复合集流体与包含其的复合极片及电化学装置的制作方法

复合集流体与包含其的复合极片及电化学装置
1.本技术是申请日为2019年3月29日，申请号为“201910250322.4”，而发明名称为“复合集流体与包含其的复合极片及电化学装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本技术涉及储能技术领域，尤其涉及复合集流体及包括其的复合极片及电化学装置。


背景技术：

3.锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高。
4.集流体作为锂离子电池中的一个重要部件，具有将锂离子电池活性物质产生的电流汇集起来以形成较大的电流对外输出的功能。复合集流体的使用可进一步提高能量密度、提高韧性和延展率从而实现生产中的工艺优化、以及提高单位质量能量密度并提高安全性。
5.为进一步提高电化学装置的电学性能，有必要对复合集流体进行进一步的优化。


技术实现要素：

6.本技术提供一种复合集流体以及包含其的复合极片及电化学装置以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。
7.根据本技术的第一方面，本技术提供了一种复合集流体，其包括：中间层，其具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，且该中间层为电子绝缘的离子导体；第一金属层，其设置在该第一表面上；以及第二金属层，其设置在该第二表面上，其中第一金属层与第二金属层分别包含至少一个孔，且该孔暴露部分第一表面及部分第二表面。由于中间层具有离子传导能力，其可以通过该孔连通复合集流体两侧以形成离子通路，从而改善了复合集流体的离子传导能力，并提高了电学性能。
8.根据本技术的一些实施例，该孔的平均孔径为约20μm至约3000μm、平均孔密度为约1个/cm2至约100个/cm2、以及平均孔面积比例为约0.001％至约30％。
9.根据本技术的一些实施例，该第一金属层与该第二金属层各自独立地选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in、zn及其组合中的至少一种。
10.根据本技术的一些实施例，该离子导体选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚丙烯腈(pan)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚苯醚(ppo)、聚碳酸亚丙酯(ppc)、聚环氧乙烷(peo)及其衍生物中的至少一种。
11.根据本技术的第二方面，本技术提供了一种复合极片，该复合极片包括：上述实施
例中的复合集流体；正极活性物质层，其设置在该第一金属层上；以及负极活性物质层，其设置在该第二金属层上。
12.根据本技术的一些实施例，该正极活性物质层可覆盖部分或全部该第一表面的暴露部分，且该负极活性物质层可覆盖部分或全部该第二表面的暴露部分。
13.根据本技术的一些实施例，该复合极片进一步包括导电涂层，其中该导电涂层设置于以下两者中的至少一者：该正极活性物质层与该第一金属层之间及该负极活性物质层与该第二金属层之间。
14.根据本技术的一些实施例，该导电涂层包括导电剂及聚合物，其中该导电剂选自组合碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、人造石墨、石墨烯、金属纳米线中的至少一种；以及
15.根据本技术的一些实施例，该聚合物选自组合聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯，聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯、聚砜及其衍生物中的至少一种。
16.根据本技术的第三方面，本技术提供了一种电化学装置，该电化学装置包含上述的复合极片。
17.根据本技术的一些实施例，该电化学装置为锂离子电池。
18.根据本技术的第四方面，本技术还提供了一种电子装置，该电子装置包含上述实施例中的电化学装置。
19.本技术实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本技术实施例的实施而阐释。
附图说明
20.在下文中将简要地说明为了描述本技术实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本技术的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本技术中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
21.图1a为根据本技术一些实施例中复合集流体的结构示例的截面图。
