CN112993263A - 一种集流体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集流体及其应用。本发明的集流体包括导电基层和分别设置在导电基层的两个功能表面的安全层，安全层包括靠近导电基层的绝缘层和远离导电基层的导电体，所述绝缘层在厚度方向上具有N个通孔，N≥1；所述导电体包括导电填充体和导电层，所述导电填充体填充于至少部分通孔内部，所述导电层设置在所述绝缘层远离所述导电基层的表面。当电池内部发生短路时，电池的内部温度升高，绝缘层在高温下会发生变形或融化，可以使安全层与导电基层发生分离，切断电池内部的电流通路，提升电池的安全性能。并且，由于本发明的集流体共用有三层导电层，中间的导电基层可传导绝大部分电流，可以使集流体具有更好的导电性能，降低电池的内阻。

Description

一种集流体及其应用
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种集流体及其应用。
背景技术
锂离子电池的能量密度高、功率密度高，是一种用途非常广泛的二次电池，在消费类电子产品、电动交通工具以及储能等领域有着广阔的应用前景。然而，锂离子电池在一些滥用条件下(如针刺、挤压、撞击等)会导致内部短路进而引起热失控引发安全事故。所以，对锂离子电池的安全性能进行改善受到越来越高的关注。
集流体作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响锂离子电池的性能。而常规的锂离子电池集流体采用金属箔材，正极通常用金属铝箔，负极通常用金属铜箔，在电池内部发生短路的情况下无法切断电流，会导致热量聚集最终引发热失控。
发明内容
本发明提供一种所述集流体在电池内部发生短路时会自动损坏，从而切断电池内部电流通路，防止电池内部热失控，提高电池的安全性能。
本发明提供一种极片，所述极片在电池内部发生短路时，极片中的集流体会自动损坏，切断电池内部电流通路，提高电池的安全性能。
本发明提供一种电化学装置，所述电化学装置具有高的安全性能。
本发明第一方面提供一种集流体，包括导电基层和分别设置在所述导电基层的两个功能表面的安全层；
所述安全层包括靠近所述导电基层的绝缘层和远离所述导电基层的导电体，所述绝缘层在厚度方向上具有N个通孔，N≥1；
所述导电体包括导电填充体和导电层，所述导电填充体填充于至少部分通孔内部，所述导电层设置在所述绝缘层远离所述导电基层的表面。
如上所述的集流体，其中，所述N个通孔的总面积与所述导电基层的功能表面的面积之比≤80％。
如上所述的集流体，其中，所述导电基层的材料选自金属导电材料；和/或，
所述导电体的材料选自金属导电材料或碳基导电材料中的至少一种。
如上所述的集流体，其中，所述导电基层在25℃时的方块电阻为1-50mΩ。
如上所述的集流体，其中，所述导电基层的厚度为1-10μm。
如上所述的集流体，其中，所述绝缘层的厚度为0.5-10μm；和/或，
所述导电层的厚度为0.05-3μm。
如上所述的集流体，其中，所述导电基层的至少一个功能表面包括第一区域和第二区域；
其中，所述第一区域设置所述安全层，所述第二区域用于连接极耳；
所述第二区域的面积与所述导电基层的功能表面的面积之比≤50％。
如上所述的集流体，其中，所述绝缘层包括无机填料；
所述无机填料选自氧化铝、碳化硅、氧化硅、玻璃纤维、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石、硫酸钡、钛酸钡、钛酸铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化镁、凹凸棒石、磷酸锌或硼酸锌中的至少一种。
本发明的第二方面提供一种极片，其中，所述极片包括上述的集流体。
本发明的第三方面提供一种电化学装置，其中，包括上述的极片。
本发明的集流体包括导电基层和分别设置在导电基层的两个功能表面的安全层，安全层包括靠近导电基层的绝缘层和远离导电基层的导电体，所述绝缘层在厚度方向上具有N个通孔，N≥1；所述导电体包括导电填充体和导电层，所述导电填充体填充于至少部分通孔内部，所述导电层设置在所述绝缘层远离所述导电基层的表面。当电池内部发生短路时，电池的内部温度升高，绝缘层在高温下会发生变形或融化，可以使安全层与导电基层发生分离，切断电池内部的电流通路，提升电池的安全性能。并且，由于本发明的集流体共用有三层导电层，中间的导电基层可传导绝大部分电流，可以使集流体具有更好的导电性能，降低电池的内阻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式中的集流体的结构示意图；
