[發(fā)明專利]一種復(fù)合集流體、制備方法及鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210123963.5
• 申請(qǐng)日: 2022-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN114709422A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉蕾;李黎黎;閆晟睿;高天一;胡景博;高華文;姜濤;孫煥麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M4/80;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 張巖

本發(fā)明提供一種復(fù)合集流體、制備方法及鋰離子電池，復(fù)合集流體由多孔箔材、補(bǔ)鋰層及熱敏性材料的導(dǎo)電安全層組成，制備方法包括形成多孔箔材；根據(jù)多孔箔材的厚度及孔隙率來確定多孔箔材、補(bǔ)鋰層及熱敏性材料的導(dǎo)電安全層的材料種類與厚度；通過涂布法、浸涂法實(shí)現(xiàn)集流體和熱敏性材料的導(dǎo)電安全層的復(fù)合，在制備的復(fù)合集流體上進(jìn)行活性材料的涂覆；鋰離子電池包括正極極片、隔膜和負(fù)極極片，正極極片、負(fù)極極片的集流體可選用復(fù)合集流體，在復(fù)合集流體的雙面涂覆活性物質(zhì)，制得極片可直接應(yīng)用于電池中。本發(fā)明通過造孔實(shí)現(xiàn)金屬集流體的輕量化，提升負(fù)極活性材料的首次效率及鋰離子電池的能量密度，減輕甚至避免鋰離子電池的熱擴(kuò)散帶來的巨大危害。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合集流體、制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于其各項(xiàng)優(yōu)異的性能指標(biāo)，特別是具有良好的循環(huán)壽命、較高的工作電壓、無記憶效應(yīng)以及較少的污染等特性，得到了廣泛的應(yīng)用。包括各類電動(dòng)工具、電動(dòng)車及大型儲(chǔ)能電源系統(tǒng)等不同領(lǐng)域。

近年來新能源市場不斷發(fā)展成熟，電動(dòng)汽車的滲透率在2021年已經(jīng)達(dá)到了10％以上，同時(shí)用戶對(duì)整車的續(xù)航要求也在不斷提升。2021年乘用車的續(xù)駛里程普遍達(dá)到了500km以上，這就意味著對(duì)高能量密度的鋰離子電池需求量顯著提高。但能量密度的不斷升高往往以為了其安全性會(huì)有不同程度的降低，為了解決這一相互矛盾的課題，需要從鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及材料角度進(jìn)行綜合性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，特別是在集流體方面設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

現(xiàn)有技術(shù)公開了一種多層材料，包括一個(gè)固體基體和至少兩個(gè)重疊的固體層，這些固體層含有電化學(xué)活性材料的顆粒，第一固體層附著于附體基體上而第二固體層附著于第一固體層上。所述多層材料具有上部層不少于95％的恒定厚度以及第二固體層進(jìn)入第一固體層的一個(gè)滲透深度，該深度小于第一固體層的10％，并且作為電極成分能夠制備具有低超復(fù)合降解風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生器。但是由于集流體層未做調(diào)整，同時(shí)作為多層材料均有具有電化學(xué)活性的正極或負(fù)極材料，雖然通過采用高能量密度和低能量密度的材料進(jìn)行多層搭配，但需要對(duì)能量密度進(jìn)行較大犧牲才有可能實(shí)現(xiàn)安全性的提升，甚至對(duì)安全性的提升的貢獻(xiàn)幾乎為零。相比于此方案，本發(fā)明不僅對(duì)集流體進(jìn)行了輕量化處理，同時(shí)鋰離子電池的活性材料可采用高能量密度體系，可通過熱敏性材料實(shí)現(xiàn)鋰離子電池安全性的提升，即實(shí)現(xiàn)了高能量密度和安全性的雙重提升。

現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種集流體，其極片和電池。所申請(qǐng)的集流體包括絕緣層和導(dǎo)電層，絕緣層用于承載導(dǎo)電層；導(dǎo)電層用于承載電極活性材料層，導(dǎo)電層位于絕緣層的至少一個(gè)表面上，導(dǎo)電層的厚度為D2，D2滿足：300nm≤D2≤2μm，集流體還包括設(shè)置于導(dǎo)電層的至少一個(gè)表面上的保護(hù)層。其集流體可提高電池異常情況下發(fā)生短路時(shí)的短路電阻，使短路電流大幅度減小，極大地降低短路產(chǎn)熱量，改善電池的安全性能，同時(shí)保護(hù)層可以提高導(dǎo)電層的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)一步提高電池的安全性能，同時(shí)還可以防止導(dǎo)電層被破壞，或者發(fā)生氧化、腐蝕等現(xiàn)象，顯著改善集流體的工作穩(wěn)定性和使用壽命。但是由于其的工藝復(fù)雜而昂貴，因?yàn)閷?dǎo)電層需要與絕緣層形成良好接觸界面，如果采取機(jī)械輥壓方式，對(duì)絕緣層厚度及強(qiáng)度有較高要求，難以保證復(fù)合集流體的厚度控制；如果采取膠水粘接的方式，可選用的膠水種類不多，同時(shí)需要高溫或長時(shí)間靜置以實(shí)現(xiàn)粘接效果，生產(chǎn)效率不高；如果采取真空蒸鍍方式，能夠得到性能良好的復(fù)合集流體，但是設(shè)備工藝成本較高，不利于廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合集流體，還提供一種復(fù)合集流體的制備方法及鋰離子電池，以解決高能量密度和安全性的雙重提升的問題。通過輕量化技術(shù)結(jié)合補(bǔ)鋰層和導(dǎo)電熱敏材料層的復(fù)合集流體來進(jìn)一步提升鋰離子電池能量密度及安全性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種復(fù)合集流體，由多孔箔材、補(bǔ)鋰層以及熱敏性材料的導(dǎo)電安全層組成；所述多孔箔材由金屬導(dǎo)電材或碳基導(dǎo)電材料制成，材料的孔隙率為0％～60％；所述補(bǔ)鋰層由鋰金屬材料或鋰金屬化合物材料制成；所述熱敏性材料的導(dǎo)電安全層的材料由具有正溫度系數(shù)材料、導(dǎo)電材料及粘接劑組成。