CN108777308B - 一种集流体及其制备方法、电化学储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集流体及其制备方法、电化学储能装置，属于电化学储能装置技术领域。本发明的集流体，包括金属层，所述金属层在远离金属层的方向上依次设置有聚合物层和金属箔层；所述聚合物层包括绝缘聚合物微球和导电剂。本发明的集流体，在基底和金属箔层之间设置聚合物层，当集流体的温度升高至聚合物层中绝缘聚合物微球的熔化或软化温度时，绝缘聚合物微球迅速熔化成致密膜，通过减弱电子在金属箔层与基底之间的传输，从而阻止电池热失控反应，有效保障锂离子电池在使用过程中的安全性，提高过程、热箱及短路等条件下电池的安全性能。

Description

一种集流体及其制备方法、电化学储能装置
技术领域
本发明涉及一种集流体及其制备方法、电化学储能装置，属于电化学储能装置技术领域。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、功率密度高、环保等优势，已广泛应用于便携式消费电子领域。在一些滥用条件下，如针刺、挤压、撞击等，电池内部发生短路引起电池起火、爆炸，因此改善锂离子电池滥用条件下的安全问题成为进一步推广锂离子电池应用的必须克服的障碍。
锂离子电池在滥用条件下热失控的原因是：电池在挤压、针刺、挤压等短路条件下，传统的集流体与活性材料层接触，这种短路接触电阻小，电流大，容易触发一系列副反应，进而引起引发热失控，如申请公布号为CN102290578A的中国发明专利公开了一种柔软性集流体，如正极集流体包括是塑料层和镀铝层两个部分，负极集流体包括塑料层和镀铜层两个部分，正极和集流体和腹肌集流体的塑料层是聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料和聚苯乙烯塑料中的一种；该柔软性集流体可以有效提高锂离子电池的能量密度，但是与其他现有技术中的锂离子电池一样存在安全性能较差的问题。又如授权公告号为CN206878100U的中国实用新型专利公开了一种集流体，该集流体包括聚合物层以及多孔金属箔，多孔金属箔设置于所述聚合物层沿厚度方向的两个表面上；该集流体可以有效改善锂离子电池的针刺安全性能，但对过充、热箱及短路等安全性能的改善不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好安全性能的电化学储能装置用集流体。
本发明还提供了一种上述集流体的制备方法和一种采用上述集流体的电化学储能装置。
为了实现以上目的，本发明的集流体所采用的技术方案是：
一种集流体，包括金属层，所述金属层在远离金属层的方向上依次设置有聚合物层和金属箔层；所述聚合物层包括绝缘聚合物微球和导电剂。
本发明的集流体，在金属层和金属箔层之间设置聚合物层，当集流体的温度升高至聚合物层中绝缘聚合物微球的熔化或软化温度时，绝缘聚合物微球迅速熔化成致密膜，通过减弱电子在金属箔层与金属层之间的传输，从而阻止电池热失控反应，有效保障锂离子电池在使用过程中的安全性，提高针刺、过充、热箱及短路等条件下电池的安全性能。
本发明的集流体可以只在金属层的一面依次设置聚合物层和金属箔层，也可以在金属层的两面均依次设置聚合物层和金属箔层。聚合物层和金属箔层均沿金属层的厚度方向设置。
本发明的集流体可采用现有技术中制备极片的方法采用本发明的集流体制备极片，并且既可以用于制备正极片也可以用于制备负极片。
优选的，上述集流体还包括塑料层，所述金属层设置在所述塑料层的表面上。将金属层设置于塑料层上，相较于常规技术中的金属箔集流体具有更加优异的安全性能。
优选的，所述绝缘聚合物微球的软化温度或熔点温度为85～150℃。绝缘聚合物微球为球状热敏感材料制成。
进一步优选的，所述绝缘聚合物微球由聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、苯乙烯-二乙烯苯共聚物、聚丙烯/橡胶共聚物、聚乙烯/橡胶共聚物中的至少一种形成。
优选的，所述聚合物层的厚度为0.5～6μm。聚合物层的厚度不能太厚，否则会增大极片的电阻。
优选的，所述聚合物层的面密度为1.2～2.6g/m2。
优选的，所述绝缘聚合物微球的粒径为0.01～3.0μm。
优选的，所述塑料层的两表面上均设置有所述金属层；所述塑料层设置有通孔；所述通孔的孔壁上设置有导电层以将塑料层的两表面上的金属层电连接。在塑料层上设置通孔，并通过在通孔的孔壁上设置导电层将塑料层两表面的金属层导通，可以增强极片的焊接性能。所述通孔的横截面为圆形、方形、梯形、椭圆形等常见封闭式形状。所述通孔的孔径为0.05～5mm。优选的，所述通孔的孔径为0.5～2mm。
所述金属层上设置有与所述通孔对应的透孔。优选的，所述金属层上设置有与所述通孔一一对应的透孔。
所述导电层的端面至少一部分与所述透孔的边沿电连接。优选的，所述导电层的端面全部与所述透孔的边沿电连接。
优选的，所述塑料层包括用于形成极耳的极耳区和极耳区以外的非极耳区；所述通孔设置于所述非极耳区。将通孔设置于极耳区可以进一步高极片的针刺安全性能。