图2为本发明另一些实施方式中的集流体的结构示意图；
图3为本发明一些实施方式中的极片的结构示意图；
图4为本发明另一些实施方式中的极片的结构示意图。
附图标记说明：
1：导电基层；
2：绝缘层；
3：导电层；
4：活性层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一些实施方式中的集流体的结构示意图；图2为本发明另一些实施方式中的集流体的结构示意图。如图1或图2所示，本发明提供一种集流体，包括导电基层1和分别设置在导电基层1的两个功能表面的安全层；
安全层包括靠近导电基层1的绝缘层2和远离导电基层1的导电体，绝缘层2在厚度方向上具有N个通孔，N≥1；
导电体包括导电填充体和导电层3，导电填充体填充于至少部分通孔内部，导电层3设置在绝缘层2远离导电基层1的表面。
本发明中导电基层1的功能表面是指导电基层1面积最大的且相对设置的两个表面，安全层分别设置于导电基层1的两个功能表面之上。需要注意的是，本发明中安全层可以设置于部分导电基层1的功能表面之上，也可以设置于整个导电基层1的功能表面之上，视实际需要而定。
本发明的安全层包括绝缘层2和导电体，导电体包括导电层3和导电填充体，绝缘层2设置于导电基层1的功能表面并且绝缘层2在厚度方向上具有通孔，导电层3设置于绝缘层2的远离导电基层1的功能表面，导电填充体填充于至少部分通孔内。可以理解为本发明的集流体包括层叠设置的导电层3、绝缘层2、导电基层1、绝缘层2和导电层3。导电填充体可以填充于部分通孔内，也可以填充于所有的通孔内，只需保证将导电层3和导电基层1电导通即可。
本发明的绝缘层2分别设置在导电基层1的两个功能表面，可以将设置在导电基层1的一个功能表面之上的绝缘层2和导电层1分别称为第一绝缘层和第一导电层，将设置在导电基层1的另一个功能表面之上的绝缘层2和导电层1分别称为第二绝缘层和第二导电层。本发明中，第一绝缘层和第二绝缘层的材料、结构可以相同，也可以不相同，第一导电层和第二导电层的材料、结构可以相同，也可以不相同。
在一些实施方式中，还可以在导电基层1的厚度方向设置M个通孔，M≥1。通过在导电基层1的厚度方向设置通孔，可以降低导电基层的质量，进而可以增加电池的质量能量密度。
本发明不限定通孔的具体形状，在具体的实施方式中，通孔的形状为圆形。在具体的实施方式中，通孔的孔径为1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1000μm、1500μm、2000μm。
本发明中，绝缘层的材料可以为聚合物，聚合物可以选自聚对苯二甲酸酯、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、脲醛树脂、氨基树脂、甲醛树脂、呋喃树脂、氯丁橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜或聚苯醚中的至少一种。绝缘层的材料还可以选自上述聚合物的衍生物、交联物或共聚物中的至少一种。
本发明的集流体的制备方法，包括以下步骤：
1)在导电基层1的两个功能表面分别设置绝缘层2，在绝缘层2的厚度方向上设置通孔；
2)在绝缘层2的远离导电基层的功能表面分别设置导电体，其中，导电体包括导电层3和导电填充体，导电层3位于绝缘层2的功能表面之上，导电填充体填充至绝缘层2的通孔中。
其中，步骤1)中的绝缘层2可以通过热复合、涂覆、印刷或粘结中的至少一种方法设置于导电基层的功能表面。
步骤2)中的导电体可以通过涂覆、粘结、气相沉积法、化学镀或电镀中的至少一种方法设置于绝缘层上。
具体地，步骤2)中的涂覆方法包括：先将导电材料、粘结剂和溶剂共同分散形成导电浆料，然后将导电浆料用涂布机分别涂覆于绝缘层的远离导电基层的功能表面之上，形成导电体。涂覆方式还可以采用辊压涂布、挤压涂布、刮刀涂布或凹版涂布中的至少一种。
上述气相沉积法例如可以是物理气相沉积法；物理气相沉积法可以为蒸发法或溅射法中的至少一种；蒸发法可以为真空蒸镀法、热蒸发法或电子束蒸发法中的至少一种；溅射法例如可以是磁控溅射法。
本发明的集流体，绝缘层2设置于导电基层1和导电层3之间，导电基层1和导电层3通过填充于绝缘层2中的导电填充体电连通。当电池内部发生短路时，电池的内部温度升高，设置在导电基层1上的绝缘层2会在高温下发生变形或融化，从而使安全层和导电基层1发生分离，切断电池内部的电流通路，提升电池的安全性能。并且，由于本发明的集流体共用有三层导电层，中间的导电基层可传导绝大部分电流，可以使集流体具有更好的导电性能，降低电池的内阻。
在本发明的一些实施方式中，N个通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比≤80％。