22.图1b为根据本技术一些实施例中复合集流体的结构示例的俯视图。
23.图2为根据本技术一些实施例中一种复合极片的结构示例的截面图。
具体实施方式
24.本技术的实施例将会被详细的描示在下文中。在本技术说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本技术的基本理解。本技术的实施例不应该被解释为对本技术的限制。
25.如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，该术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中
事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于该数值的
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于该值的平均值的
±
10％(例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％)，那么可认为该两个数值“大体上”相同。
26.在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本技术以特定的方向建构或操作。
27.另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于该范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
28.在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一者”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一者”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。项目a可包含单个元件或多个元件。项目b可包含单个元件或多个元件。项目c可包含单个元件或多个元件。
29.本技术对基于复合集流体的设计作了进一步的改进，改进后的复合集流体包括：中间层，其具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，且中间层为电子绝缘的离子导体；第一金属层，其设置在第一表面上；以及第二金属层，其设置在第二表面上，其中第一金属层与第二金属层分别包含至少一个孔，且该孔使该第一金属层暴露部分该第一表面且使该第二金属层暴露部分该第二表面。由于中间层具有离子传导能力，其可以通过中间层暴露的部分与活性物质进行有效接触，从而联通两侧的离子通路，改善了复合集流体的离子传导能力，从而提高了电学性能。此外，由该复合集流体制得的复合极片有助于提高极片压实密度和涂膜厚度，同时由于在极片活性物质层原本离子传导最远端增加了离子传导通路，有助于在高极片压实密度和高正、负极活性物质涂布重量下保证正、负极活性物质的容量发挥，进一步提升了电极组件的能量密度。
30.以下将结合图1-2以进一步说明本技术各种实施例中的复合集流体的结构及其材料组成，以及该复合集流体在复合极片及电化学装置中的配置。
31.一、复合集流体
32.图1a及图1b分别为根据本技术一些实施例中的复合集流体的截面及俯视的结构示意图。
33.如图1a及1b所示，本技术复合集流体10包括：中间层1，中间层1的两侧表面第一表面及第二表面分别设置有第一金属层2和第二金属层3。其中，中间层1为电子绝缘的离子导
体。第一金属层2及第二金属层3上分别设置有孔6及7，使得中间层1的第一表面与第二表面的一部分暴露。复合集流体层能让部分正负极活性物质填充在孔6及7内，。此外，由于中间层1为电子绝缘的离子导体，通过孔6与7能够进一步形成连接该复合集流体两侧的离子通路，改善了离子传导能力，从而有效提升了电极组件能量密度，同时有助于提高极片压实密度和涂膜厚度。
34.如图1b所示，孔6及7在第一金属层2及第二金属层3中为呈现平均分布的圆孔状孔洞。应理解，孔6及7的形状及分布并无特别限制，只要能使得中间层1的第一表面与第二表面的一部分暴露即可。在一些实施例中，孔6及7可为例如，但不限于，圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形等。在一些实施例中，孔6及7可呈现平均分布也可以呈现不平均分布。
35.在一些实施例中，孔6及7的平均孔径范围为约20μm至约3000μm。当孔径过小时，单个孔的离子传导能力有限，难以起到改善离子传导通路的目的；当孔径过大时，单个孔的表面积占比过大，会影响孔附近的电子传输通路，降低第一金属层2或第二金属层3的电子传导能力，不利于电极组件的电学性能。
