[发明专利]一种具有电互联、通孔结构的复合集流体及其制备方法、电池极片和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种具有电互联、通孔结构的复合集流体及其制备方法、电池极片和锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。该复合集流体的制备方法包括(1)着色、铸造、成型制备聚合物基底层；(2)将聚合物基底表面第一次真空镀金属；(3)在镀金属的聚合物层表面造孔；(4)将聚合物表面第二次真空镀金属。制备的集流体为具有通孔结构的内外双层结构，内层为具有通孔结构的聚合物层，表层为金属镀层，金属镀层并覆于通孔表面，将两侧的金属镀层连通。该制备方法简单易规模化生产，并可根据具体应用指标定制厚度及孔结构分布。与现有箔材相比，具有质轻、耐弯折、成本低廉等一系列优点，对电池能量密度提升效果显著。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域。具体涉及一种具有电互联、通孔结构的复合集流体及其制备方法和在锂离子电池中的应用。

背景技术

由于具有高效、清洁和可循环使用等诸多优点，锂离子电池被认为是综合缓解能源危机与环境污染等问题的一种重要能量储存装置。近年来，随着电动汽车产业的高速发展，作为其核心部件之一的锂离子电池得到各界广泛的关注和深入的研究工作。但目前电动汽车的续航里程和成本尚无法与传统燃油车有效竞争大幅阻碍了电动汽车的快速推广。而锂离子电池的能量密度提升和成本降低是解决上述问题的关键。

集流体是锂离子电池的重要组成部分。现有集流体材料多为厚度为10～20μm的铝箔和铜箔，占锂离子电池单体重量的15％左右。集流体作为锂离子电池的非活性成分，集流体重量和成本的下降势必会带来锂离子电池单体质量能量密度和价格竞争力的提升。其减重方案一直是各大电池企业关注的重点。目前现行的集流体减重方案有如下两种：(1)依托现有工艺，进一步降低箔材厚度至6-12μm。但该方法面临如下问题，一方面，该箔材厚度的下降势必伴随着其加工性能的大幅下降，将会面临极片变形、褶皱、涂布断带等一系列工程问题；另一方面，更低的厚度规格会对制造设备的工艺能力和加工精度有更高的要求，造成制造成本的大幅提升；(2)申请公布号为CN 102290578 A的中国发明专利公开了一种柔软型轻质集流体，具体采用金属镀塑料作为锂电池集流体。其中夹层为塑料层，表层镀金属层。该柔软型集流体具有质轻、价廉等一系列优势。但该集流体由于中间层采用绝缘塑料，其电子导通仅能通过塑料表层的金属镀层传输，且集流体两侧是电子绝缘的。由于锂离子电池极片采用双面涂覆，该集流体结构一方面会导致电池使用过程中极片两侧电场分布不均劣化电池性能，另一方面该集流体结构与锂离子电池叠层焊接工艺无法兼容，焊接强度和过流面积均无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电互联、通孔结构的复合集流体，相比于单纯的金属箔，其复合结构具有质轻、价廉等优势，而相比于金属镀塑料(CN 102290578 A)，其通孔结构保证了集流体两侧的电子通络，有效降低极片两侧的不均匀极化；同时显著改善该集流体与焊接工艺的兼容性，保证焊接强度和过流面积，降低内阻。

本发明的目的还在于提供一种具有电互联、通孔结构的复合集流体的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种采用该电互联、通孔结构的复合集流体的锂离子电池，其降低了单体电池的重量和成本，具有轻质、价格便宜、兼容锂离子电池制作工艺等优点，同时保证了锂离子电池电性能的正常发挥。

为实现上述目的，本发明的通孔结构的复合集流体的技术方案如下：

一种具有电互联、通孔结构的复合集流体，所述复合集流体为具有通孔结构的内外双层，其中内层为具有通孔结构的聚合物层，外层为金属镀层，所述的金属镀层覆于聚合物层表面和通孔表面，可将两侧的金属镀层连通，形成具有电互联、通孔结构的复合集流体。

本发明的电互联、通孔结构的复合集流体的制备包括如下步骤：

(1)将聚合物基材中加入着色剂进行着色、铸造、成型，制备得聚合物基底；

(2)将聚合物基底表面进行第一次真空镀金属，金属厚度为0.1μm-0.2μm，形成表面为金属镀层的聚合物基底；