CN111106354A - 一种锂电池集流体及其制备方法以及锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池集流体，涉及锂电池技术领域，由金属箔、覆盖在金属箔上表面的第一材料层、覆盖在金属箔下表面的第二材料层、覆盖在第一材料层表面的第三材料层和覆盖在第二材料层表面的第四材料层组成，第一材料层和/或第二材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种导电填料，第三材料层和/或第四材料层为具有导电功能的材料层。本发明还公开了一种锂电池集流体的制备方法，使金属箔以及所有材料层按各自覆盖顺序进行结合。本发明所提供的锂电池集流体具有对锂电池活性材料体系适应性广、与锂电池活性材料接触电阻低且结合强度高的特点，提高了锂电池的循环性能，同时还对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控。

Description

一种锂电池集流体及其制备方法以及锂电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池集流体及其制备方法以及锂电池。
背景技术
自从1990年Sony将锂电池商品化以来，锂电池得到快速发展，其能量密度、循环寿命、安全性能有了显著提高，市场规模日益增加，预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2000亿Wh，年均复合增长率接近25％。
但是随着市场对锂电池性能的要求越来越高，锂电池的能量密度、循环寿命和安全问题一直是人们努力提升的技术方向。在电动汽车领域，锂电池的能量密度影响到汽车的续航里程，锂电池的循环寿命影响到汽车的使用寿命和后续维护，锂电池的安全性能成为了高能量密度电池大规模应用于电动汽车的主要障碍。
为了提升锂电池的能量密度，人们开发了镍钴锰酸锂三元正极材料，但是这类材料的安全性能欠佳，为了提升电池的安全性能，人们已经进行了许多努力，例如外置式热敏电阻、电解液稳定剂和防过充添加剂等，但是，这些方法效果有限。为了提升锂电池的循环寿命，涂炭铝箔成为近年来的研究热点，但是涂炭铝箔功能单一，对锂电池的安全性能无实质性的帮助。近来又有将具有电阻正温度系数材料层复合在锂电池正负极集流体上技术，来改善锂电池的安全性能，但是这一技术有如下两个缺陷，一是电阻正温度系数材料层与锂电池正负极材料之间的结合力不佳，二是电阻正温度系数材料层对锂电池活性材料体系适应性受到一定的局限性，进而影响了锂电池的加工性能和电性能。
因此，为了兼顾高能量密度锂电池的循环寿命和安全性能，本领域的技术人员致力于开发一种锂电池集流体以及锂电池，使锂电池集流体具有对锂电池活性材料体系适应性更广，与锂电池活性材料接触电阻低且结合强度高的特点，可以提高锂电池的循环性能，同时还可以对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控，提高锂电池的安全性能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使得锂电池可以兼顾高能量密度、良好的循环寿命及稳定的安全性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂电池集流体，所述锂电池集流体由金属箔、覆盖在所述金属箔上表面的第一材料层、覆盖在所述金属箔下表面的第二材料层、覆盖在所述第一材料层表面的第三材料层和覆盖在所述第二材料层表面的第四材料层组成，所述第一材料层和/或所述第二材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种导电填料，所述第三材料层和/或所述第四材料层为具有导电功能的材料层。
进一步地，所述金属箔选自铝箔、铜箔、涂炭铝箔和涂炭铜箔中的一种。
进一步地，所述金属箔的厚度为3μm～25μm；所述第一材料层和/或第二材料层的厚度为0.1μm-5μm；所述第三材料层和/或所述第四材料层厚度为0.001μm-2μm；所述锂电池集流体的厚度介于3μm-39μm之间。
进一步地，所述聚合物基材为：聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚甲醛、丁苯橡胶、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种组合；所述导电填料为：碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、金属、复合导电填料、导电陶瓷粉末中的一种或几种组合；所述聚合物基材在所述第一材料层和/或所述第二材料层中所占的体积百分比均为55％-99％；所述导电填料在所述第一材料层和/或所述第二材料层中所占的体积百分比均为1％-45％。
进一步地，所述复合导电填料为：由碳黑、石墨、石墨烯包覆的金属粉末或由碳黑、石墨、石墨烯包覆的导电陶瓷粉末中的一种或几种组合；所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料之中的一种或几种组合。
进一步地，所述具有导电功能的材料层为导电复合材料、炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、导电陶瓷、金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料和导电高分子之间的一种或几种组合。
进一步地，所述导电复合材料包含至少一种有机物与至少一种导电材料。
进一步地，所述金属为：镍、铜、钴、钨、锡、铝、铅、铁、银、金、铂和其合金中的一种或几种组合。
进一步地，所述金属碳化物为：碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨和二碳化三铬之中的一种或几种组合。
进一步地，所述金属氮化物为：氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌和氮化铪中的一种或几种组合。
进一步地，所述金属硅化物为：二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬和二硅化铬之中的一种或几种组合。
进一步地，所述MAX相陶瓷材料为：Ti2PbC、V2GeC、Cr2SiC、Cr2GeC、V2PC、V2AsC、Ti2SC、Zr2InC、Zr2TlC、Nb2AlC、Nb2GaC、Nb2InC、Sc2InC、Ti2AlC、Ti2GaC、Ti2TlC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaC、Ti2AlN、Ti2GaN、Ti2InN、V2GaN、Cr2GaN、Ti2GeC、Ti2SnC、Nb2SC、Hf2SC、Hf2InC、Hf2TlC、Ta2AlC、Ta2GaC、Hf2SnC、Hf2PbC、Hf2SnN、Ti3AlC2、Ti4GeC3、V3AlC2、Mo2GaC、Zr2InN、Zr2TlN、Zr2SnC、Zr2PbC、Nb2SnC、Nb2PC、Nb2AsC、Zr2SC、Ti2InC、Ta3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3SnC2、Ti4AlN3、V4AlC3、Ti4GaC3、Nb4AlN3、Ta4AlC3、Ti4SiC3之中的一种或几种组合。
进一步地，所述金属硼化物为：硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬和三硼化五铬之中的一种或几种组合。
本发明还提供了一种锂电池集流体的制备方法，通过旋涂、热压合、静电喷涂、等离子体喷涂、狭缝式涂布、网纹涂布、凹版印刷、微凹涂布、逗号刮刀涂布、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体气相沉积、真空镀、真空溅射、离子镀、电镀、热喷涂之中的一种或几种方法组合，将所述第一材料层和所述第二材料层分别覆盖在所述金属箔的上表面和下表面，将所述第三材料层和所述第四材料层分别覆盖在所述第一材料层和第二材料层表面。