在本发明中，当N个通孔的总面积过大时，绝缘层的有效面积会过小，当电池内部温度升高时，由于绝缘层的有效面积过小，绝缘层在高温下发生变形或融化的程度有限，难以使安全层和导电基层发生分离，从而难以切断电池内部的电流通路，所以本发明限定N个通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比≤80％，不仅可以使导电层和导电基层电导通，而且当电池内部温度升高时，可以更好的切断电池内部的电流通路，提高电池的安全性能。
在具体的实施方式中，N个通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比可以为1％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％。
在本发明的一些实施方式中，导电基层的材料选自金属导电材料，金属导电材料不仅可以用于导电，还可以与极耳进行焊接。本发明中，导电体的材料选自金属导电材料或碳基导电材料中的至少一种。本发明中，导电层和导电填充体的材料可以相同也可以不相同。
在具体的实施方式中，导电基层的材料和导电体的材料皆选自金属导电材料时，导电基层的材料和导电体的金属导电材料可以相同，该金属导电材料选自铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金或不锈钢中的至少一种。
上述碳基导电材料优选石墨、炭黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。
本发明中，导电基层在25℃时的方块电阻为1-1000mΩ，在具体的实施方式中，通过对导电基层的材料进行选择以及调整导电基层的厚度，使导电基层在25℃时的方块电阻为1-50mΩ。当导电基层在25℃时的方块电阻为1-50mΩ时，集流体具有良好的导电性。
在本发明的一些实施方式中，导电基层的厚度为1-10μm。导电基层的厚度在此范围内，不仅可以使集流体具有较高的能量密度和导电性，还可以使集流体具有较高的机械强度。
在具体的实施方式中，导电基层的厚度可以为10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、1μm。
在本发明的一些实施方式中，绝缘层的厚度为0.5-10μm，绝缘层的厚度在此范围内，在加工及使用过程中不易发生断裂，可以提高集流体的机械强度。导电层的厚度为0.05-3μm，导电层的厚度在此范围内，可以在不降低集流体的能量密度的前提下，提高集流体的导电性和机械强度。
在具体的实施方式中，绝缘层的厚度可以为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。导电层的厚度可以为5μm、4.5μm、4μm、3.5μm、3μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm、0.1μm。
如图2所示，在本发明的一些实施方式中，导电基层1的至少一个功能表面包括第一区域和第二区域；
其中，第一区域用于连接极耳，第二区域设置安全层；
第一区域的面积与导电基层1的功能表面的面积之比≤50％。
本发明中，导电基层1的至少一个功能表面包括第一区域和第二区域，可以理解为导电基层1的任一功能表面包括第一区域和第二区域或导电基层2的两个功能表面都包括第一区域和第二区域。本发明中第一区域不设置安全层，用于连接极耳，可以提高极耳焊接的强度，降低焊接阻抗；第二区域设置有安全层，并且第一区域的面积与导电基层1的功能表面的面积之比≤50％。
本发明不限定第一区域和第二区域的具体位置，第一区域可以位于导电基层1的功能表面的端部，也可以位于导电基层1的功能表面的中间区域，只要第一区域的面积与导电基层1的功能表面的面积之比≤50％即可。第一区域的面积与导电基层1的功能表面的面积之比≤50％，可以保证导电基层1的功能表面具有足够的面积设置安全层，可以在提高极耳焊接的强度，降低焊接阻抗的同时，还不影响集流体的安全性能。
在具体的实施方式中，第一区域的面积与导电基层的功能表面的面积之比可以为5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％。
在本发明的一些实施方式中，绝缘层包括无机填料，在绝缘层中添加无机填料，可以提高绝缘层的机械强度，进而提高集流体的机械强度。
上述无机填料选自氧化铝、碳化硅、氧化硅、玻璃纤维、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石、硫酸钡、钛酸钡、钛酸铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化镁、凹凸棒石、磷酸锌或硼酸锌中的至少一种。