优选的，所述金属箔层和金属层均独立选自铝箔、铜箔中的一种。
优选的，所述塑料层由聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物中的至少一种形成。
优选的，所述金属箔层的厚度为0.01～3.0μm。所述金属层的厚度为0.01～3.0μm。
进一步优选的，所述金属箔层的厚度为0.2～1μm。所述金属层的厚度为0.2～3μm。
所述塑料层及设置在塑料层上的金属层构成塑料复合层，所述塑料复合层的厚度为1～30μm。进一步优选的，所述塑料复合层的厚度为4～16μm。
优选的，所述金属箔层通过在所述聚合物层的表面上涂覆或沉积金属形成。
优选的，所述聚合物层中，绝缘聚合物微球与导电剂的质量比为5～30:3～50。更进一步优选的，所述聚合物层中，绝缘聚合物微球与导电剂的质量比为1～3:3～10。
所述导电剂为Super P、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、中间相碳微球中的至少一种。
优选的，所述聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成；所述绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为5～30:3～50:2～20。更进一步优选的，所述聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成；所述绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为1～3:3～10:1～5。
所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚丙烯酸钠、聚氨酯、聚乙烯亚胺、聚偏氟乙烯中的至少一种。
本发明的集流体的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)将绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂均匀分散在溶剂中，得到导电浆料，然后将导电浆料涂覆在基底上，干燥后在基底上形成聚合物层，得到复合材料；所述基底包括金属层；所述导电浆料涂覆在所述金属层上；
2)在所得复合材料的聚合物层上通过涂覆和/或沉积金属形成金属箔层，即得。
本发明的集流体的制备方法，工艺简单，便于推广应用。
优选的，所述基底还包括塑料层；所述金属层设置于所述塑料的表面上。
优选的，所述塑料层包括用于形成极耳的极耳区和极耳区以外的非极耳区，所述导电浆料涂覆在非极耳区的金属层上。塑料层不管是极耳区还是非极耳区的表面上均设置有所述金属层。
优选的，所述金属层的厚度为0.01～3.0μm。进一步优选的，所述金属层的厚度为0.2～3μm。
所述塑料层及设置在塑料层上的金属层构成塑料复合层，所述塑料复合层的厚度为1～30μm。进一步优选的，所述塑料复合层的厚度为4～16μm。
优选的，所述极耳区上设置有通孔。多孔极耳上的孔洞为圆形、方形、梯形、椭圆形等常见封闭式形状。
优选的，所述塑料层的两表面上均设置有所述金属层；所述通孔的孔壁上设置有导电层以将塑料层的两表面上的金属层电连接。
优选的，所述塑料层由聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物中的至少一种形成。
优选的，步骤1)中，所述绝缘聚合物微球由聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、苯乙烯-二乙烯苯共聚物中的至少一种形成。所述绝缘聚合物微球的粒径为0.01～3.0μm。
优选的，步骤1)中，所述导电剂为Super P、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、中间相碳微球中的至少一种。所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚丙烯酸钠、聚氨酯、聚乙烯亚胺、聚偏氟乙烯中的至少一种。所述溶剂为水或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
优选的，所述绝缘聚合物微球、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为5～30:3～50:2～20:5～40。
优选的，所述聚合物层的厚度为0.5～6μm。
优选的，所述绝缘聚合物微球的粒径为0.01～3.0μm。
优选的，所述金属箔层的厚度为0.01～3.0μm。进一步优选的，所述金属箔层的厚度为0.2～1μm。
步骤1)中，所述涂覆为刮涂、印刷、喷涂、打印中的一种。
步骤2)中，通过涂覆、沉积中的一种方式或两种方式结合在聚合物层上形成金属箔层。所述涂覆为印刷、刮涂、喷涂中的一种或几种相结合。所述沉积为蒸镀、电镀、气相沉积中一种或几种相结合。
本发明的电化学储能装置所采用的技术方案为：
一种采用上述的集流体的电化学储能装置。
