一种集流体及制备方法、锂离子电池与流程

1.本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种集流体及制备方法、锂离子电池。


背景技术：

2.锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点，而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。随着锂离子电池的应用范围不断扩大，大家对锂离子电池的能量密度的要求也越来越高。随着能量密度的提高和充电速度的加快，电芯的安全性能显得尤为重要，在能量密度或快充性能的提升的前提下，不能牺牲安全性能。
3.目前，针对安全性能的改善，主要是在正极片或负极片表面涂覆一层绝缘的安全涂层，这种涂层是惰性材料，一方面他会阻碍锂离子的传输，对充电速度具有恶化影响。另一方面，这种涂层会增加整个极片的厚度，反而会使得电池能量密度有一定损失。另外，这种涂层需要在极片涂覆完成后，增加一道工序，进行安全涂层的涂覆，这会影响整个电池生产过程中的生产效率。


技术实现要素：

4.针对现有锂离子电池在能量密度或快充性能的提升的前提下，需同时提升电芯安全性能这一问题，本发明提供了一种集流体及锂离子电池。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
6.一方面，本发明提供了一种集流体，包括第一导电层、第二导电层和绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间；所述绝缘层由多个胶囊单元组成，所述胶囊单元包括壳体和核体，所述壳体包裹在所述核体外周；所述核体由第一聚合物构成；所述壳体由第二聚合物构成，所述第二聚合物的玻璃化转变温度大于所述第一聚合物的玻璃化转变温度，所述第一聚合物的玻璃化转变温度为-60℃～-10℃；所述第二聚合物的玻璃化转变温度为25℃～50℃。
7.可选的，所述绝缘层的厚度为1-20μm，所述第一导电层的厚度为2-10μm，所述第二导电层的厚度为2-10μm。
8.可选的，所述第一导电层和所述第二导电层为铝层或铜层。
9.另一方面，本发明还提供一种集流体的制备方法，所述第一聚合物由第一单体和第二单体聚合而成；所述第二聚合物由第三单体聚合而成；所述的集流体的制备方法包括以下步骤：
10.向反应器中加入水、表面活性剂和第一单体，搅拌器搅拌30-120min，升高反应温度至40-85℃；
11.向反应器中滴加所述第二单体，所述第二单体滴加完成后，降低反应温度至25-40℃，搅拌器搅拌120min得到所述第一聚合物；
12.升高反应温度至60-85℃，向含有所述第一聚合物的反应器中加入引发剂和滴加
所述第三单体，所述第三单体滴加完成，升高反应温度至85-90℃，搅拌器搅拌120min得到含有所述胶囊单元的溶液；
13.将含有所述胶囊单元的溶液铺设成膜，形成所述绝缘层，在所述绝缘层两面分别镀所述第一导电层和所述第二导电层，得到所述集流体。
14.可选的，所述第一单体选自丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯、甲级丙烯酸甲酯、苯乙烯、二冰片烯、六亚甲基二异氰酸酯和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
15.可选的，所述第二单体选自三(2-羟乙基)异氰尿酸酯三丙烯酸酯、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)和巯基乙酸中的一种或多种。
16.可选的，所述第三单体选自丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯。甲级丙烯酸甲酯、苯乙烯、二冰片烯、六亚甲基二异氰酸酯、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸磷酸酯和1,4-丁二醇丙烯酸酯中的一种或多种。
17.可选的，所述第一聚合物和所述第二聚合物的物质的量比为(1:4)～(4:1)。
18.可选的，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾和偶氮二异丁腈中的一种或多种。
19.另一方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括上述任意一项所述的集流体。
20.根据本发明提供的集流体，当电芯遭到破坏时，第一导电层和第二导电层之间的绝缘层增加了集流体的机械拉伸强度，避免第一导电层或第二导电层断裂，从而避免电芯短路、起火和爆炸。若第一导电层或第二导电层断裂，胶囊单元的第二聚合物破裂或在外部温度升高的环境中熔化，释放出第一聚合物，第一聚合物包覆第一导电层或第二导电层的断面，使其绝缘，避免电芯发生短路和起火，有效提升电芯的安全性能。第二聚合物的玻璃化转变温度高于第二聚合物的转变温度，第一聚合物和第二聚合物玻璃化转变温度相差较大，使得第二聚合物在固化时得以包覆第一聚合物。
附图说明
21.图1是本实用新型一实施例提供的集流体的结构示意图；
22.图2是本实用新型一实施例提供的集流体的胶囊单元的结构示意图。
23.说明书附图中的附图标记如下：
24.1、第一导电层；2、第二导电层；3、胶囊单元；31、壳体；32、核体。
具体实施方式
