[发明专利]一种集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种集流体及其制备方法和应用。本发明提供了一种集流体，所述集流体包括复合膜层以及设置于所述复合膜层上表面和下表面的金属层；其中，所述复合膜层包括聚合物和半导体粉体材料。本发明提供的集流体及其制备方法，采用复合膜层作为集流体的基底，其中，复合膜层包括聚合物和半导体粉体材料，聚合物可在集流体发生短路时切断电流，提高锂离子电池的安全性能；而半导体材料使复合膜层具备了半导体的性质，提高了复合膜层的电子传导性能，使得锂离子电池可以兼顾安全性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种集流体及其制备方法和应用。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高、功率密度高的特点，因此其应用前景十分广阔，例如，在消费类电子产品、电动交通工具以及储能等领域中，锂离子电池已经得到广泛的应用。常规的锂离子电池集流体采用金属箔材，正极通常用金属铝箔，负极通常用金属铜箔，该种常规的锂离子电池在一些滥用条件下(如针刺、挤压、撞击等)，电池内部会发生短路引发安全事故，给锂离子电池的使用造成了极大的安全隐患。

目前，已研制出一种可提高锂离子电池安全性能的集流体，具体是在由聚合物为原料制成的薄膜层上、下表面设置金属层，虽然该集流体可以在一定程度上提高锂离子电池的安全性能，但是包含此类集流体的锂离子电池的倍率性能往往不高。

因此，如何能够兼顾锂离子电池的安全性能和倍率性能受到越来越多的关注。

发明内容

本发明提供一种集流体及其制备方法，用于解决现有技术中的锂离子电池无法兼顾安全性能和倍率性能的问题。

本发明提供一种集流体，所述集流体包括复合膜层以及设置于所述复合膜层上表面和下表面的金属层；

其中，所述复合膜层包括聚合物和半导体粉体材料。

图1为本发明提供的集流体剖面结构示意图，如图1所示，该集流体包括复合膜层1以及设置于复合膜层1上表面和下表面的金属层2，复合膜层用于承载其上表面和下表面的金属层，降低了集流体的重量，提高电池能量密度。其中，复合膜层包括聚合物和半导体粉体材料3，聚合物可在集流体发生短路时切断电流，提高锂离子电池的安全性能；半导体粉体材料3均匀分布在复合膜层1中，使复合膜层具备了半导体的性质，提高了复合膜层的电子传导性能，使得锂离子电池可以兼顾安全性能和倍率性能。

将本发明提供的复合膜层采用ASTM F390-2011标准上的测试方法测量其电阻，其常温(25℃)方块电阻R₁均满足：49.8Ω/sq≤R₁≤10¹⁰Ω/sq。在具体实施方式中，所述半导体粉体材料选自硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铜、掺杂型碳化硅、氧化锌、掺杂型氧化锌、二氧化锡、掺杂型二氧化锡、二氧化钛、掺杂型二氧化钛、氧化锆、掺杂型氧化锆、氧化镁、掺杂型氧化镁、氧化钴、掺杂型氧化钴、氧化镍、掺杂型氧化镍、三氧化二铁、四氧化三铁、钛酸钡、掺杂型钛酸钡、石墨型氮化碳中的一种或多种。

通过选择合适的半导体粉体材料可进一步降低复合膜层的常温(25℃)方块电阻R₁，进一步地，复合膜层的常温(25℃)方块电阻R₁满足：100Ω/sq≤R₁≤10⁸Ω/sq。

由于半导体粉体材料本身导电性能不同，选择导电性能较好的半导体粉体材料可降低复合膜层的电阻，例如：硅作为半导体粉体材料时，复合膜层的常温(25℃)方块电阻R₁通常在10⁸Ω/sq～10⁹Ω/sq内，而选择氮化钛、掺杂型碳化硅、掺杂型钛酸钡或氧化铜为半导体粉体材料时，复合膜层的电阻可降低至10⁵Ω/sq～10⁶Ω/sq，甚至小于10³Ω/sq。