本发明的电化学储能装置，采用上述集流体，具有良好的安全性能。
所述电化学储能装置为锂离子电池或超级电容器。所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体等。
优选的，所述正极片包括上述集流体和设置在所述金属箔层上的正极活性物质层；所述金属箔层为铝箔。
优选的，所述负极片包括上述集流体和设置在所述金属箔层上的负极活性物质层；所述金属箔层为铜箔。
附图说明
图1为实施例1的集流体的示意图，其中，1-塑料层，2-金属层，3-聚合物层，4-金属箔层；
图2为图1的中塑料层的俯视图，其中，5-极耳区，6-非极耳区，7-通孔；
图3为实施例4的集流体的示意图，其中，8-塑料层，9-金属层，10-聚合物层，11-金属箔层。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的集流体，如图1、图2所示，包括塑料层1、设置在塑料层1两表面上的金属层2、设置在金属层2上的聚合物层3、设置在聚合物层3上的金属箔层4；塑料层1包括极耳区5和极耳区以外的非极耳区6；极耳区设置有孔径为0.5mm的通孔7；通孔的孔壁上设置导体层，金属层上设置有与通孔一一对应的透孔(图中未显示)；导体层的端面全部与透孔的边沿连接；聚合物层的厚度为3μm，面密度为2.2g/m2；塑料层的厚度为4μm，金属层的厚度为0.2μm，金属箔层的厚度为0.3μm；塑料层由聚对苯二甲酸乙二酯制成；聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成，绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为2:6:3，绝缘聚合物微球由苯乙烯-二乙烯苯共聚物制成，粒径为0.01μm；导电剂为Super P，粘结剂为聚丙烯酸钠；金属箔层为铝。
本实施例的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)以厚4μm、长120mm、宽70mm的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜(PET薄膜)作为塑料层，在塑料层沿宽度方向的一侧预留宽度为10mm的区域作为极耳区，将塑料层上极耳区以外的区域作为非极耳区；在极耳区上均匀打孔形成若干圆形通孔；然后在塑料层的两表面涂覆金铝属形成金属层，同时在通孔的孔壁上形成导体层，金属层在通孔的位置处形成与通孔一一对应的透孔，导体层端面全部与透孔的边沿连接，制得基底；
将2kg粘结剂加入15kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入6kg导电剂和3kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；
2)将得到的导电浆料采用凹版印刷机涂覆在塑料层非极耳区域的金属层上，在60℃干燥后在基底上形成聚合物层，得到复合材料；
3)在6×10-3Pa真空状态下，将纯度为99.95％金属铝在置于真空仓的坩埚中进行熔化，然后继续加热使熔化后的铝气化，气化后的铝在热力作用下在真空仓内高速运动，控制在复合材料的聚合物层及通孔的孔壁的导电层上镀膜，多次反复蒸镀即在复合材料的聚合物层上形成镀铝薄膜(即金属箔层)，在孔壁上形成导电层(导电层由孔壁上的导体层和在导体层上形成的铝镀膜组成)，即得；导体层的端面全部与透孔的边沿连接。
本实施例的电化学储能装置为锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体；所采用的正极片包括本实施例的集流体和设置在该集流体的金属箔层上的正极活性物质层。
实施例2
本实施例的集流体，包括塑料层、设置在塑料层两表面上的金属层、设置在金属层上的聚合物层和设置在聚合物层上的金属箔层；塑料层包括极耳区和极耳区以外的非极耳区；极耳区设置有若干孔径为1mm的通孔；通孔的孔壁上设置导体层，金属层上设置有与通孔一一对应的透孔；导体层的端面全部与透孔的边沿连接；聚合物层的厚度为1.5μm，面密度为1.6g/m2；塑料层的厚度为8μm，金属层的厚度为0.5μm，金属箔层的厚度为0.5μm；塑料层由聚酰亚胺制成；聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成，绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为3:4:3，绝缘聚合物微球由丙烯腈-丙烯酸酯共聚物制成，粒径为3μm；导电剂为Super P，粘结剂为丁苯橡胶；金属箔层为铝。
本实施例的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)以厚8μm、长120mm、宽70mm的聚酰亚胺薄膜(PI薄膜)作为塑料层，在塑料层沿宽度方向的一侧预留宽度为10mm的区域作为极耳区，将塑料层上极耳区以外的区域作为非极耳区；在极耳区上均匀打孔形成若干圆形通孔；然后在塑料层的两表面涂覆铝金属形成金属层，同时在通孔的孔壁上形成导体层，金属层在通孔的位置处形成与通孔一一对应的透孔，导体层端面全部与透孔的边沿连接，制得基底；
