一种复合集流体及其制备方法、电极片和二次电池与流程

本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种复合集流体及其制备方法、电极片和二次电池。

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，其中一种方式是通过使用复合集流体来满足这一要求。

2、常见的复合集流体为典型的三明治结构，包括高分子材料层和通过蒸镀等方式沉积在高分子材料层表面的导电金属层。例如厚度为8μm的复合铝箔集流体，其包括1μm厚的镀铝层+6μm厚的高分子材料层+1μm厚的镀铝层。此种复合集流体相比于常规铝箔集流体，一方面可减轻集流体的重量，从而提升电芯的质量能量密度；另一方面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，提升电芯的机械安全性能。例如，相较于8μm厚的常规铝箔集流体，8μm厚的复合铝箔集流体的总质量减小了约40％，电芯质量减小了约1.2％(铝箔集流体质量占比按电芯质量的3wt％计)，电芯的质量能量密度提高了1.2％。

3、但现有的复合集流体也还存在以下问题：由于复合集流体两侧导热性较好的导电金属层很薄(一般在1～2μm)，而占复合集流体主要部分的高分子材料层(其厚度通常为导电金属层厚度的2倍以上)的导热性不佳，极容易造成热量的累积，当热量的累积达到一定程度时，sei膜、电解液和阴极活性物质等接连发生分解，最终发生热失控反应，电芯起火甚至爆炸。

4、有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

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，以改善常规复合集流体存在的因导热性差而导致的热失控问题。

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：

4、能量基层，包括基体层和至少部分嵌于所述基体层中并储存有能量的能量体；

5、导电金属层，沉积于所述能量基层的至少一表面；

6、其中，所述能量体用于在触发温度时释放储存的能量，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外，触发温度为85～130℃，所述基体层的熔点大于所述触发温度。

7、优选的，所述基体层的厚度与所述导电金属层的厚度比为(2～50):1；所述基体层为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚对苯二甲酰对苯二胺(ppa)、聚酰亚胺(pi)中的一种或多种。

8、优选的，所述能量体由若干个能量条组成，若干个能量条分散于基体层中，并将所述能量基层上沉积有所述导电金属层的表面形成由能量条和基体层拼接而成的拼接面；所述能量体在所述拼接面上的面积占比为5％～50％。

9、优选的，所述能量体为具有弹性势能的弹性体，所述能量体用于在触发温度时释放弹性势能，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外。

10、优选的，所述能量体包括熔点为触发温度的固定部和具有弹性势能的弹性部，弹性势能未释放时所述固定部的弹性模量大于所述弹性部的弹性势能，以稳固所述弹性部；弹性部用于在触发温度时释放弹性势能，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外，并形成凸出于所述基体层的弹性凸起。

11、优选的，所述导电金属层的厚度小于或等于所述弹性凸起的高度；所述固定部为熔点在85～130℃的聚氧化乙烯和/或聚乙烯；所述弹性部的弹性模量为0.1～50mpa，所述弹性部为聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚丙烯酸酯类热塑性弹性体、烯烃的共聚弹性体、硅橡胶、氟橡胶、天然橡胶中的至少一种。

12、优选的，所述固定部和弹性部通过共挤出复合工艺得到能量体；所述固定部和弹性部层叠设置，且均至少设置两层。

13、本发明目的之二在于，提供一种上述复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

14、s1、将能量体贴合于基体层表面，热压使能量体储有能量并至少部分嵌入所述基体层中，保压冷却定型，得能量基层；

15、s2、在步骤s1得到的能量基层的至少一表面沉积导电金属层，得复合集流体。

16、优选的，步骤s1中，热压处理为：先在比触发温度高10℃～30℃的温度下下加热，再在≥5mpa压力下辊压，使能量体储有能量并至少一部分嵌入所述基体层中，然后保持同样压力下冷却定型，保压时间≥5min。

17、本发明的目的之三在于，提供一种电极片，包括上述任一项所述的复合集流体。

18、本发明的目的之四在于，提供一种二次电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和/或负极片为上述所述的电极片。

19、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的复合集流体，在基体层中嵌入储有能量的能量体，当电池温度达到触发温度85～130℃时，该能量体会释放其预存的能量，将位于其表面的导电金属顶出，并占据该位置，被顶出的导电金属与导电金属层分离，从而达到破碎导电金属层的目的。本发明在热失控之前通过使导电金属层破碎成相互独立的小块，阻断了短路电流，从源头上切断热量的累积，避免电芯发生热失控，解决了目前复合集流体存在的因导热性差而导致的热失控问题。

技术特征：

1.一种复合集流体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述基体层的厚度与所述导电金属层的厚度比为(2～50):1；所述基体层为聚乙烯、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。

3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述能量体由若干个能量条组成，若干个能量条分散于基体层中，并将所述能量基层上沉积有所述导电金属层的表面形成由能量条和基体层拼接而成的拼接面；所述能量体在所述拼接面上的面积占比为5％～50％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述能量体为具有弹性势能的弹性体，所述能量体用于在触发温度时释放弹性势能，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外。

5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述能量体包括熔点为触发温度的固定部和具有弹性势能的弹性部，弹性势能未释放时所述固定部的弹性模量大于所述弹性部的弹性势能，以稳固所述弹性部；弹性部用于在触发温度时释放弹性势能，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外，并形成凸出于所述基体层的弹性凸起。

6.根据权利要求5所述的复合集流体，其特征在于，所述导电金属层的厚度小于或等于所述弹性凸起的高度；所述固定部为熔点在85～130℃的聚氧化乙烯和/或聚乙烯；所述弹性部的弹性模量为0.1～50mpa，所述弹性部为聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚丙烯酸酯类热塑性弹性体、烯烃的共聚弹性体、硅橡胶、氟橡胶、天然橡胶中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的复合集流体，其特征在于，所述固定部和弹性部通过共挤出复合工艺得到能量体；所述固定部和弹性部层叠设置，且均至少设置两层。

8.一种权利要求1～7任一项所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，步骤s1中，热压处理为：先在比触发温度高10℃～30℃的温度下加热，再在≥5mpa压力下辊压，使能量体储有能量并至少一部分嵌入所述基体层中，然后保持同样压力下冷却定型，保压时间≥5min。

10.一种电极片，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的复合集流体。

11.一种二次电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极片和/或负极片为权利要求10所述电极片。

技术总结
本发明提供了一种复合集流体及其制备方法、电极片和二次电池，包括能量基层和沉积于所述能量基层的至少一表面的导电金属层；能量基层包括基体层和至少部分嵌于所述基体层中并储有能量的能量体；其中，所述能量体用于在触发温度时释放储存的能量，以将沉积在其表面的导电金属顶出导电金属层外，触发温度为85～130℃，所述基体层的熔点大于所述触发温度。相比于现有技术，本发明提供的复合集流体，在热失控之前即可使导电金属层破碎成相互独立的小块，阻断了短路电流，从源头上切断热量的累积，避免电芯发生热失控，解决了目前复合集流体存在的因导热性差而导致的热失控问题。

技术研发人员：黄旭,魏小亮,谭远高,屈永辉,张宇,吴声本,郑明清
受保护的技术使用者：浙江锂威能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15