36.在一些实施例中，孔6及7的平均孔密度范围为约1个/cm2至约100个/cm2。当孔密度过小时，单个孔可以改善离子传导能力的区域有限，部分离孔较远的活性物质区域未能达到改善离子传导通路的目的；当孔密度过大时，每个孔附近的电子传输通路都会收到影响，进而降低金属镀层的电子传导能力，不利于电极组件的电学性能。
37.在一些实施例中，孔6及7平均孔面积比例范围为约0.001％至约30％。当孔面积比例过小时，各孔的总离子传导能力提升有限，未能有效达到改善离子传导通路的目的；当孔面积比例过大时，整体电子传输通路都会收到影响，进而降低金属镀层的电子传导能力，不利于电极组件的电学性能。
38.在一些实施例中，中间层1为聚合物材料，其可选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚环氧乙烷等及其衍生物中的至少一种。
39.在一些实施例中，中间层1的孔隙率范围为约0％至约50％。中间层具有一定孔隙率有利于减重以及提高活性物质负载量的作用，同时增大了复合集流体的表面积以改善电子传输路径。孔隙率越大时，中间层1的表面有更大面积在制备第一金属层2或第二金属层3时可以被金属层覆盖，例如，中间层1中贴近表面附近的孔洞内壁也会被蒸镀上一层金属，成为实际意义上第一金属层2或第二金属层3的一部分。然而，孔隙率过大时导致在中间层表面制备第一金属层2与第二金属层3时，两侧金属层之间可能相互渗透联通，导致整个电极组件的正负极集流体直接联通，引发失效。
40.在一些实施例中，中间层的厚度为约1μm至约20μm。中间层1的厚度不可以过大，以保证电极组件的能量密度；中间层1的厚度也不可以过小，从而保证中间层1有一定的厚度和较高的机械强度，使中间层1两侧的第一金属层2与第二金属层3不会相互联通，进而避免由其所引发失效。
41.在一些实施例中，第一金属层2与第二金属层3可以为同一种金属及其组合(合金)，也可以为两种不同的金属及其组合(合金)。在一些实施例中，第一金属层2与第二金属层3可各自独立地选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in、zn及其组合(合金)中的至少一种。
42.根据本技术的一些实施例，第一金属层2与第二金属层3的孔隙率为约0％至约60％。第一金属层2与第二金属层3具有一定孔隙率有利于减重以及提高活性物质负载量的作用。然而当孔隙率过大时，会导致金属镀层内孔隙过多，使得内部电子沿着金属镀层的传输路径加长，电子传导能力下降，进而影响电极组件电学性能。
43.根据本技术的一些实施例，第一金属层2与第二金属层3的厚度为约0.1μm至约10μm。在一些实施例中，第一金属层2与第二金属层3的厚度等于或小于现有集流体的厚度，其有利于保证电极组件的能量密度。此外，当第一金属层2与第二金属层3过厚时会影响其制备过程的生产效率，并降低整个电极组件的制备速度。第一金属层2与第二金属层3的厚度不可以过小，以确保第一金属层2与第二金属层3具有较高的电子传导能力，从而保证电极组件的电学性能。
44.在一些实施例中，复合集流体的制备方法包括以下步骤：在中间层1的表面，通过例如，但不限于，溅射法、真空沉积法、离子电镀法、激光脉冲沉积法等方法在其两侧分别形成第一金属层2与第二金属层3，其中可以通过例如，但不限于，光掩模沉积法等方法图案化第一金属层2与第二金属层3以形成孔6及7，完成复合集流体10的制备。应理解，本领域技术人员可以根据实际操作需求选择本领域常规的制备方法来替换上述流程中的任一特定制备方法，而不受其限制。
45.二、复合极片
46.本技术的一些实施例提供了包括本技术复合集流体的复合极片。本技术的复合极片有利于电解液的浸润，不仅在电池加工过程中可以提高注液工序速度，在之后电池的使用中又能加速离子通过率，从而进一步提高电池倍率性能。
47.图2为根据本技术一些实施例中的一种复合极片20的结构示意图。
48.如图2所示，本技术提供的复合极片20，其包括：上述实施例中的复合集流体10、正极活性物质层4以及负极活性物质层5。正极活性物质层4设置在第一金属层2上且负极活性物质层5设置在第二金属层3上。由于中间层1具有传导离子的能力，可通过两侧的孔6与孔7连通复合集流体10的两侧正负极活性物质以形成离子通路，从而有效改善了复合极片20的电学性能。正极活性物质层4与负极活性物质层5可以使用本领域公知的材料、构造和制造方法制备。
49.在一些实施例中，正极活性物质层4包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的至少一种锂化插层化合物，包括但不限于钴酸锂、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中的一种或多种。
50.在一些实施例中，负极活性物质层包括任何能够电化学性地吸留、放出锂离子等金属离子的物质。在一些实施例中，负极活性物质层包括碳质材料、硅碳材料、合金材料或含锂金属复合氧化物材料。在一些实施例中，负极活性物质层包括如上的一种或多种。
