集流体、电极极片、电化学装置和电子装置的制作方法

本申请涉及电化学
技术领域：
，尤其涉及集流体、电极极片、电化学装置和电子装置。
背景技术：
：电化学装置(例如锂离子电池)在热电滥用的过程中(例如过充、热箱测试)会产生大量的热量，这些热量难以散去，累积后会推高电极组件温度，促进链式反应发生，例如在高温下导致sei膜(solidelectrolyteinterphase，固体电解质界相膜)分解，从而使电解液与活性物质发生反应，进一步促使电解液分解。链式反应的发生进一步促进产热，如果产热难以控制将导致电化学装置热失控。技术实现要素：本申请中集流体具有第一导电层和第二导电层，并且第一导电层与第二导电层之间具有导电胶层，在保证集流体导电通路的同时加强热传导，从而在保证电化学装置的动力学性能的同时提高了热电安全性能。本申请提供了一种集流体，其包括：第一导电层；第二导电层；导电胶层，设置在第一导电层和第二导电层之间。在上述集流体中，其中，导电胶层包括导电材料、粘结剂和固化剂。在上述集流体中，其满足以下条件中的至少一个：导电材料、粘结剂和固化剂的质量比为50～85：10～40：3～15；导电胶层中的导电材料的质量百分比为50％～85％；导电胶层中的粘结剂的质量百分比为10％～40％；导电胶层中的固化剂的质量百分比为3％～15％。在上述集流体中，其满足以下条件中的至少之一个：导电材料包括金颗粒、银颗粒、铜颗粒、铝颗粒、镍颗粒、铂颗粒、石墨、炭黑、石墨烯或纳米石墨微片中的至少一种；粘结剂包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯或丙烯酸树脂中的至少一种；固化剂包括脂肪族多胺、低分子聚酰胺、脂环族多胺、己二胺、叔胺、双氰胺或乙醇胺中的至少一种；固化剂的固化温度小于120℃；导电材料、粘结剂和固化剂的质量比为50～73：17～35：10～15；导电胶层中的导电材料的质量百分比为50％～73％；导电胶层中的粘结剂的质量百分比为17％～35％；导电胶层中的固化剂的质量百分比为10％～15％。在上述集流体中，其中，第一导电层和第二导电层均包括铝箔，或者第一导电层和第二导电层均包括铜箔。在上述集流体中，其中，第一导电层的厚度为2μm～20μm，第二导电层的厚度为2μm～20μm，导电胶层的厚度为1μm～15μm。在上述集流体中，其中，第一导电层和第二导电层彼此间隔平行布置。本申请还提供了一种电极极片，其包括上述任一项的集流体。本申请还提供了一种电化学装置，其包括上述的电极极片。本申请还提供了一种电子装置，其包括上述的电化学装置。本申请中的集流体包括第一导电层和第二导电层，增加了集流体的散热面积，在第一导电层和第二导电层之间设置导电胶层，保证了第一导电层与第二导电层之间的导电通路，从而保证电化学装置的动力学性能，导电胶层具有良好的热传导性能。一些实施例中，在产热初期温度较低时导电胶层粘结第一导电层和第二导电层，在第一导电层和第二导电层之间传递热量增强了它们之间的热传导，在产热后期温度较高时，导电胶层粘性降低，第一导电层和第二导电层张开分层，增大集流体的散热面积，提高对流散热量，从而提高电化学装置的热电安全性能。附图说明图1示出了本申请的一些实施例中的集流体的示意图。图2示出了本申请的一些实施例中的电极极片的示意图。图3示出了本申请的一些实施例中的高温下电极极片的示意图。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。电化学装置(例如锂离子电池)在进行热电测试等热电滥用的过程中产生大量的热量，这些热量会导致电化学装置温度升高，进而发生sei膜失效、电解液与活性物质反应、电解液分解等一系列链式反应，这些链式反应的发生进一步产生热量，最终引起热失控。为了克服上述问题，本申请实施例中提出一种集流体，如图1所示，集流体包括：第一导电层2、第二导电层4和导电胶层3。其中，导电胶层3设置在第一导电层2和第二导电层4之间。在本申请的一些实施例中，如上所述，因为集流体包括第一导电层2和第二导电层4，因此，相比于现有技术中的集流体(单层的铝箔或铜箔)增加了散热面积，有利于提高热电安全性能；位于第一导电层2和第二导电层4之间的导电胶层能够保证第一导电层2和第二导电层4之间的导电通路，进而保证采用该集流体的电化学装置的动力学性能。导电胶层3具有导电性，因此与第一导电层2和第二导电层4相接触的导电胶层的电子导热性能良好，即导电胶层3具有导热性，因此导电胶层3能够增强第一导电层2与第二导电层4之间的热传导，避免产热早期热量积累，提高热稳定性。此外，因为本申请的导热胶层具有低温时粘性高，高温时粘性低的特点，所以在产热后期温度较高时，导电胶层3与第二导电层2和第二导电层4之间的粘结力下降，使得第一导电层2和第二导电层4之间易于张开分层，增大对流面积，提高散热效率。因此，本申请的集流体能够在保证集流体的导电通路的同时加强热传导，从而在保证电化学装置的动力学性能的同时提高了热电安全性能。