本发明还提供了一种锂电池，包括上述的锂电池集流体。
本发明提供的锂电池集流体及其制备方法，是将材料层覆盖在金属箔上下表面，并在此材料层上再覆盖另外一层材料层组成锂电池集流体。所述锂电池集流体具有对锂电池活性材料体系适应性广，与锂电池活性材料接触电阻低、结合强度高的特点，可以提高锂电池的循环性能，同时还可以对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控，提高锂电池的安全性能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明较佳实施例中的锂电池集流体示意图。
其中，1-铝箔，2-第一材料层，3-第二材料层，4-第三材料层，5-第四材料层。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例1
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在2L的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后将100g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
实施例2
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将200g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
实施例3
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
实施例4
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将400g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
实施例5
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将500g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
实施例6
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入150g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例7
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入200g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例8
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入250g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例9
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例10
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.8微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.8微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例11
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约1.2微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约1.2微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例11
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为18微米，如图1所示。
实施例12
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约40nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约40nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例13
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约60nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约60nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例14
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约80nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约80nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例15
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例16
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入20g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例17
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入40g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例18
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入60g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例19
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入80g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例20
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将500g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约40nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约40nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例21
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将500g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约60nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约60nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例22
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将500g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约80nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约80nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例23
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将500g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例24
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.8微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.8微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例25
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约1.2微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约1.2微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例26
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为23微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例27
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上通过涂布的方式涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例28
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入60g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的两个表面，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为17微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上通过涂布的方式涂上一层约1.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例29
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的一个表面，形成第一材料层2；将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末，将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的另外一个表面，形成第二材料层3，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为20微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例30
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中,然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的一个表面，形成第一材料层2；将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末，将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将300g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在13微米的铝箔1的另外一个表面，形成第二材料层3，制备成第一材料层2/铝箔1/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为20微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铝箔1/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
实施例31
将中国石化聚乙烯5000S、卡博特碳黑N550按体积比为75：25的比例用双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料粉碎球磨成粉末。将50gPVDF溶解在2L的NMP中，然后将100g导电复合材料粉末加入到溶液中充分搅拌，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在9微米的铜箔的两个表面，制备成第一材料层2/铜箔/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为19微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铜箔/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为24微米，如图1所示。
将制备的锂电池集流体上下两面涂布523型镍钴锰酸锂三元正极材料，烘干辊压后裁切成79*79mm的正极极片，然后将其与负极极片、隔膜和电解液按照常规的锂电池制作工艺制作成方形软包电池，电池容量约3000mAh。
实施例32
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入300g卡博特碳黑N550搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在9微米的铜箔的两个表面，制备成第一材料层2/铜箔/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为13微米。再通过涂布的方式在第一材料层2上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第三材料层4；在第二材料层3上涂上一层约0.5微米厚的涂炭层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/第一材料层2/铜箔/第二材料层3/第四材料层5的结构，总厚度为14微米，如图1所示。
实施例33
将100g的PVDF HSV900溶解在2L的NMP中，然后加入20g纳米碳化钛搅拌均匀，配置成浆料，通过涂布的方式将浆料涂覆在9微米的铜箔的两个表面，制备成第一材料层2/铜箔/第二材料层3的三层复合结构的锂电池集流体，总厚度为13微米。再通过真空镀的方法在第一材料层2上镀上一层约100nm的Al层，既第三材料层4；在第二材料层3上镀上一层约100nm的Al层，既第四材料层5，制备成第三材料层4/,第一材料层2/铜箔/第二材料层3/第四材料层5的结构，如图1所示。
将制备的锂电池集流体上下两面涂布523型镍钴锰酸锂正极材料或石墨负极材料，通过辊压、裁切、叠片、顶侧封、注液、二封、化成、终封等常规锂电池制作工序后，制作成方形软包电池，电池容量约3000mAh。
比较例1
锂电池电池制作工艺同实施例1-33，只是所用锂电池集流体仅为常规铝箔1，表面无材料层。
比较例2
锂电池集流体制作工艺同实施例1，只是取消第三材料层4和第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
比较例3
锂电池集流体制作工艺同实施例23，只是取消第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
比较例4