51.在一些实施例中，当负极活性物质层包括合金材料时，可使用蒸镀法、溅射法、镀敷法等方法形成负极活性物质层。
52.在一些实施例中，当负极活性物质层包括锂金属时，例如用具有球形绞状的导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒形成负极活性物质层，球形绞状的导电骨架可具有约5％-约85％的孔隙率，锂金属负极活性物质层上还可设置保护层。
53.在一些实施例中，上述复合极片20的制备方法可通过在复合集流体10两侧分别涂
覆正、负极活性物质的方式形成，其中孔6及7的存在有助于在高极片压实密度和高正、负极活性物质涂布重量下保证正、负极活性物质的容量发挥，进一步提升了复合极片的能量密度。
54.在一些实施例中，正极活性物质层4在复合集流体10上的涂布重量为约100g/m2至约500g/m2，负极活性物质层5在复合集流体10上的涂布重量为约50g/m2至约300g/m2。在另一些实施例中，正极活性物质层4在复合集流体10上的涂布重量为约180g/m2至约200g/m2，负极活性物质层5在复合集流体10上的涂布重量为约95g/m2至约105g/m2。
55.在一些实施例中，正极活性物质层4的压实密度为约2.0g/cm3至约5g/cm3，且负极活性物质层5的压实密度为约1.0g/cm3至约2.5g/cm3。在另一些实施例中，正极活性物质层4的压实密度为约4.0g/cm3至约4.20g/cm3，负极活性物质层5的压实密度为约1.7g/cm3至约1.85g/cm3。
56.应理解，虽然图2所示实施例中，正极活性物质层4与负极活性物质层5分别完全覆盖在孔6与孔7上且将孔6与孔7完全填充，但图2只是用作本技术复合极片20的示范性实施例。在一些实施例中，正极活性物质层4与负极活性物质层5能够不覆盖或仅覆盖部分中间层1的暴露部分(比如孔6及7)。在另一些实施例中，正极活性物质层4与负极活性物质层5能够完全不填充或仅部分填充于孔6及7中。
57.在一些实施例中，复合极片可以进一步包括导电涂层(图中未示出)，其中导电涂层设置于以下两者中的至少一者：正极活性物质层4与第一金属层2之间及负极活性物质层5与第二金属层3之间。导电涂层的添加可以进一步增加电子传导通路，提高电学性能；同时改善活性物质与复合集流体的粘接力。
58.在一些实施例中，导电涂层包括导电剂及聚合物，其中导电剂选自组合碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑、人造石墨、石墨烯、金属纳米线中的至少一种；以及聚合物选自组合聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯，聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯，聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯、聚砜及其衍生物中的至少一种。导电涂层的存在可以进一步增加电子传导通路，提高电学性能；同时改善正、负极活性物质层与复合集流体的粘接力。
59.三电化学装置
60.本技术的一些实施例还提供了包括本技术复合集流体的电化学装置。在一些实施例中，电化学装置为锂离子电池。锂离子电池包括由本技术复合极片、极耳和隔离膜组成的电极组件以及电解液。
61.在本技术的一些实施例中，锂离子电池的制备方法包括：将本技术复合极片与隔离膜叠层放置并卷绕在一起形成电极组件。随后将电极组件装入例如铝塑膜中，并注入电解液，随后进行真空封装、静置、化成、整形等工序，以获得锂离子电池。
62.本技术中使用的电解液与隔离膜没有特别限制，可以使用本领域公知的材料、构造和制造方法制备。
63.例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或
复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
64.基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
65.无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
66.隔离膜需要有机械稳健性以承受电极材料的拉伸和刺穿，且隔离膜孔径通常小于1微米。包括微孔聚合物膜，无纺布垫和无机膜的各种隔离膜已经用于锂离子电池中，其中基于微孔聚烯烃材料的聚合物膜是最常与电解液组合使用的隔离膜。微孔聚合物膜能够制成非常薄(通常约5μm-25μm)和高多孔性(通常约20％-50％)以降低电阻且提高离子传导性。同时，该聚合物膜仍然有机械稳健性。本领域技术人员当能理解，广泛使用于锂离子电池的各种隔离膜都适用于本技术。在一些实施例中，该电解液包括锂盐和非水溶剂。该锂盐选自lipf6、libf4、liasf6、liclo4、lib(c6h5)4、lich3so3、licf3so3、lin(so2cf3)2、lic(so2cf3)3、lisif6、libob和二氟硼酸锂中的一种或多种。举例来说，锂盐选用lipf6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。该非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