图3为本发明一些实施方式中的极片的结构示意图；图4为本发明另一些实施方式中的极片的结构示意图。如图3或图4所示，本发明的第二方面还提供一种极片，包括上述的集流体。
本发明的极片包括上述的集流体及设置在集流体至少一个功能表面的活性层4。本发明中的活性层4可以完全设置在集流体的功能表面，也可以部分设置在集流体的功能表面，本发明中的活性层4可以为正极活性层，也可以为负极活性层。
本发明中正极活性层中的正极活性材料可以采用本领域已知的正极活性材料，凡是能够进行离子的可逆嵌入或脱嵌的正极活性材料都属于本发明的保护范围之内。例如，正极活性材料可以为锂过渡金属复合氧化物，其中过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce或Mg中的至少一种。
锂过渡金属复合氧化物中还可以掺杂电负性大的元素，如S、F、Cl或I中的至少一种，能够使正极活性材料具有较高的结构稳定性和电化学性能。示例性地，锂过渡金属复合氧化物可以为LiMn2O4、LiNiO2、LiCoO2、LiNi1-yCoyO2(0<y<1)、LiNiaCobAl1-a-bO2(0<a<1，0<b<1，0<a+b<1)、LiMn1-m-nNimConO2(0<m<1，0<n<1，0<m+n<1)、LiMPO4(M可以为Fe、Mn或Co中的至少一种)或Li3V2(PO4)3中的至少一种。
本发明中负极活性层中的负极活性材料可以采用本领域已知的负极活性材料，凡是能够进行离子的可逆嵌入或脱嵌的负极活性材料都属于本发明的保护范围之内。例如，负极活性材料可以为金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiO、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的钛酸锂或Li-Al合金中的至少一种。
上述活性层还可以包括导电剂。在一些实施方式中，导电剂选自石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维中的至少一种。
上述活性层还可以包括粘结剂。在一些实施方式中，粘结剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、水系丙烯酸树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、氟化橡胶、羧甲基纤维素(CMC)或聚丙烯酸(PAA)中的至少一种。
本发明的正极片可以按照本领域常规方法制备。将正极活性材料、导电剂、粘结剂分散于溶剂(可以为N-甲基吡咯烷酮)中，形成均匀的正极活性浆料，将正极活性浆料涂覆在集流体上，经烘干等工序后，得到正极片。
本发明的负极片可以按照本领域常规方法制备。将负极活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂及分散剂分散于溶剂中，溶剂可以是NMP或去离子水，形成均匀的负极活性浆料，将负极活性浆料涂覆在集流体上，经烘干等工序后，得到负极片。
本发明的极片由于包含上述的集流体，当极片的温度升高时，集流体中的绝缘层会发生变形或融化，可以使绝缘层和导电基层发生分离，从而切断电池的内部电流通路，提高电池的安全性能。
本发明的第三方面提供一种电化学装置，包括上述的极片。
本发明的电化学装置可以包括但不限于锂离子二次电池、锂一次电池、钠离子电池或镁离子电池。
在具体的实施方式中，本发明的电化学装置包括正极片、负极片、隔膜和电解液。其中正极片和/或负极片包括上述的集流体。
本发明对上述隔膜没有特别的限制，可以选用任意公知的具有电化学稳定性和化学稳定性的多孔结构隔膜，例如可以是玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯或聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔膜可以使单层或多层。
本发明中，上述电解液包括有机溶剂和电解质盐。有机溶剂作为在电化学反应中传输离子的介质，可以采用本领域已知的用于电化学装置电解液的有机溶剂。电解质盐作为离子的供源，可以采用本领域已知的用于电化学装置电解液的电解质盐。
例如用于锂离子二次电池的有机溶剂，可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸丁烯酯(BC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)、二乙砜(ESE)中的至少一种。在具体的实施方式中，可以选则上述有机溶剂中的两种以上。
