[发明专利]一种具有三维网络立体结构的集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有三维网络立体结构的集流体及其制备方法和应用。所述具有三维网络立体结构的集流体包括：高分子聚合物集流体基体和金属导电层；所述高分子聚合物集流体基体具有三维网络孔隙结构；所述金属电导层由通过物理淀积方式沉积在所述高分子聚合物集流体基体上的金属材料构成。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种具有三维网络立体结构的集流体及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的快速发展，新兴电子设备逐渐渗透入人类的生活中。从可携带的小型电子设备，例如智能手机、笔记本电脑、数码照相机，到体积较大的储能电站、电动汽车等，电子设备已成为人类社会生存不可缺少的一部分。在这其中，二次电池作为能量的供体能够支持电子设备进行正常的工作，因而可视为电子设备的心脏。相比于其他种类电池，锂离子电池具有理论容量高、安全性高、循环稳定性高等优势，从而占领了近十年来电池市场的主要份额。同时，人们对锂离子电池的各方面要求也越来越高，尤其在循环容量和循环稳定性方面提出了更高的要求。

在传统的锂离子电池中，金属箔集流体除了汇集反应电流的作用以外，还起到支撑活性物质的作用，因此活性物质与集流体的有效接触面积以及两者之间的粘结力大小直接影响电池的电化学性能。然而，二维金属箔集流体存在的弊端是：当活性物质的面负载量较大时，电极的活性物质层较厚，从而(正/负)活性物质与集流体的接触状态仅仅为简单的二维表面，大部分的电子传输要依靠活性物质层中的碳添加剂以支持。另一方面，当活性物质在充放电过程中存在较大的体积变化时，例如硅、合金、锂金属、单质硫等，二维集流体并不能缓解其体积变化，也不能吸收电极的应力波动，从而电极容易发生粉化而造成容量损失以及界面电阻增大的情况。最后，集流体轻量化对锂离子电池能量密度的深度提升至关重要，同时要注意轻质化集流体也要保证具有较高的机械性能以支持卷对卷电池生产工业的基础要求。如上可见，相比于活性物质材料、电解液、隔膜等电池部件，集流体对电池性能的提升是不容忽视且更为明显的。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有三维网络立体结构的集流体及其制备方法和应用。在提高集流体与电极活性物质接触面积与结合力的同时，还能显著的降低集流体在电极中的质量占比；此外，在保证较高电子电导性外还避免了金属集流体的使用，降低了制备成本以及对环境的污染。

第一方面，本发明实施例提供了一种具有三维网络立体结构的集流体，包括：高分子聚合物集流体基体和金属导电层；

所述高分子聚合物集流体基体具有三维网络孔隙结构；

所述金属电导层由通过物理淀积方式沉积在所述高分子聚合物集流体基体上的金属材料构成。

优选的，所述高分子聚合物集流体基体的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、芳香族聚酰胺中的一种或几种；

所述金属材料包括：Fe、Sn、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、Al、Au、Ag、Cr、Li、Na、Ti、Ni、Nb的一种金属单质或几种金属单质的混合。

优选的，所述高分子聚合物集流体基体的目数为50至1000目，所述高分子聚合物集流体基体的厚度为30微米至200微米；其中，所述目数表示所述高分子聚合物集流体基体的三维网络孔隙结构在一个平面上的网络交叉节点的密度。

优选的，所述金属导电层的厚度为50nm至1000nm。

第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面所述的具有三维网络立体结构的集流体的制备方法，所述制备方法包括：

将具有三维网络孔隙结构的高分子聚合物集流体基体经进行打磨、清洗、干燥处理；

在处理后的高分子聚合物集流体基体上物理沉积导电金属层，从而形成具有三维网络立体结构的集流体。

优选的，所述清洗的方法具体包括：