67.上述碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
68.上述其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、n-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯及其组合。
69.本领域的技术人员将理解，虽然上面以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本技术之后，能够想到本技术的复合集流体可以用于其他合适的电化学装置。这样的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
70.本技术的复合集流体与包含其的电化学装置，具有如下有益效果：(1)简化电极组件制备流程，提高生产效率与产品优率，降低生产成本；(2)进一步提高电化学装置的体积能量密度与质量能量密度；(3)消除裁切带来的金属毛刺，改善电极组件内部微短路引发的自放电问题，并提高电化学装置的安全性能；(4)通过在复合集流体中设置孔，从而使得联通两侧正负极材料的离子通路增加；(5)含有孔的复合集流体有助于提高极片压实密度和涂膜厚度，从而提升电极组件能量密度；以及(6)含有孔的复合集流体结构有利于电解液的
充分浸润，一方面可以提高注液工序速度，另一方面可加速离子的通过率，进一步提高电化学装置的倍率性能。
71.四电子装置
72.本技术的一些实施例进一步提供了一种电子装置，该电子装置包含本技术实施例中的电化学装置。
73.本技术实施例的电子装置没有特别限定，其可以是现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，该电子装置可以包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携cd机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
74.下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本技术中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本技术的范围内。
75.五、具体实施例
76.下述具体实施例及对比例的锂离子电池完成后，记录其锂离子电池的重量与体积尺寸。随后对锂离子电池进行0.1c与2c不同放电倍率的放电能量密度检测。以下将说明放电能量密度检测的具体实施方式。
77.放电能量密度检测
78.(1)0.1c放电时的能量密度(wh/l)
79.将锂离子电池在常温下静置30分钟，以0.05c充电速率恒流充电至电压至4.4v(额定电压)，随后之后再以0.05c倍率将电化学装置放电至3.0v，重复上述充/放电步骤3个循环以完成待测的电化学装置的化成。完成电化学装置的化成后，以0.1c充电速率恒流充电至电压至4.4v，随后以0.1c放电倍率将电化学装置放电至3.0v，纪录其放电容量，随后计算其0.1c放电时的能量密度：
80.能量密度(wh/l)＝放电容量(wh)/锂离子电池体积尺寸(l)
81.(2)2c放电时的能量密度(wh/l)
82.将锂离子电池在常温下静置30分钟，以0.05c充电速率恒流充电至电压至4.4v(额定电压)，随后之后再以0.05c倍率将电化学装置放电至3.0v，重复上述充/放电步骤3个循环以完成待测的电化学装置的化成。完成电化学装置的化成后，以2c充电速率恒流充电至电压至4.4v，随后以2c放电倍率将电化学装置放电至3.0v，纪录其放电容量，随后计算其0.1c放电时的能量密度：
83.能量密度(wh/l)＝放电容量(wh)/锂离子电池体积尺寸(l)
84.实施例1
85.(1)复合集流体的制备
86.在12μm厚的聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜(即中间层)表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层约0.5μm厚的金属cu和金属al镀层作为正极活性物质和负极活性物质的集流体(即第一金属层和第二金属层)。在制备第一金属层和第二金属层的过程中，采用掩膜板将