25.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种集流体，包括第一导电层1、第二导电层2和绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一导电层1和所述第二导电层2之间。所述绝缘层由多个胶囊单元3组成，所述胶囊单元3包括壳体31和核体32，所述壳体31包裹在所述核体32外周。所述核体32由第一聚合物构成。所述壳体31由第二聚合物构成，所述第二聚合物的玻璃化转变温度大于所述第一聚合物的玻璃化转变温度，所述第一聚合物的玻璃化转变温度
为-60℃～-10℃。所述第二聚合物的玻璃化转变温度为25℃～50℃。
27.在本实施例中，当电芯遭到破坏时，第一导电层1和第二导电层2之间的绝缘层增加了集流体的机械拉伸强度，避免第一导电层1或第二导电层2断裂，从而避免电芯短路、起火和爆炸。若第一导电层1或第二导电层2断裂，胶囊单元3的第二聚合物破裂或在外部温度升高的环境中熔化，释放出第一聚合物，第一聚合物包覆第一导电层1或第二导电层2的断面，使其绝缘，避免电芯发生短路和起火，有效提升电芯的安全性能。第二聚合物的玻璃化转变温度高于第二聚合物的转变温度，第一聚合物和第二聚合物玻璃化转变温度相差较大，使得第二聚合物在固化时得以包覆第一聚合物。
28.在一些实施例中，所述绝缘层的厚度为1-20μm，所述第一导电层1的厚度为2-10μm，所述第二导电层2的厚度为2-10μm。在提高安全性的同时，保证集流体的厚度在一定范围内，避免影响电芯的能量密度、锂离子传输速度和快充性能。
29.在一些实施例中，所述第一导电层1和所述第二导电层2为铝层或铜层，第一导电层1和第二导电层2为铝层时，集流体为正极集流体。第一导电层1和第二导电层2为铜层时，集流体为负极集流体。
30.另一方面，本发明一实施例还提供一种集流体的制备方法，所述第一聚合物由第一单体和第二单体聚合而成。所述第二聚合物由第三单体聚合而成。所述的集流体的制备方法包括以下步骤：
31.向反应器中加入水、表面活性剂和第一单体，搅拌器搅拌30-120min，升高反应温度至40-85℃。具体地，搅拌速度为200-500r/min，使第一单体均匀分散。
32.向反应器中滴加所述第二单体，所述第二单体滴加完成后，降低反应温度至25-40℃，搅拌器搅拌120min得到所述第一聚合物。具体地，向反应器中滴加第二单体，并使搅拌速度为10-100r/min，使第一单体和第二单体充分发生聚合反应。
33.升高反应温度至60-85℃，向含有所述第一聚合物的反应器中加入引发剂和滴加所述第三单体，所述第三单体滴加完成，升高反应温度至85-90℃，搅拌器搅拌120min得到含有所述胶囊单元3的溶液。具体地，搅拌速度为10-100r/min,使第三单体形成的第二聚合物充分包裹所述第一聚合物。
34.将含有所述胶囊单元3的溶液铺设成膜，形成所述绝缘层，在所述绝缘层两面分别镀所述第一导电层1和所述第二导电层2，得到所述集流体。
35.在一些实施例中，所述第一单体选自丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯、甲级丙烯酸甲酯、苯乙烯、二冰片烯、六亚甲基二异氰酸酯和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
36.在一些实施例中，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、op-10、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和聚乙烯醇中的一种或多种。
37.在一些实施例中，所述第二单体选自三(2-羟乙基)异氰尿酸酯三丙烯酸酯、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)和巯基乙酸中的一种或多种。
38.在优选的实施例中，以含有所述胶囊单元3的溶液的总重量为100％计，第一单体中包括10％-30％的丙烯酸丁酯和1％-10％的聚二甲基硅氧烷。第二单体包括2％-5％的三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)和3％-5％的四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯。
39.在一些实施例中，所述第三单体选自丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯
酸乙酯、丙烯酸叔丁酯。甲级丙烯酸甲酯、苯乙烯、二冰片烯、六亚甲基二异氰酸酯、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸磷酸酯和1,4-丁二醇丙烯酸酯中的一种或多种。
40.在优选的实施例中，以含有所述胶囊单元3的溶液的总重量为100％计，第三单体包括10％-50％的丙烯腈和5％-20％的甲基丙烯酸缩水甘油酯。
41.在一些实施例中，所述第一聚合物和所述第二聚合物的物质的量比为(1:4)～(4:1)。
42.在一些实施例中，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾和偶氮二异丁腈中的一种或多种。
43.在优选的实施例中，以含有所述胶囊单元3的溶液的总重量为100％计，所述引发剂的含量为0.1％-2％。
44.另一方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括上述任意一项所述的集流体。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。