例如用于锂离子二次电池的电解质盐，可以为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiDTI)、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、三氟甲磺酸锂(LiTFS)、双(丙二酸)硼酸锂(LiBMB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双(二氟丙二酸)硼酸锂(LiBDFMB)、(丙二酸草酸)硼酸锂(LiMOB)、(二氟丙二酸草酸)硼酸锂(LiDFMOB)、三(草酸)磷酸锂(LiTOP)、三(二氟丙二酸)磷酸锂(LiTDFMP)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚氨锂(LiTFSI)、(氟磺酰)(三氟甲磺酰)亚氨锂(LiN(SO2F)(SO2CF3))、硝酸锂(LiNO3)、氟化锂(LiF)、LiN(SO2RF)2或LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中，RF＝CnF2n+1，n为2～10且为整数。
本发明的电化学装置由于包括上述极片，当电化学装置的温度升高时，极片中的集流体的绝缘层会发生变形或融化，可以使集流体中的安全层与导电基层发生分离，切断电化学装置的内部电流通路，提高电化学装置的安全性能。
以下，结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，以下实施例中所记载的所有份、百分含量、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1-8
通过以下步骤制备实施例1-8的集流体：
取聚合物溶于特定溶剂中形成聚合物溶液，将聚合物溶液分别涂覆于一定厚度的金属箔(导电基层)的两个功能表面，蒸干溶剂，在金属箔两个功能表面分别形成绝缘层，然后通过激光分别在两个绝缘层的厚度方向上刻蚀形成通孔，控制好激光强度使得激光刚好打穿绝缘层而不打穿金属箔，通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比记为θ。
通过物理气相沉积或电镀中的至少一种方法在两个绝缘层远离金属箔的表面上分别沉积导电体，得到实施例的集流体，其中，导电体包括导电层和导电填充体，导电层位于绝缘层的表面上，导电填充体填充于绝缘层的通孔中。
实施例1-8的集流体导电基层在25℃时的方块电阻(方阻)的测试采用ASTM F390-2011标准上的测试方法，具体采用苏州晶格电子有限公司ST2253型号的数字式四探针测试仪进行测量。如无特殊说明，本发明其他实施例中的集流体导电基层在25℃时的方阻的测试方法与此相同。
改变相关材料和参数，得到一系列集流体，记为C1-C8，集流体的制备信息见表1。
表1
Figure BDA0002942453680000101
Figure BDA0002942453680000111
实施例9-16
通过以下步骤制备实施例9-16的集流体：
取聚合物薄膜，用激光在聚合物薄膜上打孔得到设置有通孔的绝缘层，通过热复合机将绝缘层分别设置在金属箔(导电基层)的两个表面上，通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比记为θ。
通过物理气相沉积、电镀或化学镀中的至少一种方法分别在两个绝缘层远离金属箔的表面上沉积导电体，得实施例的集流体，其中，导电体包括导电层和导电填充体，导电层位于绝缘层的表面上，导电填充体填充于绝缘层的通孔中。改变相关材料和参数，得到一系列集流体，记为C9-C16，集流体的制备信息见表2。
表2
Figure BDA0002942453680000112
实施例17-24
通过以下步骤制备实施例17-24的集流体：
将聚合物胶黏剂通过印刷的方式设置在金属箔(导电基层)的两个功能表面，印刷时使用带孔状花纹的印刷模板，印刷后经过固化即可得设置有绝缘层的导电基层，绝缘层上具有通孔，通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比记为θ。印刷过程中预留一部分金属箔不覆盖聚合物胶黏剂，不覆盖聚合物胶黏剂的区域面积与导电基层面积之比为A。
通过物理气相沉积、电镀或化学镀中的至少一种方法分别在两个孔绝缘层远离导电基层的表面上沉积导电体，得到实施例的集流体，其中，导电体包括导电层和导电填充体，导电层位于绝缘层的表面上，导电填充体填充于绝缘层的通孔中。改变相关材料和参数，得到一系列集流体，记为C17-C24，集流体的制备信息见表3。