部分薄膜基体表面覆盖，使该区域无第一金属层和第二金属层，从而在第一金属层和第二金属层中形成孔。完成双面异质复合集流体的制备。制备完成的第一金属层和第二金属层中的孔呈现圆孔状，其孔径为20μm，孔密度为4个/cm2。该孔在整个复合集流体表面均匀分布，此时所有孔的总面积在整个复合集流体表面上的面积占比为0.001％。
87.(2)极片的制备
88.将正极活性物质钴酸锂(licoo2)、导电炭黑(super p)、聚偏氟乙烯按照重量比为约97.5:1.0:1.5进行混合，加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，调配成为固含量为约0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体的金属al镀层上，极片上正极活性物质的重量为约180g/m2。90℃条件下烘干，完成极片正极侧的单面涂布。完成涂布后，将极片的正极活性物质层冷压至约4.0g/cm3的压实密度，完成极片正极侧的全部制备流程。
89.随后将负极活性物质石墨(graphite)、导电炭黑(super p)、丁苯橡胶(sbr)按照重量比为约96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水(h2o)作为溶剂，调配成为固含量为约0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体的金属cu镀层，极片上负极活性物质的重量为约95g/m2。110℃条件下烘干，即已完成极片负极侧的单面涂布。完成涂布后，将极片的负极活性物质层冷压至约1.7g/cm3的压实密度。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，完成整个基于双面异质复合集流体的全部极片制备流程。
90.(3)电解液的制备
91.在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)以质量比ec:emc:dec约为30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(lipf6)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为约1.15m的电解液。
92.(4)锂离子电池的制备
93.选用厚度约15μm的聚乙烯(pe)作为隔离膜，将基于双面异质复合集流体的极片、隔离膜按照顺序叠好，然后将叠好的极片和隔离膜卷成电极组件，经过顶侧封，然后对电极组件进行注液，对注液完成的电极组件进行化成(0.02c恒流充电到约3.3v，再以0.1c恒流充电到约3.6v)，然后对电极组件的性能进行初步检测。最终得到软包锂离子电池。
94.实施例2
95.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例2中(1)的孔径为约100μm，且孔面积占比为约0.03％。
96.实施例3
97.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例3中(1)的孔径为约500μm，且孔面积占比为约0.80％。
98.实施例4
99.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例4中(1)的孔径为约3000μm，且孔面积占比为约28％。
100.实施例5
101.与实施例3的制备方式相同，不同的地方是实施例5中(1)的孔密度为约1个/cm2，且孔面积占比为约0.20％。
102.实施例6
103.与实施例3的制备方式相同，不同的地方是实施例6中(1)的孔密度为约10个/cm2，
且孔面积占比为约2.0％。
104.实施例7
105.与实施例3的制备方式相同，不同的地方是实施例7中(1)的孔密度为约25个/cm2，且孔面积占比为约5％。
106.实施例8
107.与实施例3的制备方式相同，不同的地方是实施例8中(1)的孔密度约为100个/cm2，且孔面积占比约为20％。
108.实施例9
109.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例9中(1)的孔径约为1100μm，孔密度为1个/cm2，且孔面积占比约为1.0％。
110.实施例10
111.与实施例9的制备方式相同，不同的地方是实施例10中(1)的孔密度约为10个/cm2，且孔面积占比约为10％。
112.实施例11
113.与实施例9的制备方式相同，不同的地方是实施例11中(1)的孔密度约为32个/cm2，且孔面积占比约为30％。
114.实施例12