在本申请的一些实施例中，导电胶层3包括导电材料、粘结剂和固化剂。导电材料保证了导电胶层3的导电性，粘结剂保证了导电胶层3与第一导电层2和第二导电层4之间的粘结。固化剂能够保证导电胶层3在常温下不会轻易变形。在本申请的一些实施例中，导电材料、粘结剂和固化剂的质量比为50～85：10～40：3～15。本申请一些实施例中进一步限定导电材料、粘结剂和固化剂的质量比为50～73：17～35：10～15。在一些实施例中，导电胶层中的导电材料的质量百分比为50％～85％，更进一步为50％～73％。在一些实施例中，导电胶层中的粘结剂的质量百分比为10％～40％，更进一步为17％～35％。在一些实施例中，导电胶层中的固化剂的质量百分比为3％～15％，更进一步为10％～15％。上述的集流体具有较好的热电安全性能，并且导电性能良好，能够保障第一导电层2与第二导电层4之间的导电通路，提高动力学性能，并提高热稳定性。如下参考实施例2和4的描述，通过将导电胶层中的导电材料的质量百分比进一步限定为50％～73％，将导电胶层中的粘结剂的质量百分比进一步限定为17％～35％，将导电胶层中的固化剂的质量百分比进一步限定为10％～15％，可以进一步提高电化学装置的热稳定性。在本申请的一些实施例中，导电材料包括金颗粒、银颗粒、铜颗粒、铝颗粒、镍颗粒、铂颗粒、石墨、炭黑、石墨烯或纳米石墨微片中的至少一种。这些材料导热导电性能好，能够保证第一导电层2与第二导电层4之间的导电通路和热传导。例如可以利用石墨烯的低电阻率(10-6ω·cm)，保证集流体的第一导电层2和第二导电层4之间具有良好通电回路，提高电化学装置的动力学性能，同时石墨烯导热系数高(5300w/m·k)，能很好的辅助粘接在一起的第一导电层2和第二导电层4快速实现热传导，避免产热早期热量的累积。在本申请的一些实施例中，粘结剂包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯或丙烯酸树脂中的至少一种。在本申请的一些实施例中，固化剂包括脂肪族多胺、低分子聚酰胺、脂环族多胺、己二胺、叔胺、双氰胺或乙醇胺中的至少一种。在本申请的一些实施例中，固化剂的固化温度小于120℃。在本申请的一些实施例中，固化剂在温度高于120℃时，逐渐失效，导电胶层的粘接力下降，表现出低温高粘性、高温低粘性的特性，使集流体在电化学装置高温产气时张开分层，即第一导电层2和第二导电层4之间张开分层，从而增大对流散热面积，提高对流散热效率。在本申请的一些实施例中，第一导电层2和第二导电层4均包括铝箔，或者第一导电层2和第二导电层4均包括铜箔。在一些实施例中，第一导电层的厚度为2μm～20μm，第二导电层的厚度为2μm～20μm，导电胶层的厚度为1μm～15μm。在上述厚度范围内时，集流体既具有良好的导热导电性，又避免厚度过厚影响电化学装置的体积和能量密度。在本申请的一些实施例中，第一导电层2和第二导电层4彼此间隔平行布置。此时第一导电层2和第二导电层4之间的相对面积最大，导电胶层3能够最大限度地提高第一导电层2和第二导电层4之间的导热导电效率。本申请实施例中还提供了一种电极极片，其包括上述任一项的集流体。在一些实施例中，如图2所示，在第一导电层2远离导电胶层3的一侧上设置有第一活性物质层1。在一些实施例中，在第二导电层4远离导电胶层3的一侧上设置有第二活性物质层5。在一些实施例中，如图2所示，第一导电层2和第二导电层4在产热初期温度较低时通过导电胶层3相互粘结在一起，导电胶层3保证了第一导电层2和第二导电层4之间的导电通路和热传导，既能提高动力学性能，又能避免早期热量积累，提高热稳定性。在产热后期温度较高时，如图3所示，由于导电胶层的粘结力下降，第一导电层2和第二导电层4之间相互分开，此时集流体张开，增大了散热面积，提高了热稳定性。在一些实施例中，电极极片可以为正极极片，此时第一活性物质层1和第二活性物质层5包括正极活性物质。正极活性物质包括够吸收和释放锂(li)的正极材料。能够吸收/释放锂(li)的正极材料的例子可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料。具体的，钴酸锂的化学式可以如化学式1：lixcoam1bo2-c化学式1其中m1表示选自镍(ni)、锰(mn)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)、钨(w)、钇(y)、镧(la)、锆(zr)和硅(si)中的至少一种，x、a、b和c值分别在以下范围内：0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤0.2、-0.1≤c≤0.2。镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的化学式可以如化学式2：liynidm2eo2-f化学式2其中m2表示选自钴(co)、锰(mn)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)、钨(w)、锆(zr)和硅(si)中的至少一种，y、d、e和f值分别在以下范围内：0.8≤y≤1.2、0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、-0.1≤f≤0.2。锰酸锂的化学式可以如化学式3：lizmn2-gm3go4-h化学式3其中m3表示选自钴(co)、镍(ni)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)和钨(w)中的至少一种，z、g和h值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0≤g<1.0和-0.2≤h≤0.2。在一些实施例中，电极极片可以为负极极片，此时第一活性物质层1和第二活性物质层5包括负极活性物质。在本申请的一些实施例中，负极活性物质层包括石墨，在一些实施例中，石墨的(004)峰的峰面积与(110)峰的峰面积的比值范围在10-20之间，在一些实施例中，石墨d50的粒径分布范围为10-17μm，在一些实施例中，石墨d50的粒径范围为10μm-17μm。应该理解，以上关于正极活性物质和负极活性物质的描述仅是示例性的，还可以采用其他合适的活性物质。在一些实施例中，除了相应的活性物质之外，正极活性物质层或负极活性物质层还可以包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，正极活性物质层的导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。正极活性物质层中的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。在一些实施例中，正极活性物质层中的活性物质、导电剂和粘结剂的质量比可以为70～90：1～15：1～15，但是这仅是示例，可以采用任何其他合适的质量比。在一些实施例中，负极活性物质层中的导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、科琴黑、导电石墨或石墨烯中的至少一种。在一些实施例中，导电剂占活性物质层的质量百分含量为0.5％～10％。在一些实施例中，负极活性物质层中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯或丁苯橡胶中的至少一种。在一些实施例中，粘结剂占负极活性物质层的质量百分含量为0.5％～10％。本申请还提供了一种电化学装置，其包括上述的电极极片。在本申请的一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池。在本申请的一些实施例中，电化学装置包括正极极片和负极极片。在本申请的一些实施例中，电化学装置的正极极片和负极极片之间设置有隔离膜，在一些实施例中，隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电池的稳定性。在一些可续的实施例中，在隔离膜表面涂覆无机或有机涂层以增强电极组件的硬度或提升隔离膜与正负极界面的粘附性。在一些实施例中，隔离膜表面还可包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝(al2o3)、氧化硅(sio2)、氧化镁(mgo)、氧化钛(tio2)、二氧化铪(hfo2)、氧化锡(sno2)、二氧化铈(ceo2)、氧化镍(nio)、氧化锌(zno)、氧化钙(cao)、氧化锆(zro2)、氧化钇(y2o3)、碳化硅(sic)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。本申请还提供一种电子装置，包括上述电化学装置。该电子装置包括但不限于移动通信装置、个人电脑、平板电脑、可穿戴设备、无人机、电动工具、储能设备、电动自行车、电动摩托、电动车。下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本申请进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。负极极片的制备：负极活性物质采用石墨，导电剂采用乙炔黑，负极粘结剂采用丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠；将负极活性物质、乙炔黑、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按重量比96：1：1.5：1.5混合后分散于去离子水中形成浆料，搅拌均匀后涂布于负极集流体上，干燥，形成负极活性物质层，负极活性物质层的厚度为45μm，再经烘干、冷压后得到负极极片。