[发明专利]一种复合结构柔性集流体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合结构柔性集流体及其制备方法，属于新能源电池材料技术领域。本发明中的柔性集流体包含柔性非导电基材、导电金属层和导电碳涂层。本发明通过在柔性非导电基材表面先进行喷涂或者干法热复合一层导电金属材料，然后在金属膜表面再进行涂敷一种低成本、高效率、性能优异的导电碳涂层方案，可以使得所制备柔性集流体成本更低、附着力更好、电化学性能更优异，同时电池安全性能可以得到更好的解决，并且适合大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及新能源电池材料技术领域，尤其涉及一种复合结构柔性集流体及其制备方法。

背景技术

现有用于电化学体系包括锂离子电池、固态电池、超级电容器和锂硫电池的集流体，主要为铝箔和铜箔。集流体的主要作用是提供良好的电子导通能力并连接至外电路，现有技术中包括直接在电化学体系中使用铝箔、铜箔或其他具有电子导通能力的基底膜作为集流体，还包括为了改善集流体与附着于集流体表面的电极材料的良好的接触能力，提高界面的电子导通能力以及避免电化学体系中某些物质对集流体的腐蚀而使用的涂层改性的集流体。

以上所述集流体，均为直接采用金属集流体或者采用金属基材进行表面改性，整个集流体为电子导电通路，无法解决高能量密度锂电池在发生热失控时存在的安全问题。同时受应用端高能量密度、高安全、快速充放电能力和长循环寿命的要求，集流体产品逐渐往轻量化、高界面结合力和高安全方向发展。

申请号为201811401509.1的专利（申请日：2018-11-22）公开了一种锂离子电池集流体及其制备方法，集流体采用柔性不导电基材，在基材表面采用化学镀或者电镀形成一种金属导电镀层。此集流体可以改善集流体强度性能和锂离子电池安全性能。

申请号为201710243721.9的专利（申请日：2017-04-14）公开了一种正极集流体、其制备方法及其应用，集流体采用包括塑料薄膜、所述塑料薄膜的上下表面依次镀有粘接力增强层、铝金属镀层和防氧化层等多层结构。该正极集流体既能实现电池的轻量化、提高能量密度，又能使镀铝层不易脱落、不容易氧化。

申请号为201810691419.4的专利公开了一种柔性集流体及其制备方法以及在锂离子电池中的应用，集流体采用聚合物薄膜作为基底，经过表面处理后，采用真空溅射的方法用靶材在聚合物薄膜两面溅镀金属导电碳涂层，之后在金属导电碳涂层两侧涂敷活性材料涂层。优点是具有更好的柔韧性和机械强度，弯折过程中不易产生折痕或脆断；聚合物薄膜作为基底的材料具有更低的质量密度，可以降低电池总体质量，提升电池能量密度，同时该聚合物具有耐高温、防氧化、材料成本低、便于规模生产的优势。

上述已公开专利中采用的柔性不导电基材表面导电层，均是在柔性不导电集流体表面形成镀一层金属导电层，此类金属导电层在应用过程中会导致以下几个问题：

1）金属导电层与应用时电极材料层之间因电极材料与刚性金属材料接触，会导致接触面积偏小，后期极片浸润时电极材料层发生溶胀，与金属导电层之间的接触面积会更小，界面阻抗更大，导致电极极片整体的电子导通能力较差，影响电化学体系大电流充放电条件下的性能发挥以及循环使用寿命；

2）因金属导电层与电极材料层之间接触面积偏小，也会导致电极材料层中粘结剂与刚性金属导电层附着力偏差，导致电极片阻抗一致性差，电流密度分布不均匀，严重影响电化学体系产品电化学性能及一致性；

3）电极材料层在电池工作期间会存在一定程度的尺寸变化，进而加强了原本就不牢固的金属导电层和电极材料层间的界面连接，导致电化学体系的性能急剧恶化；

4）在金属镀层表面再镀一层氧化层，此氧化层若为金属层，那么氧化问题还是存在；若为非金属材料SiC、Si₃N₄或Al₂O₃，那么Si₃N₄和Al₂O₃是不导电材料，SiC是半导体材料，电子导电能力受到很大阻碍，此类再次镀层的方法也会导致成本过高。