一种复合集流体、正极片和二次电池的制作方法

本发明属于二次电池，尤其涉及一种复合集流体、正极片和二次电池。

背景技术：

1、锂离子电池因为具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等优点，广泛应用于3c、电动汽车和电动工具等产品中。随着锂电池行业的竞争越来越激烈，对锂电池能量密度的要求也越来越高，而采用复合集流体是业内针对该问题采用的一种主流方法。常见的复合集流体为典型的三明治结构，其中间为一层高分子材料，一侧或两侧通过蒸镀的方式沉积金属导电层。以8μm复合铝箔(1μm+6μm+1μm，即两侧镀铝层厚度为1μm，高分子材料厚度为6μm)为例，相较于8μm常规铝箔，可减重40％，电芯质量可减少1.2％(电芯中铝箔占比按3％计)，而质量能量密度则可以增加1.2％。此外，复合集流体的使用还可以减少极片断裂时断面毛刺的产生，从而降低电芯发生短路的概率，提升电池的安全性能。

2、但常规复合集流体在使用过程中还存在如下问题：

3、1、复合集流体中高分子层的延展性非常好，辊压后极易发生回复，进而导致非常严重的起皱现象，大压实密度条件下尤甚，严重者可导致后续卷绕工序无法进行，加工性能不佳；

4、2、复合集流体进行安全测试时断面不易产生毛刺，但其表面并未被保护起来，仍然存在短路物风险；

5、3、复合集流体与活性材料之间的粘结力较小，使得在循环过程中易出现金属导电层和活性物质的脱离，导致电芯的内阻增加，倍率和循环性能变差；

6、因高分子薄膜基材和两侧金属导电层的相容性差，粘结力较小，在大压密条件下辊压后，在电解液的溶胀作用下，金属导电层易发生脱落，降低电芯的循环性能。

7、上述问题的存在限制了复合集流体的使用，是复合集流体大规模应用时迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种复合集流体，其具有较高的强度，辊压时不易起皱，且基材层与金属层粘结牢固，不易脱落，而且表面得到包覆，使安全测试时毛刺得到遮挡包覆，安全性好。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合集流体，包括高分子基材层、设置于所述高分子基材层至少一表面的粘结层、设置于所述粘结层远离所述高分子基材层一侧的金属导电层以及设置于所述金属导电层远离所述粘结层一侧的表面增强层。

4、其中，所述表面增强层包括以下重量份数的组分：65～110份无机填料、1～10份粘结剂和0.2～2份导电剂。

5、其中，所述表面增强层的面密度为0.5～2mg/cm2。

6、其中，所述无机填料在5吨压力下测试的压实密度为1.0～3.5g/cm3。

7、上述面密度和压实密度的共同调控下，可获得机械强度较高、厚度较薄、对能量密度的影响较小、以及能有效改善极片辊压起皱和避免断面产生的毛刺露出的表面增强层。

8、其中，所述无机填料包括陶瓷材料。陶瓷材料可进一步提高电芯的安全性能。

9、其中，所述陶瓷材料包括al2o3、al(oh)3、mg(oh)2、勃母石中的一种或多种。

10、其中，所述无机填料还包括锂盐，在所述无机填料中，陶瓷材料和锂盐的质量比为1:0.1～1:5。陶瓷材料和锂盐同时使用，不仅能获得具有上述性能的表面增强层，还能在提高电芯安全性能的同时提高其能量密度和电性能。

11、更优选地，所述无机填料中，陶瓷材料和锂盐的质量比为1:2～1:3。此时，电芯的安全性能、能量密度和电性能(存储、循环、倍率等)更好。

12、优选地，所述锂盐包括licoo2、linio2、livo2、licro2、limn2o4、licomno4、li2nimn3o8、lini0.5mn1.5o4、licopo4、limnpo4、lifepo4、linipo4、limnxfe1-xpo4(x＝0.4～0.9)、licofso4中的至少一种。锂盐的加入可提高电芯的能量密度和电性能。