表3
Figure BDA0002942453680000121
实施例25-32
通过以下步骤制备实施例25-32的集流体：
将聚合物胶黏剂与无机填料混合均匀后通过印刷的方式覆盖在金属箔(导电基层)的两个功能表面，印刷时使用带孔状花纹的印刷模板，印刷后经过固化即可得到设置有绝缘层的导电基层，绝缘层上具有通孔，通孔的总面积与导电基层的功能表面的面积之比记为θ。印刷过程中预留一部分金属箔不覆盖聚合物胶黏剂，不覆盖聚合物胶黏剂的区域面积与导电基层面积之比为A。
将5质量份导电粉体材料、3质量份丙烯酸型粘结剂和100质量份的溶剂水经高速分散机分散制备成均匀的导电浆料，将导电浆料分别涂覆于上述绝缘层的两个表面，涂布时保证导电浆料只涂在绝缘层上，蒸干溶剂形成导电体，得到实施例的集流体，其中，导电体包括导电层和导电填充体，导电层位于绝缘层的表面上，导电填充体填充于绝缘层的通孔中。改变相关材料和参数，得到一系列集流体，记为C25-C32，集流体的制备信息见表4。
表4
Figure BDA0002942453680000131
对比例33-34
对比例33采用9μm厚的商业化铝箔，记为C33，对比例34采用5μm厚的商业化铜箔，记为C34。
对比例35-36
通过以下步骤制备对比例35的集流体：
取5μm厚的PET膜，通过真空蒸发镀膜在PET的两个表面分别镀上厚度为1μm的金属铝，得到总厚度7μm的铝-PET-铝三层复合集流体，记为C35。
通过以下步骤制备对比例36的集流体：
取4μm厚的PET膜，通过电子束蒸发沉积在PET的两个表面分别镀上厚度为1μm的金属铜，得到总厚度6μm的铜-PET-铜三层复合集流体，记为C36。
试验例
1、极片的制备
按照常规的锂离子电池正极片制备工艺，将97份钴酸锂正极活性材料、1.5份乙炔黑导电剂、1.5份PVDF粘结剂、60份N-甲基吡咯烷酮(NMP)通过双行星搅拌机在真空下以公转30r/min、自转1500r/min的条件搅拌4h，分散成均匀的正极活性浆料，然后将正极活性浆料涂布在集流体的功能表面上并在130℃下烘烤30min，辊压至正极活性浆料的压实密度为4.16g/cm3，分切成所需的正极片。
按照常规的锂离子电池负极片制备工艺，将97份石墨负极活性材料、1份乙炔黑导电剂、1份羧甲基纤维素钠(CMC)、1份丁苯橡胶(SBR)粘结剂、100份去离子水通过双行星搅拌机在真空下以公转30r/min、自转1500r/min的条件搅拌4h，分散成均匀的负极活性浆料，然后将负极活性浆料涂布在集流体上并在100℃下烘烤30min，辊压至负极活性浆料的压实密度1.78g/cm3，分切成所需的负极片。
极片J1-J36的信息如表5所示。
表5
极片 集流体 极片属性 极片 集流体 极片属性
J1 C1 正极 J19 C19 正极
J2 C2 正极 J20 C20 正极
J3 C3 正极 J21 C21 负极
J4 C4 正极 J22 C22 负极
J5 C5 负极 J23 C23 负极
J6 C6 负极 J24 C24 负极
J7 C7 负极 J25 C25 正极
J8 C8 负极 J26 C26 正极
J9 C9 正极 J27 C27 正极
J10 C10 正极 J28 C28 正极
J11 C11 正极 J29 C29 负极
J12 C12 正极 J30 C30 负极
J13 C13 负极 J31 C31 负极
J14 C14 负极 J32 C32 负极
J15 C15 负极 J33 C33 正极
J16 C16 负极 J34 C34 负极
J17 C17 正极 J35 C35 正极
J18 C18 正极 J36 C36 负极
2、锂离子电池的制备
将表5中所得的正极片与负极片搭配聚乙烯(PE)多孔隔膜、商业上常规的锂离子电池电解液以及其他必要的锂离子电池辅材通过锂离子电池常规制备工艺制备成锂离子电池。
其中，电池D1-D16的正负极集流体均采用了本发明实施例中的集流体；
电池D17-D20的正极集流体采用了本发明实施例中的集流体，负极集流体采用本发明对比例中的集流体；
电池D21-D24的负极集流体采用了本发明实施例中的集流体，正极集流体采用本发明对比例中的集流体；
电池D25属于对比例，其正负极集流体分别采用对比例33和对比例34中的集流体。
电池D26属于对比例，其正负极集流体分别采用对比例35和对比例36中的集流体。
锂离子电池D1-D26的信息如表6。
表6
电池 正极片 负极片 电池 正极片 负极片
D1 J1 J5 D14 J26 J30