将3kg粘结剂加入10kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入4kg导电剂和3kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；
2)将得到的导电浆料采用喷涂方式涂覆在塑料层非极耳区域的金属层上，在60℃干燥后在基底的非极耳区域形成聚合物层，得到复合材料；
3)在6×10-3Pa真空状态下，将纯度为99.95％金属铝在置于真空仓的坩埚中进行熔化，然后继续加热使熔化后的铝气化，气化后的铝在热力作用下在真空仓内高速运动，控制在复合材料的聚合物层及通孔的孔壁的导电层上镀膜，多次反复蒸镀即在复合材料的聚合物层上形成镀铝薄膜(即金属箔层)，并在孔壁上形成导电层(导电层由孔壁上的导体层和在导体层上形成的铝镀膜组成)，即得。
本实施例的电化学储能装置为锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体；所采用的负极片包括本实施例的集流体和设置在该集流体的金属箔层上的正极活性物质层。
实施例3
本实施例的集流体，包括塑料层、设置在塑料层两表面上的金属层、设置在金属层上的聚合物层、设置在聚合物层上的金属箔层；塑料层包括极耳区和极耳区以外的非极耳区；极耳区设置有孔径为0.8mm的通孔；通孔的孔壁上设置导体层，金属层上设置有与通孔一一对应的透孔；导体层的端面全部与透孔的边沿连接；聚合物层的厚度为6μm，面密度为2.6g/m2；塑料层的厚度为15μm，金属层的厚度为0.05μm，金属箔层的厚度为1μm；塑料层由聚丙烯制成；聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成，绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为1:3:1，绝缘聚合物微球由聚苯乙烯制成，粒径为1μm；导电剂为SuperP，粘结剂为羧甲基纤维素钠；金属箔层为铝。
本实施例的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)以厚15μm、长120mm、宽70mm的聚丙烯薄膜(PP薄膜)作为塑料层，在塑料层沿宽度方向的一侧预留宽度为10mm的区域作为极耳区，将塑料层上极耳区以外的区域作为非极耳区；在极耳区上均匀打孔形成若干圆形通孔；然后在塑料层的两表面沉积金铝属形成金属层，同时在通孔的孔壁上形成导体层，金属层在通孔的位置处形成与通孔一一对应的透孔，导体层端面全部与透孔的边沿连接，制得基底；
将1kg粘结剂加入12kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入3kg导电剂和1kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；
2)将得到的导电浆料采用刮涂法涂覆在塑料层非极耳区域的金属层上，在60℃干燥后在基底的非极耳区域形成聚合物层，得到复合材料；
3)在4×10-3Pa真空状态下，将纯度为99.95％金属铝在置于真空仓的坩埚中进行熔化，然后继续加热使熔化后的铝气化，气化后的铝在热力作用下在真空仓内高速运动，控制在复合材料的聚合物层及通孔的孔壁的导电层上镀膜，多次反复蒸镀即在复合材料的聚合物层上形成镀铝薄膜(即金属箔层)，在孔壁上形成导电层(导电层由孔壁上的导体层和在导体层上形成的铝镀膜组成)，即得。
本实施例的电化学储能装置为锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体；所采用的正极片包括本实施例的集流体和设置在该集流体的金属箔层上的正极活性物质层。
实施例4
本实施例的集流体，如图3所示，包括塑料层8、设置在塑料层一个表面上的金属层9、设置在金属层9上的聚合物层10、设置在聚合物层10上的金属箔层11；塑料层包括极耳区和极耳区以外的非极耳区；极耳区设置有孔径为2mm的通孔；通孔的孔壁上设置导体层，金属层上设置有与通孔一一对应的透孔；导体层的端面全部与透孔的边沿连接；聚合物层的厚度为4.5μm，面密度为1.3g/m2；塑料层的厚度为10μm，金属层的厚度为0.6μm，金属箔层的厚度为1μm；塑料层由PS塑料制成；聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成，绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为2:6:3，绝缘聚合物微球由聚苯乙烯制成，粒径为0.5μm；导电剂为Super P，粘结剂为羧甲基纤维素钠；金属箔层为铝。