115.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例12中(1)是在约12μm厚的聚丙烯腈(pan)薄膜(即中间层)表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层约0.5μm厚的金属cu和金属al镀层作为正极活性物质和负极活性物质的集流体(即第一金属层和第二金属层)。在制备第一金属层和第二金属层的过程中，采用掩膜板将部分薄膜基体表面覆盖，使该区域无第一金属层和第二金属层，从而在第一金属层和第二金属层中形成孔。随后90℃条件下烘干，完成双面异质复合集流体的制备。制备完成的第一金属层和第二金属层中的孔呈现圆孔状，其孔径约为500μm，孔密度约为25个/cm2，孔在整个复合集流体表面均匀分布，此时所有孔的总面积在整个复合集流体表面上的面积占比约为5.0％。
116.实施例13
117.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例13中(1)是在12μm厚的聚环氧乙烷(peo)薄膜(即中间层)表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层0.5μm厚的金属cu和金属al镀层作为正极活性物质和负极活性物质的集流体(即第一金属层和第二金属层)。在制备第一金属层和第二金属层的过程中，采用掩膜板将部分薄膜基体表面覆盖，使该区域无第一金属层和第二金属层，从而在第一金属层和第二金属层中形成孔。随后90℃条件下烘干，完成双面异质复合集流体的制备。制备完成的第一金属层和第二金属层中的孔呈现圆孔状，其孔径约为500μm，孔密度约为25个/cm2，孔在整个复合集流体表面均匀分布，此时所有孔的总面积在整个复合集流体表面上的面积占比约为5.0％。
118.实施例14
119.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例14中(1)是在约12μm厚的聚碳酸亚丙酯(ppc)薄膜(即中间层)表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层约0.5μm厚的金属cu和金属al镀层作为正极活性物质和负极活性物质的集流体(即第一金属层和第二金属层)。在制备第一金属层和第二金属层的过程中，采用掩膜板将部分薄膜基体表面覆盖，使
该区域无第一金属层和第二金属层，已在第一金属层和第二金属层中形成孔。随后90℃条件下烘干，完成双面异质复合集流体的制备。制备完成的第一金属层和第二金属层中的孔呈现圆孔状，其孔径约为500μm，孔密度约为25个/cm2，孔在整个复合集流体表面均匀分布，此时所有孔的总面积在整个复合集流体表面上的面积占比约为5.0％。
120.实施例15
121.与实施例7的制备方式相同，不同的地方是实施例15中(2)中该极片上的正极活性物质的重量约为190g/m2，且负极活性物质的重量约为100g/m2。
122.实施例16
123.与实施例7的制备方式相同，不同的地方是实施例16中(2)中该极片上的正极活性物质的重量约为200g/m2，且负极活性物质的重量约为105g/m2。
124.实施例17
125.与实施例7的制备方式相同，不同的地方是实施例17中(2)中该极片上的正极活性物质冷压至约4.10g/cm3的压实密度，且负极活性物质层冷压至约1.77g/cm3的压实密度。
126.实施例18
127.与实施例7的制备方式相同，不同的地方是实施例18中(2)中该极片上的正极活性物质冷压至约4.20g/cm3的压实密度，且负极活性物质层冷压至约1.85g/cm3的压实密度。
128.实施例19
129.与实施例7的制备方式相同，不同的地方是实施例19中(2)极片制备前对前一步骤中制备好的集流体进行底涂(即导电涂层)：将导电炭黑(super p)、丁苯橡胶(sbr)按照重量比约为95:5进行混合，加入去离子水(h2o)作为溶剂，调配成为固含量约为0.8的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在复合集流体的金属cu镀层上，110℃条件下烘干，得到负极底涂层；将导电炭黑(super p)、丁苯橡胶(sbr)按照重量比约为97:3进行混合，加入去离子水(h2o)作为溶剂，调配成为固含量约为0.85的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在在复合集流体的金属al镀层上，110℃条件下烘干，得到正极底涂层。
130.对比例1
131.(1)负极极片的制备
132.将负极活性物质石墨(graphite)、导电炭黑(super p)、丁苯橡胶(sbr)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水(h2o)作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的一侧上，其中负极活性物质的重量为95g/m2。110℃条件下烘干，得到负极极片。随后依照相同方法，在该负极集流体铜箔的另一侧上也进行如上步骤，得到双面涂布完成的负极极片。随后将负极极片冷压至1.7g/cm3的压实密度。
