一种负极集流体和锂离子电池的制作方法

本发明涉及一种负极集流体，尤其涉及一种负极集流体和锂离子电池，属于锂离子电池。

背景技术：

1、近年来各种便携式电子设备、新能源电动汽车以及储能系统的快速发展和广泛应用，对于能量密度高、循环寿命长、倍率特性好的锂离子电池的需求日益迫切。

2、现阶段，通过增加负极活性材料的负载量虽然可以提升电池的放电容量，但是无疑会加大电池的体积，不仅会影响电池安全性能，也会限制电池的应用。

3、基于以上不足，如何实现小体积大容量电池的开发是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种负极集流体，该负极集流体不仅可实现电池的轻量化，还有助于使锂离子电池呈现优异的能量密度、循环性能和倍率性能。

2、本发明提供一种负极片，该负极片包括上述负极集流体，该负极片能够使锂离子电池呈现优异的能量密度、循环性能和倍率性能。

3、本发明提供一种锂离子电池，其包括上述负极集流体或上述负极片，该锂离子电池呈现轻量化、能量密度高、循环寿命长和放电保持率高等优势。

4、本发明提供一种负极集流体，所述负极集流体包括由聚合物纺丝形成的3d网状骨架和金属层，所述金属层包覆在所述聚合物纺丝的外表面；

5、所述负极集流体的开口率为60％～95％。

6、如上所述的负极集流体，其中，所述聚合物纺丝的外表面被金属层完全包覆；

7、和/或，所述聚合物纺丝的直径为2μm～15μm。

8、如上所述的负极集流体，其中，所述聚合物纺丝包括第一聚合物纺丝和第二聚合物纺丝，所述第一聚合物纺丝的直径大于所述第二聚合物纺丝的直径；

9、优选地，所述第一聚合物纺丝和第二聚合物纺丝的直径比为2:1～5:1；

10、优选地，所述聚合物纺丝层包括熔融粘黏的至少2根第二聚合物纺丝后包覆金属层；

11、优选地，第一聚合物纺丝包括至少2根第二聚合物纺丝熔融形成；

12、优选地，第一聚合物纺丝包括2～8根第二聚合物纺丝熔融形成。

13、如上所述的负极集流体，其中，所述金属层的表面方阻值为3mω/□～100mω/□；

14、优选地，所述金属层的表面方阻值为10mω/□～40mω/□。

15、如上所述的负极集流体，其中，所述金属层包括铜或铜合金基团；

16、优选地，所述金属层还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括银、镍、锌、镁、钛中的至少一种；

17、所述掺杂元素在所述金属层中的质量百分含量为10ppm～10000ppm。

18、如上所述的负极集流体，其中，所述3d网状骨架的熔点为80℃～800℃；优选地，所述3d网状骨架的熔点为300℃～500℃；

19、和/或，高分子聚合物包括对位芳酰胺纤维、间位芳酰胺纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸脂、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸对苯二胺和其改性聚合物中的至少一种；

20、和/或，所述3d网状骨架包括掺杂元素，所述掺杂元素包括银、镍、锌、镁、钛中的至少一种；

21、和/或，所述掺杂元素在所述3d网状骨架中的质量百分含量为10ppm～1000ppm。

22、如上所述的负极集流体，其中，所述负极集流体的面密度为10g/m2～50g/m2；和/或，

23、所述负极集流体的断裂延展率不低于1％；

24、优选地，所述负极集流体的断裂延展率1～20％；

25、和/或，所述负极集流体的拉伸强度大于50mpa；

26、优选地，所述负极集流体的拉伸强度为50mpa～250mpa。

27、如上所述的负极集流体，其中，所述负极集流体在100pa条件下的材料透气率为500mm/s～1500mm/s；

28、和/或，所述负极集流体的孔隙率为30％～80％。

29、如上所述的负极集流体，其中，所述负极集流体的厚度为4μm～40μm；

30、和/或，所述3d网状骨架的厚度为3μm～35μm；

31、和/或，所述金属层的厚度为100nm～5000nm。

32、本发明还提供一种包括如上所述的负极集流体的负极片。

33、本发明还提供一种包括如上所述的负极集流体或负极片的锂离子电池。

34、本发明提供的负极集流体具有特定的结构，并通过限定其开口率至指定范围内，在不增加电池体积的前提下，提升负极集流体的空间利用率，使负极集流体可承载足够量的负极活性物质，从而提高负极对锂的接受能力，进而改善锂离子电池的能量密度、循环性能和倍率性能，并且实现电池的轻量化。

35、本发明提供的负极片是基于如上所述的负极集流体制备而成，能够使锂离子电池呈现优异的能量密度、循环性能和倍率性能。

36、本发明提供的锂离子电池是基于如上所述的负极集流体或负极片制备而成，呈现了高能量密度、高循环保持率和高放电容量保持率的电池性能，并且呈现轻量化。

技术特征：

1.一种负极集流体，其特征在于，所述负极集流体包括由聚合物纺丝形成的3d网状骨架和金属层，所述金属层包覆在所述聚合物纺丝的外表面；

2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述聚合物纺丝的外表面被金属层完全包覆；

3.根据权利要求1或2所述的集流体，其特征在于，所述聚合物纺丝包括第一聚合物纺丝和第二聚合物纺丝，所述第一聚合物纺丝的直径大于所述第二聚合物纺丝的直径；

4.根据权利要求1-3任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述金属层的表面方阻值为3mω/□～100mω/□；

5.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述金属层包括铜或铜合金基团；

6.根据权利要求1-5任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述3d网状骨架的熔点为80℃～800℃；优选地，所述3d网状骨架的熔点为300℃～500℃；

7.根据权利要求1-6任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体的面密度为10g/m2～50g/m2；和/或，

8.根据权利要求1-7任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体在100pa条件下的材料透气率为500mm/s～1500mm/s；

9.根据权利要求1-8任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体的厚度为4μm～40μm；

10.一种负极片，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的负极集流体。

11.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的负极集流体或权利要求10所述的负极片。

技术总结
本发明提供一种负极集流体和锂离子电池，该负极集流体包括由聚合物纺丝形成的3D网状骨架和金属层，所述金属层包覆在所述聚合物纺丝的外表面；所述负极集流体的开口率为60％～95％。本发明提供的负极集流体不仅可实现电池的轻量化，还有助于使锂离子电池呈现优异的能量密度、循环性能和倍率性能。

技术研发人员：黄启星,李素丽,贺飞,林文荣,黄魏
受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15