正极极片制备：取正极活性物质钴酸锂、乙炔黑、正极粘结剂聚偏二氟乙烯(pvdf)按质量比94：3：3在n-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于正极集流体上，得到正极活性物质层，正极活性物质层的厚度为45μm，再经烘干、冷压得到正极极片。隔离膜的制备：隔离膜采用聚乙烯。电解液的制备：在含水量小于10ppm的环境下，将六氟磷酸锂与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(ec)：碳酸二乙酯(dec)：碳酸亚丙酯(pc)：丙酸丙酯(pp)：碳酸亚乙烯酯(vc)＝20；30；20；28；2，重量比)按重量比8：92配制以形成锂盐浓度为1mol/l的电解液。锂离子电池的制备：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件置于外包装铝塑膜中，在80℃下脱去水分后，注入上述电解液并封装，经过化成，脱气，整形等工艺流程得到锂离子电池。在实施例1～4与对比例1中，正极极片、负极极片、隔离膜、电解液和锂离子电池制备均相同，区别在于采用的正极集流体或负极集流体中的至少一个不同，以下具体说明。实施例1：负极集流体为单层铜箔9μm；正极集流体包括两层铝箔和位于两层铝箔之间的导电胶层，总厚度为10μm，具体结构为第一层铝箔4μm、导电胶层2μm、第二层铝箔4μm；导电胶层的原料组分及各组分质量百分比为：8％聚酰亚胺树脂、10％环氧树脂、70％石墨烯、5％银颗粒、2％乙醇胺、3％叔胺、2％的双氰胺。实施例2：负极集流体同实施例1；正极集流体与实施例1的区别在于：导电胶层的原料组分及各组分质量百分比为：35％环氧树脂、45％石墨烯、5％银颗粒、5％己二胺、10％的双氰胺。实施例3负极集流体同实施例1；正极集流体与实施例1的区别在于：导电胶层的原料组分及各组分质量百分比为：12％环氧树脂、85％石墨烯、2％乙醇胺、1％的双氰胺。实施例4负极集流体包括两层铜箔和位于两层铜箔之间的导电胶层，总厚度为9μm，具体结构为第一层铜箔4μm、导电胶层1μm、第二层铜箔4μm；导电胶层的原料组分及各组分质量百分比为：17％份环氧树脂、55％石墨烯、18％铜颗粒、5％乙醇胺、5％双氰胺，正极集流体为单层铝箔10μm。对比例1负极集流体为单层9μm铜箔；正极集流体为单层10μm铝箔；另外，在本申请中，采用如下方法对各个实施例和对比例中的锂离子电池进行测试。热箱测试：将锂离子电池满充装入热箱夹具中；以5℃/min的速率将热箱温度由室温上升到指定温度，本申请中125℃或130℃；保持该温度60min，观察电极组件是否燃烧，无燃烧则通过。对实施例1-4以及对比例1在125℃以及130℃下的热箱结果表1所示。表1125℃热箱60min130℃热箱60min实施例110/10通过8/10通过实施例210/10通过10/10通过实施例310/10通过9/10通过实施例410/10通过10/10通过对比例17/10通过0/10通过其中，表1中“x/y通过”表示y个锂离子电池中x个锂离子电池通过。如表1所示，当热箱温度为125℃时，实施例1～4全部通过，而对比例1中10个锂离子电池中只有7个通过，这是因为实施例1～4中采用了本申请实施例中所提出的集流体，集流体层中的导电胶层不仅实现了第一导电层和第二导电层之间的导电通路，还在低温时避免热量积累，在高温时增加集流体散热面积，表明含有良好导电材料(如石墨烯)以及选择具有合适固化温度的低温高粘接、高温低粘接的导电胶层的集流体能显著增强电化学装置的散热能力。继续参见表1，如表1所示，当热箱温度为130℃时，对比例1中没有任何锂离子电池通过测试，而实施例1～4中均有锂离子电池通过测试，由此可知，采用本申请实施例中的集流体的电化学装置的热箱性能明显优于不采用本申请实施例中的集流体的电化学装置的热箱性能，实施例1～4的失效温度至少比对比例1的失效温度高5℃。继续参看表1，如表1所示，实施例2和实施例4在130℃下仍然没有燃烧，这是因为实施例2和实施例4所采用的导电胶层的组分含量不同于其他实施例1。由此可知，通过合理控制导电胶层中的导电材料、粘结剂和固化剂的比例，可以进一步提高电化学装置的热稳定性，因此，本申请一些实施例中进一步限定集流体导电材料、粘结剂和固化剂的质量比为50～73：17～35：10～15。综上所述，本申请实施例中提出的集流体中，第一导电层和第二导电层之间设置有导电胶层，导电胶层能够保障第一导电层和第二导电层之间的导电通路，提高电化学装置的动力学性能。导电胶层本身可以导热，避免早期产热时热量积累，提高热稳定性；导电胶层中的固化剂的合适固化温度，促使胶体在高温条件下粘接力下降，集流体张开，增大流散热面积，提高其热稳定性。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。当前第1页12