集流体及其制备方法和其在锂离子电池中的应用与流程

本发明涉及集流体，具体涉及一种集流体及其制备方法和其在锂离子电池中的应用。

背景技术：

1、集流体是锂离子电池的重要组成部件之一，它既可以承载活性物质，还可以将电极活性物质产生的电子汇集并输出。锂离子电池未来的发展趋势是轻量化、低成本、高能量密度，因而需要集流体具有超纯、高导电率、高强度、高柔韧性、超薄的性能。

2、传统集流体一般以铝箔作为正极集流体，铜箔作为负极集流体。铜箔、铝箔由于制备技术的局限，厚度很难再降低，不能满足人们对集流体的性能需求。

3、将导电金属cu或al沉积在聚合物薄膜(例如pet)上可优化铜箔或铝箔集流体的各项性能。但是，在聚合物薄膜上沉积的导电金属层普遍存在晶粒小、晶界较多、晶格结构缺陷(空穴、位错等)多、热应力和生长应力大的缺陷，因而，集流体的导电率仍有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术存在的复合集流体导电率有限的问题，提供一种集流体及其制备方法和其在锂离子电池中的应用。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种集流体，包括上金属层和下金属层，以及位于上金属层和下金属层之间的聚合物层，其中，所述上金属层和下金属层的面密度各自独立地为0.5-30g/m2，所述上金属层和所述下金属层各自含有的金属晶粒尺寸为50nm-5μm；所述集流体的方阻为5-5000mω/□，电阻率为1-5μω·cm。

3、本发明的第二方面提供了一种集流体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)以导电金属源为沉积原料，在聚合物薄膜的上表面上沉积上导电金属薄膜，在聚合物薄膜的下表面上沉积下导电金属薄膜，得到集流体中间体；

5、(2)将所述集流体中间体进行真空热处理，对所述上导电金属薄膜和下导电金属薄膜进行改性，得到依次包括上金属层、聚合物层和下金属层的集流体。

6、本发明的第三方面提供了一种本发明第一方面所述的集流体或利用本发明第二方面所述的方法制备得到的集流体在锂离子电池中的应用。

7、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

8、1)本发明提供的集流体，上金属层和下金属层具有低残余应力、低缺陷的特点，使得集流体不仅质轻超薄，而且导电率高，可以更好地适配电化学装置；

9、2)本发明提供的集流体的制备方法，利用真空热处理减缓金属薄膜的晶格缺陷，释放残余应力，诱导晶粒长大，减少晶界对自由电子的散射作用，可显著提升集流体的导电性；

10、3)本发明提供的集流体具有高导电率、高强度、高柔韧性并且质轻超薄的优点，采用本发明提供的集流体所制备的锂离子电池具有轻量化、低成本、高能量密度的特点；

11、4)本发明提供的集流体的制备方法，操作简单，适合推广。

技术特征：

1.一种集流体，包括上金属层和下金属层，以及位于所述上金属层和所述下金属层之间的聚合物层，其特征在于，所述上金属层和所述下金属层的面密度各自独立地为0.5-30g/m2，所述上金属层和所述下金属层各自含有的金属晶粒尺寸为50nm-5μm；所述集流体的方阻为5-5000mω/□，电阻率为1-5μω·cm。

2.根据权利要求1所述的集流体，其中，所述上金属层和所述下金属层与聚合物层的结合力为0.5-20n/15mm。

3.根据权利要求1或2所述的集流体，其中，所述上金属层和所述下金属层的材料为铜或铝；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的集流体，其中，所述上金属层和所述下金属层的厚度各自独立地为100-1500nm，优选为100-1000nm；

5.一种集流体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述聚合物薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、双向拉伸聚丙烯薄膜和耐温等级≥400℃的聚酰亚胺薄膜中的一种；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，步骤(1)所述沉积的操作选自真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜和真空化学气相沉积镀膜中的一种，优选为真空蒸发镀膜；

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述真空热处理的操作条件包括：真空度高于133pa，真空热处理温度为60-600℃，优选为60-500℃；真空热处理时间为3-30min，优选为5-20min；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，当所述上导电金属薄膜和下导电金属薄膜各自独立地为铝膜时，真空热处理的操作条件包括：真空度高于133pa，真空热处理温度为60-400℃；真空热处理时间为3-30min，优选为5-20min；

10.权利要求1-4中任意一项所述集流体或利用权利要求5-9中任意一项所述的制备方法制备得到的集流体在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及集流体技术领域，公开了一种集流体及其制备方法和其在锂离子电池中的应用。集流体包括上金属层和下金属层，以及位于上金属层和下金属层之间的聚合物层；其中，所述上金属层和下金属层的面密度各自独立地为0.5‑30g/m<supgt;2</supgt;，所述上金属层和所述下金属层各自含有的金属晶粒尺寸为50nm‑5μm；所述集流体的方阻为5‑5000mΩ/□，电阻率为1‑5μΩ·cm。本发明提供的集流体上金属层和下金属层具有低残余应力，低缺陷的特点，质轻超薄，导电率高，可以更好地适配电化学装置。

技术研发人员：公秀凤,孙欣森,刘钢,李东亮,姜艳茹,姜宏峰,姜春华,李其其格
受保护的技术使用者：安迈特科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25