13、更优选地，所述锂盐包括limnpo4、limnxfe1-xpo4(x＝0.4～0.9)、lifepo4中的至少一种。这些锂盐容易获得，且安全性能较好或能更好地提高电芯的电性能。

14、其中，所述无机填料的颗粒粒径dv50为0.1～5μm。使用该粒径范围的无机填料有利于表面增强层发挥缓冲和支撑作用，同时不影响涂布时物料的加工性能。

15、其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺中的一种或多种。

16、其中，所述导电剂包括乙炔黑、导电炭黑、人造石墨、金属纤维、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。

17、其中，所述高分子基材层包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺中的一种或多种，所述高分子基材层的厚度为1～20μm。

18、其中，所述粘结层为含有纳米铝氧化物和/或纳米硅氧化物的粘结层。纳米铝氧化物和纳米硅氧化物可显著增大高分子基材表面的粗糙度，提供界面化学键合，明显提升了高分子基材与铝层的结合力，使高分子基材层与金属导电层粘结牢固，不易脱落。

19、本发明的目的之二在于：提供一种正极片，具有良好的倍率性能、安全性能和循环性能。

20、一种正极片，包括正极活性物质涂层及上述的复合集流体，所述正极活性物质涂层设置于所述表面增强层远离所述金属导电层的一侧。

21、本发明的目的之三在于：提供一种二次电池，具有良好的倍率性能、安全性能和循环性能。

22、一种二次电池，包括上述的正极片。具体地，一种二次电池，包括正极片、负极片、隔离膜、电解液和壳体，所述隔离膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于将所述正极片、所述负极片、所述隔离膜和所述电解液封设封装。

23、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种复合集流体，设置有表面增强层，其具有良好的缓冲支撑作用和包覆保护作用，能够增加极片的整体强度，能够限制高分子基材层在辊压时的形变，从而改善起皱现象，还能够在安全测试时对极片的表面进行包覆，避免断面产生的毛刺露出而导致短路。复合集流体还设置有粘结层，能够增加高分子基材与两侧金属导电层之间的粘结力，避免在高压力下辊压的条件下及电解液的溶胀作用下，金属导电层易发生脱落。

技术特征：

1.一种复合集流体，其特征在于，包括高分子基材层、设置于所述高分子基材层至少一表面的粘结层、设置于所述粘结层远离高分子基材层一侧的金属导电层以及设置于所述金属导电层远离所述粘结层一侧的表面增强层；所述表面增强层包括以下重量份数的组分：65～110份无机填料、1～10份粘结剂和0.2～2份导电剂。

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述表面增强层的面密度为0.5～2mg/cm2。

3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述无机填料在5吨压力下测试的压实密度为1.0～3.5g/cm3。

4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述无机填料包括陶瓷材料，所述陶瓷材料包括al2o3、al(oh)3、mg(oh)2、勃母石中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述无机填料还包括锂盐；

6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺中的一种或多种；所述导电剂包括乙炔黑、导电炭黑、人造石墨、金属纤维、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述高分子基材层包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺中的一种或多种，高分子基材层的厚度为1～20μm。

8.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述粘结层为含有纳米铝氧化物和/或纳米硅氧化物的粘结层。

9.一种正极片，其特征在于，包括正极活性物质涂层及权利要求1～8中任一项所述的复合集流体，所述正极活性物质涂层设置于所述表面增强层远离所述金属导电层的一侧。

10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极片。

技术总结
本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种复合集流体，包括高分子基材层、设置于高分子基材层至少一表面的粘结层、设置粘结层远离高分子基材层一侧的金属导电层以及设置于金属导电层远离粘结层一侧的表面增强层；所述表面增强层包括以下重量份数的组分：65～110份无机填料、1～10份粘结剂和0.2～2份导电剂。本发明的复合集流体具有较高的强度，辊压不易起皱，而且基材层与金属层粘结牢固，不易脱落，而且表面得到包覆，使安全测试时毛刺得到遮挡包覆，安全性好。

技术研发人员：黄旭,魏小亮,谭远高,屈永辉,张宇,项海标
受保护的技术使用者：惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14