架和填充在三維導電骨架內的復合材料，復合材料包括聚合物基體和摻雜在聚合物基體內的導電材料。本申請實施例所提供的柔性集流體使用三維導電骨架，在保證了集流體的機械強度的同時，為集流體提供了連續的導電網絡，有效提高了復合材料的導電性。同時，在聚合物基體中加入一定含量的導電材料能進一步提高集流體的導電率，并增加其韌性。另外，導電骨架填充聚合物基體的方式可以有效避免內部孔隙的出現，防止出現因內部通孔而造成的短路等現象。該柔性集流體能夠應用于內部串聯的鋰離子電池，在實現高電壓的同時有效提高了電池的能量密度，具有良好的應用前景。

技術領域

本申請涉及鋰電池技術領域，尤其是涉及柔性集流體及其制備方法、極片和電池。

背景技術

鋰離子電池是目前使用最廣泛的電池技術，具有容量高、循環壽命長等特點。隨著智能可穿戴電子設備的發展和普及，特別是柔性電子器件的出現，人們對鋰離子電池需求也相應地提出了輕、薄、柔等要求。一方面，傳統鋰離子電池為實現高電壓所采用的內并外串結構會增加極耳重量并占用電池的空間，顯然背離了體積輕薄的要求。對此，解決方案是在集流體兩側涂覆不同極性的活性物質形成雙極性電極，通過疊加將內部結構串聯，從而在實現高電壓、高電池能量密度的同時實現輕量化。另一方面，集流體作為鋰離子電池中連接電極和外接電路的組成部分，對電池的柔性有著至關重要的影響，柔性集流體也就成了柔性鋰離子電池的關鍵部件之一。因此，雙極性柔性集流體，對高電壓高比能量柔性鋰離子電池的設計和制備極為重要。

傳統的銅箔和鋁箔等集流體材料雖然電子電導率很高，但柔性欠佳，容易彎折并留下不可逆的折痕甚至裂紋，而且不具備彈性，在充放電時電池容易因體積膨脹/收縮而導致界面阻抗增加。為了增加集流體材料的柔性，研究人員嘗試利用聚合物材料作為基底，在兩側沉積金屬層。然而，聚合物基底本身導電性有限，而且沉積的金屬難以完全覆蓋薄膜的孔隙，容易在內部形成通孔而使電解液穿透造成短路。因此，有必要提供一種導電性較好、且內部不易產生通孔的柔性集流體。

發明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本申請提出一種導電性較好、且內部不易產生通孔的柔性集流體及其制備方法、極片和電池。

第一方面，本申請的一個實施例提供了一種柔性集流體，該柔性集流體包括三維導電骨架和填充在三維導電骨架內的復合材料，復合材料包括聚合物基體和摻雜在聚合物基體內的導電材料。

本申請實施例的柔性集流體至少具有如下有益效果：

1.本申請實施例所提供的柔性集流體使用三維導電骨架，在保證了集流體的機械強度的同時，為集流體提供了連續的導電網絡，有效提高了復合材料的導電性。同時，在聚合物基體中加入一定含量的導電材料能進一步提高集流體的導電率。

2.本申請實施例所采用的在三維導電骨架內填充聚合物基體和導電材料的方式可以有效避免內部孔隙的出現，防止出現因內部通孔而造成短路等現象。

3.本申請實施例所提供的柔性集流體能應用于內部串聯的鋰離子電池中，在實現電池的高電壓的同時有效提高了電池的能量密度，具有良好的應用前景。

根據本申請的一些實施例的柔性集流體，三維導電骨架選自泡沫金屬、3D碳纖維布、碳纖維氈、碳纖維預制體中的至少一種。采用泡沫金屬或具有三維連續結構的碳纖維材料作為導電骨架使用，使得柔性集流體能夠同時兼具較好的機械強度和較高的導電性。其中，碳纖維預制體是指由碳纖維布針刺、碳纖維編織等方式或方法制得的具有三維連續導電結構的碳材料骨架。

根據本申請的一些實施例的柔性集流體，泡沫金屬選自泡沫銅、泡沫鎳、泡沫鋁、泡沫鐵、泡沫鈦、泡沫銀、泡沫鋅、泡沫鐵鎳、泡沫鎳鉻、泡沫鈷鎳或泡沫不銹鋼中的至少一種。

根據本申請的一些實施例的柔性集流體，三維導電骨架的孔隙率為60％～95％。三維導電骨架的孔隙率在60％～95％時，復合材料的柔性與骨架的機械強度之間能夠獲得較好的平衡。