133.(2)正极极片的制备
134.将正极活性物质钴酸锂、导电炭黑、聚偏二氟乙烯按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入n-甲基吡咯烷酮作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的一侧上，其中正极活性物质的重量为180g/m2。90℃条件下烘干，得到正极极片。随后依照相同方法，在该正极集流体铝箔的另一侧上也进行如上步骤，得到双面涂布完成的正极极片。随后将正极极片冷压至4.0g/cm3的压实密度。
135.(3)电解液的制备
136.在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)以质量比ec:emc:dec＝30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(lipf6)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1.15m的电解液。
137.(4)锂离子电池的制备
138.选用厚度15μm的聚乙烯(pe)作为隔离膜，将正极极片、隔离膜、负极极片按照顺序叠好，使隔离膜处于正中间的位置，然后将叠好的极片和隔离膜卷成电极组件，经过顶侧封，然后对电极组件进行注液，对注液完成的电极组件进行化成(0.02c恒流充电到3.3v，再以0.1c恒流充电到3.6v)，然后对电极组件的性能进行初步检测。最终得到软包锂离子电池。
139.对比例2
140.与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例2中(1)双面异质复合集流体的制备是在12μm厚的聚偏氟乙烯薄膜表面，通过真空沉积法在两侧分别制备一层0.5μm厚的金属cu和金属al镀层作为负极和正极活性物质的集流体，而未形成孔。
141.对比例3
142.与对比例2的制备方式相同，不同的地方是对比例3中(2)中的该极片上的正极活性物质的重量约为200g/m2，且负极活性物质的重量约为105g/m2。
143.对比例4
144.与对比例2的制备方式相同，不同的地方是对比例4中(2)中的该极片上的正极活性物质层冷压至约4.20g/cm3的压实密度，且负极活性物质层冷压至约1.85g/cm3的压实密度。
145.上述实施例1-19及对比例1-4的具体实施方式参数以及其放电能量密度及放电能量百分比结果如下表1所示。
146.表1
147.[0148][0149]
[0150]
通过表1可知，相较于对比例1，即相比于普通铜铝箔集流体的锂离子电池，本技术实施例中的锂离子电池不仅具有双面异质复合集流体的固有优点，即：可通过自卷绕的方式进行电极组件结构设计，从而进一步简化电极组件制备流程，提高生产效率与产品优率，降低生产成本；同时，通过减少集流体和隔膜材料的占比，可以进一步提高锂离子电池体积能量密度与质量能量密度。
[0151]
此外，相较于对比例2，即相比于使用双面异质复合集流体的锂离子电池，本技术通过改善复合集流体内离子传导通路，有效提高了电极组件的倍率性能，使得2c大倍率放电时的锂离子电池能量密度大幅提升。
[0152]
另一方面，比较实施例16与对比例3可知，在同样的高涂布重量下使用本技术复合集流体的锂离子电池展现出更优异的倍率性能和更高的能量密度，尤其是在2c大倍率放电时。
[0153]
再者，比较实施例18与对比例4可知，在同样的压实密度下本发明展现出更优异的倍率性能和更高的能量密度，尤其是在2c大倍率放电时。
[0154]
最后，比较实施例7与19可知，在同样的配置下于复合极片中的正极活性物质层4与第一金属层2之间及负极活性物质层5与第二金属层3之间配置导电涂层，能够进一步优化其电化学装置在2c大倍率放电时的倍率性能和能量密度。
[0155]
整个说明书中对“一些实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本技术中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例“，其不必然是引用本技术中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
[0156]
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本技术的限制，并且可以在不脱离本技术的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。