D2 J2 J6 D15 J27 J31
D3 J3 J7 D16 J28 J32
D4 J4 J8 D17 J1 J34
D5 J9 J13 D18 J2 J34
D6 J10 J14 D19 J3 J34
D7 J11 J15 D20 J4 J34
D8 J12 J16 D21 J33 J21
D9 J17 J21 D22 J33 J22
D10 J18 J22 D23 J33 J23
D11 J19 J23 D24 J33 J24
D12 J20 J24 D25 J33 J34
D13 J25 J29 D26 J35 J36
性能测试
1)电池安全性测试
对表6中的电池进行安全性测试，包括对电池进行针刺、加热及过充。具体测试方法如下：
同一工艺获得的电池平行测试10只，分别计算针刺通过率、加热后针刺通过率以及过充后针刺通过率，测试方法参照GB/T 31485-2015标准。测试结果如表7所示。
2)电池内阻测试
将电池充满电后，使用深圳市超思科技有限公司的RBM-200智能电池内阻测试仪测试电池的内阻；
充电制度为：以0.5C恒电流充电至上限电压，然后再以恒电压充电至电流降至0.02C；测试仪的交流信号频率设置为1KHz。
表7
Figure BDA0002942453680000161
Figure BDA0002942453680000171
从表7可知，包括本发明的集流体的锂离子电池，电池安全性能明显提升，针刺、加热、过充等安全性能测试的通过率均为100％，而正负极分别采用对比例33和对比例34的集流体制备的锂离子电池，电池安全性能测试均不能通过，全部发生起火燃烧。因此，采用本发明实施例的集流体制备的锂离子电池可以极大地降低电池起火燃烧的风险，显著提升电池的安全性能。
另外，正负极采用对比例35和对比例36的集流体制备的锂离子电池的内阻显著高于本发明实施例的集流体制备的锂离子电池的内阻。证明本发明实施例的集流体具有更高的导电能力，其制备的电池也具有更低的内阻。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，包括导电基层和分别设置在所述导电基层的两个功能表面的安全层；
所述安全层包括靠近所述导电基层的绝缘层和远离所述导电基层的导电体，所述绝缘层在厚度方向上具有N个通孔，N≥1；
所述导电体包括导电填充体和导电层，所述导电填充体填充于至少部分通孔内部，所述导电层设置在所述绝缘层远离所述导电基层的表面。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述N个通孔的总面积与所述导电基层的功能表面的面积之比≤80％。
3.根据权利要求1或2所述的集流体，其特征在于，所述导电基层的材料选自金属导电材料；和/或，
所述导电体的材料选自金属导电材料或碳基导电材料中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电基层在25℃时的方块电阻为1-50mΩ。
5.根据权利要求1-4任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电基层的厚度为1-10μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的集流体，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.5-10μm；和/或，
所述导电层的厚度为0.05-3μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电基层的至少一个功能表面包括第一区域和第二区域；
其中，所述第一区域设置所述安全层，所述第二区域用于连接极耳；
所述第二区域的面积与所述导电基层的功能表面的面积之比≤50％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的集流体，其特征在于，所述绝缘层包括无机填料；
所述无机填料选自氧化铝、碳化硅、氧化硅、玻璃纤维、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石、硫酸钡、钛酸钡、钛酸铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化镁、凹凸棒石、磷酸锌或硼酸锌中的至少一种。
9.一种极片，其特征在于，所述极片包括权利要求1-8任一项所述的集流体。
10.一种电化学装置，其特征在于，包括权利要求9所述的极片。
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