本实施例的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)以厚10μm、长120mm、宽70mm的PS薄膜作为塑料层，在塑料层沿宽度方向的一侧预留宽度为10mm的区域作为极耳区，将塑料层上极耳区以外的区域作为非极耳区；在极耳区上均匀打孔形成若干圆形通孔；然后在塑料层的一个表面上涂覆铝金属形成金属层，同时在通孔的孔壁上形成导电层，金属层在通孔的位置处形成与通孔一一对应的透孔，导电层端面全部与透孔的边沿连接，制得基底；
将3kg粘结剂加入8kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入6kg导电剂和2kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；
2)将得到的导电浆料采用刮涂法涂覆在塑料层非极耳区域的金属层上，在60℃干燥后在基底的非极耳区域形成聚合物层，得到复合材料；
3)在4×10-3Pa真空状态下，将纯度为99.95％金属铝在置于真空仓的坩埚中进行熔化，然后继续加热使熔化后的铝气化，气化后的铝在热力作用下在真空仓内高速运动，控制在复合材料的聚合物层上镀膜，多次反复蒸镀即在复合材料的聚合物层上形成镀铝薄膜(即金属箔层)即得。
本实施例的电化学储能装置为锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体；所采用的正极片包括本实施例的集流体和设置在该集流体的金属箔层上的正极活性物质层。
实施例5
本实施例的集流体，包括金属层、设置在金属层两表面上的聚合物层、设置在聚合物层上的金属箔层；聚合物层的厚度为0.5μm，面密度为1.2g/m2；金属层的厚度为3μm；金属层为厚度为0.5μm的铝箔；聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成，绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为3:10:5，绝缘聚合物微球由聚丙烯制成，粒径为2μm；导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯；金属箔层为厚度为0.2μm铝箔。
本实施例的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)在长120mm、宽70mm的金属层沿宽度方向的一侧预留宽度为10mm的区域作为极耳区域，将金属层上极耳区以外的区域作为非极耳区；
将0.5kg粘结剂加入2kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入1kg导电剂和0.3kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；
2)将得到的导电浆料采用刮涂法涂覆在金属层非极耳区域(非极耳区域的两面均涂覆导电浆料)上，在60℃干燥后在金属层的非极耳区域形成聚合物层，得到复合材料；
3)采用电镀法在复合材料的聚合物层上沉积厚度为0.2μm的铝层形成金属箔层，即得。
本实施例的电化学储能装置为锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体；所采用的正极片包括本实施例的集流体和设置在该集流体的金属箔层上的正极活性物质层。
实施例6
本实施例的集流体与实施例1的集流体的区别仅在于：金属箔层为铜。
本实施例的集流体的制备方法与实施例1的集流体的制备方法的区别仅在于：步骤2)中，将0.2kg粘结剂加入0.4kg水中混合均匀，得到粘结剂溶液，然后在粘结剂溶液中加入0.5kg导电剂和0.3kg绝缘聚合物微球混合均匀，得到导电浆料；将步骤4)中的99.95％金属铝替换为纯铜。
本实施例的集流体可用于电化学储能装置的负极片。
实验例1
本实验例是对采用实施例1～3的集流体的锂离子电池的安全性能的测试。以12μm厚的铝箔作为对比例1的集流体。
分别采用实施例1～3及对比例1的集流体采用包括如下步骤的方法制备锂离子电池：
(1)正极的制备：向溶剂170g的NMP中加入96g的活性材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、2g的导电剂炭黑和2g的粘结剂PVDF，混合均匀制得三元正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在上述镀层集流体表面，干燥得到正极，辊压备用；
(2)负极的制备：向200g溶剂去离子水中加入95.4g的负极活性物质石墨粉，2.6g的导电剂炭黑、1g的增稠剂CMC(羧甲基纤维素钠)和1g的粘结剂SBR(丁苯橡胶)，混合均匀得到负极浆料，将负极浆料均匀涂覆在厚度为10μm集流体表面，干燥得到负极，辊压备用；
(3)锂离子电池的组装：将复合隔膜、正极和负极叠片形成电芯，再将电芯置于壳体中，得到锂离子电池组件；
(4)电解液的注入：向锂离子电池组件中注入电解液(碳酸二甲酯DMC/碳酸乙烯酯EC/碳酸甲乙酯EMC，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1M)，得到锂离子二次电池。
然后分别对制备的锂离子电池进行过充、针刺和热箱试验：