锂电池集流体制作工艺同实施例5，只是取消第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
比较例5
锂电池集流体制作工艺同实施例9，只是取消第三材料层4和第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
比较例6
锂电池集流体制作工艺同实施例16，只是取消第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
比较例7
锂电池集流体制作工艺同实施例9，只是取消第四材料层5，锂电池电池制作工艺同实施例1-33。
下表为实施例1-33与比较例1-7的锂电池安全性能的测试结果，其中针刺的测试步骤为：室温下，将锂电池以1C电流放电至终止电压3.0V,搁置1h后，以1C电流恒流充电至4.2V，然后恒压充电至电流下降至0.05C时停止充电，充电后搁置一小时。用直径5mm的耐高温钢针，以25mm/s的速度，从垂直于锂电池的方向贯穿，贯穿位置位于锂电池的中心面，钢针停留在蓄电池中，观察1小时，不燃烧不爆炸为通过。循环性能为充放电500个循环后电池容量占初始容量的百分比。从表中可以看出，使用本发明的锂电池集流体，其安全性能和循环寿命有明显提升。
Figure BDA0001841264000000131
Figure BDA0001841264000000141
Figure BDA0001841264000000151
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (15)

1.一种锂电池集流体，其特征在于，所述锂电池集流体由金属箔、覆盖在所述金属箔上表面的第一材料层、覆盖在所述金属箔下表面的第二材料层、覆盖在所述第一材料层表面的第三材料层和覆盖在所述第二材料层表面的第四材料层组成，所述第一材料层和/或所述第二材料层包含至少一种聚合物基材和至少一种导电填料，所述第三材料层和/或所述第四材料层为具有导电功能的材料层。
2.根据权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属箔选自铝箔、铜箔、涂炭铝箔和涂炭铜箔中的一种。
3.根据权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属箔的厚度为3μm～25μm；所述第一材料层和/或第二材料层的厚度为0.1μm-5μm；所述第三材料层和/或所述第四材料层厚度为0.001μm-2μm；所述锂电池集流体的厚度介于3μm-39μm之间。
4.根据权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述聚合物基材为：聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚甲醛、丁苯橡胶、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种组合；所述导电填料为：碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、金属、复合导电填料、导电陶瓷粉末中的一种或几种组合；所述聚合物基材在所述第一材料层和/或所述第二材料层中所占的体积百分比均为55％-99％；所述导电填料在所述第一材料层和/或所述第二材料层中所占的体积百分比均为1％-45％。
5.根据权利要求4所述的锂电池集流体，其特征在于，所述复合导电填料为：由碳黑、石墨、石墨烯包覆的金属粉末或由碳黑、石墨、石墨烯包覆的导电陶瓷粉末中的一种或几种组合；所述导电陶瓷粉末为：金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料之中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的锂电池集流体，其特征在于，所述具有导电功能的材料层为导电复合材料、炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、导电陶瓷、金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物、MAX相陶瓷材料和导电高分子之间的一种或几种组合。
7.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述导电复合材料包含至少一种有机物与至少一种导电材料。
8.根据权利要求4或6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属为：镍、铜、钴、钨、锡、铝、铅、铁、银、金、铂和其合金中的一种或几种组合。
9.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属碳化物为：碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨和二碳化三铬之中的一种或几种组合。
10.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属氮化物为：氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌和氮化铪中的一种或几种组合。
11.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属硅化物为：二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬和二硅化铬之中的一种或几种组合。
12.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述MAX相陶瓷材料为：Ti2PbC、V2GeC、Cr2SiC、Cr2GeC、V2PC、V2AsC、Ti2SC、Zr2InC、Zr2TlC、Nb2AlC、Nb2GaC、Nb2InC、Sc2InC、Ti2AlC、Ti2GaC、Ti2TlC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaC、Ti2AlN、Ti2GaN、Ti2InN、V2GaN、Cr2GaN、Ti2GeC、Ti2SnC、Nb2SC、Hf2SC、Hf2InC、Hf2TlC、Ta2AlC、Ta2GaC、Hf2SnC、Hf2PbC、Hf2SnN、Ti3AlC2、Ti4GeC3、V3AlC2、Mo2GaC、Zr2InN、Zr2TlN、Zr2SnC、Zr2PbC、Nb2SnC、Nb2PC、Nb2AsC、Zr2SC、Ti2InC、Ta3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3SnC2、Ti4AlN3、V4AlC3、Ti4GaC3、Nb4AlN3、Ta4AlC3、Ti4SiC3之中的一种或几种组合。
13.根据权利要求6所述的锂电池集流体，其特征在于，所述金属硼化物为：硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬和三硼化五铬之中的一种或几种组合。
14.一种如权利要求1-13中任意一项所述的锂电池集流体的制备方法，其特征在于，通过旋涂、热压合、静电喷涂、等离子体喷涂、狭缝式涂布、网纹涂布、凹版印刷、微凹涂布、逗号刮刀涂布、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体气相沉积、真空镀、真空溅射、离子镀、电镀、热喷涂之中的一种或几种方法组合，将所述第一材料层和所述第二材料层分别覆盖在所述金属箔的上表面和下表面，将所述第三材料层和所述第四材料层分别覆盖在所述第一材料层和第二材料层表面。
15.一种锂电池，其特征在于，包括如权利要求1-13中任意一项所述的锂电池集流体。
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