过充试验的条件为：将样品电池3C电池恒流充电至10V，充电电流接近0并稳定30min后结束实验；
针刺试验的条件为：钢钉直径为3mm，针刺速度为20mm/s，钢针从电池正中心穿过，并在电池中保持30min，观察电池变化；
热箱试验的条件为：将满充样品电池以5℃/min的速度升至150℃，保持30min，观察电池变化。实验结果见表1。
表1采用实施例1～3及对比例1的集流体的锂离子电池的安全性能
集流体种类 过充 针刺 150℃热箱
实施例1 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸
实施例2 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸
实施例3 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸 不燃烧、不爆炸
对比例1 燃烧、爆炸 燃烧、爆炸 燃烧、爆炸
由表1中数据可以看出，实施例1～3制备的锂离子电池具有优越的安全性能，聚合物集流体载体的引入有效解决了锂离子电池的针刺安全性能；当温度升高至热敏感涂层材料的融化温度时，球体迅速融化成致密膜，减弱聚合物层对电子的传输能力，阻止电池热失控反应，有效保障电池过充、热箱等安全性；对比采用铝箔基材集流体的电池安全性能明显偏差。
实验例2
分别对实施例1～3的集流体上金属箔层及对比例1的集流体的电导率、达因值及抗拉强度性能进行检测，测试结果见表2。
表2实施例1～3及对比例1的集流体的性能测试结果
集流体种类 镀层电导率 镀层达因值 镀层抗拉强度
实施例1 4.0×10<sup>5</sup>S/cm 31 290Mpa
实施例2 2.1×10<sup>5</sup>S/cm 31 240Mpa
实施例3 8.2×10<sup>5</sup>S/cm 32 230Mpa
对比例 3.3×10<sup>5</sup>S/cm 32 310Mpa
由表2中数据可知，实施例1～3的集流体上金属箔层表面细致、光亮、致密度高，与锂离子电池正极用铝箔集流体基本性能一致。
实验例3
分别将实施例1～3中的集流体的制备方法中步骤1)在极耳打孔的步骤省去，其余步骤不变，将所得的集流体分别作为对比例2～4的集流体，采用相同焊接工艺对实施例1～3以及对比例1～4的极耳进行焊接，对焊接的合格率进行统计，统计结果见表3。
表3实施例1～3及对比例1～4的集流体的极耳焊接成功率
集流体种类 极耳焊接合格率
实施例1 99.5％
实施例2 99.1％
实施例3 99.4％
对比例1 99.7％
对比例2 60.3％
对比例3 54.2％
对比例4 58.8％
由表3中数据可知，实施例1～3的集流体的极耳焊接合格率远高于对比例1～3的集流体，与直接以铜箔作为集流体的焊接成功率相当。

Claims (6)

1.一种集流体，包括塑料层和金属层，其特征在于：所述金属层设置在所述塑料层的表面上，所述金属层在远离金属层的方向上依次设置有聚合物层和金属箔层；所述聚合物层包括绝缘聚合物微球和导电剂；
所述绝缘聚合物微球的软化温度或熔点温度为85~150℃；
所述塑料层的两表面上均设置有所述金属层；所述塑料层设置有通孔；所述通孔的孔壁上设置有导电层以将塑料层的两表面上的金属层电连接；
所述塑料层包括用于形成极耳的极耳区和极耳区以外的非极耳区；所述通孔设置于所述极耳区。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于：所述绝缘聚合物微球由聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、苯乙烯-二乙烯苯共聚物中的至少一种形成。
3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于：所述金属层上设置有与所述通孔对应的透孔；所述导电层的端面至少一部分与所述透孔的边沿电连接。
4.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于：所述聚合物层由绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂组成；所述绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂的质量比为5~30:3~50:2~20。
5.一种如权利要求1所述的集流体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将绝缘聚合物微球、导电剂和粘结剂均匀分散在溶剂中，得到导电浆料，然后将导电浆料涂覆在基底上，干燥后在基底上形成聚合物层，得到复合材料；所述基底包括塑料层和金属层，所述金属层设置在所述塑料层的表面上；所述导电浆料涂覆在所述金属层上；
2）在所得复合材料的聚合物层上通过涂覆和/或沉积金属形成金属箔层，即得。
6.一种采用权利要求1所述的集流体的电化学储能装置。
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