CN113363500B - 正极集流体、正极极片、电化学装置与包含电化学装置的电动汽车和电子产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正极集流体、正极极片、电化学装置与包含电化学装置的电动汽车和电子产品。正极集流体包括有机支撑层以及设置于有机支撑层的至少一个表面上的铝基导电层；其中，铝基导电层的厚度D1、有机支撑层的拉伸强度T、及有机支撑层的厚度D2之间满足关系式0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.35，式中，D1及D2的单位相同，T的单位为MPa。本发明提供的正极集流体具有较高的力学性能和机械性能，同时兼具良好的导电和集流的性能，从而能够提高正极集流体、正极极片及电化学装置的制备优率和使用过程中的可靠性，并且有利于使电化学装置具有较高的电化学性能，且具有较高的重量能量密度。

Description

正极集流体、正极极片、电化学装置与包含电化学装置的电动 汽车和电子产品
本发明是基于申请号为201910471353.2、申请日为2019年05月31日、申请人为宁德时代新能源科技股份有限公司、发明名称为“正极集流体、正极极片及电化学装置”的发明提出的分案申请。
技术领域
本发明属于电化学装置技术领域，具体涉及一种正极集流体、正极极片、电化学装置与包含电化学装置的电动汽车和电子产品。
背景技术
电化学装置，例如锂离子二次电池，具备较高的充放电性能、且环境友好，被广泛地应用于电动汽车以及消费类电子产品中。集流体是电化学装置中重要的组成部分，其既为活性物质层提供支撑，又用于将活性物质层产生的电流汇集起来以便对外输出。因此，集流体对电极极片及电化学装置的性能具有重要影响。
基于此，本申请提出一种性能优良的正极集流体，还提出一种采用该正极集流体的正极极片及电化学装置。
发明内容
本发明提供一种正极集流体、正极极片、电化学装置与包含电化学装置的电动汽车和电子产品，旨在提高正极集流体的力学性能和机械性能，并使其兼具良好的导电和集流的性能，且同时提高电化学装置的重量能量密度。
一方面，本发明提供一种正极集流体，正极集流体包括有机支撑层以及设置于有机支撑层的至少一个表面上的铝基导电层；其中，铝基导电层的厚度D1、有机支撑层的拉伸强度T、及有机支撑层的厚度D2之间满足关系式1，
0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.35 式1
式1中，D1及D2的单位相同，T的单位为MPa。
本发明实施例提供的正极集流体包括有机支撑层以及设置于有机支撑层上的铝基导电层，以及铝基导电层的厚度D1、有机支撑层的拉伸强度T、及有机支撑层的厚度D2之间满足关系式0.01≤(200×D1)/(T×D2)≤0.5，由此，正极集流体具有适宜的韧性，确保正极集流体具有较高的力学性能和机械性能，在电化学装置的生产加工及工作过程中能够承受一定的变形而不会导致断裂破坏，这有利于提高正极集流体的可加工性能及在使用过程中的稳定性能，有效防止其在制备及使用过程中发生断带或产生裂纹，从而显著提高正极集流体以及采用其的正极极片和电化学装置在制备过程中的优率及使用过程中的可靠性。同时，正极集流体还具有良好的导电和集流的性能，从而有利于使电化学装置具有较高的电化学性能。此外，采用本发明实施例的正极集流体，还能够提高电化学装置的重量能量密度。
发明人进一步发现，若正极集流体满足0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.35，则正极集流体的断裂伸长率适中，可以有效防止有机支撑层发生过大的延展或变形，使得正极集流体在电化学装置的生产加工及工作过程中能够承受一定的变形且变形量可控，从而进一步降低铝基导电层发生断裂或产生裂纹的风险。正极集流体满足上述条件，还能确保其具有较高的过流能力。因此，该正极集流体以及采用其的正极极片和电化学装置的制备优率及使用可靠性显著提高。进一步地，0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.28。
在本发明任一实施方式中，有机支撑层的拉伸强度T满足100MPa≤T≤400MPa，优选为150MPa≤T≤400MPa，150MPa≤T≤300MPa，或200MPa≤T≤300MPa。有机支撑层的拉伸强度在适当范围内，有利于正极集流体具有较高的力学性能，并且能防止有机支撑层发生过大的延展或变形，从而有效地防止铝基导电层发生断带或产生裂纹，同时还能使铝基导电层不易发生剥离。因此，采用该正极集流体有利于提高电化学装置的使用寿命及循环性能。此外，具有适当拉伸强度的有机支撑层还可以对铝基导电层起到较好的支撑作用。
在本发明任一实施方式中，有机支撑层的杨氏模量E≥2GPa，优选为2GPa≤E≤20GPa。该有机支撑层具有良好的韧性，同时还具有适当的刚性，既满足有机支撑层对铝基导电层的支撑作用，又能使有机支撑层在正极集流体加工或使用过程中不会发生过大的延展或变形，更加有效地防止铝基导电层发生断带，同时还能使铝基导电层不易发生剥离。
在本发明任一实施方式中，铝基导电层的厚度D1满足30nm≤D1≤3μm，优选为300nm≤D1≤2μm，优选为500nm≤D1≤1.5μm，更优选为800nm≤D1≤1.2μm。铝基导电层的厚度D1在适当范围内，有利于正极集流体具有良好的导电和集流性能，并且使正极集流体具有较高的断裂韧性，改善力学性能。此外，在电化学装置发生穿钉等异常情况下，具有适当厚度的铝基导电层产生的毛刺较小，由此可降低产生的金属毛刺与对电极接触的风险，从而改善电化学装置的安全性能。
在本发明任一实施方式中，有机支撑层的厚度D2满足1μm≤D2≤30μm，优选为1μm≤D2≤20μm，优选为1μm≤D2≤15μm，优选为2μm≤D2≤10μm，优选为2μm≤D2≤8μm，更优选为2μm≤D2≤6μm。厚度适当的有机支撑层具有较高的机械强度，在加工及使用过程中不易发生断裂，能对铝基导电层起到良好的支撑和保护作用，同时有利于提高电化学装置的能量密度。
在本发明任一实施方式中，铝基导电层包括铝及铝合金中的一种或多种，所述铝合金中铝元素的质量百分含量优选为80wt％以上，更优选为90wt％以上。
在本发明任一实施方式中，铝基导电层为气相沉积层或电镀层。这有利于使铝基导电层与有机支撑层之间具有较高的结合力，提高正极集流体的性能。
在本发明任一实施方式中，有机支撑层包括高分子材料及高分子基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，高分子材料选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙炔、硅橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙二醇、聚氮化硫类、聚苯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吡啶、纤维素、淀粉、蛋白质、环氧树脂、酚醛树脂、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。在一些实施例中，高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯磺酸钠、聚酰亚胺中的一种或多种。
高分子基复合材料包括所述高分子材料和添加剂，所述添加剂包括金属材料及无机非金属材料中的一种或多种。
在本发明任一实施方式中，正极集流体进一步包括保护层，所述保护层设置于所述铝基导电层自身厚度方向相对的两个表面中的至少一者上。保护层可包括金属、金属氧化物及导电碳中的一种或多种，优选包括镍、铬、镍基合金、铜基合金、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化镍、石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种。
在一些实施例中，保护层的厚度D3满足1nm≤D3≤200nm，且保护层的厚度D3与铝基导电层的厚度D1之间满足D3≤0.1D1。
第二方面，本发明实施例提供一种正极极片，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体上的正极活性物质层，其中正极集流体为根据本申请实施例一方面的正极集流体。正极极片由于采用本发明的正极集流体，因而能具有较低的重量，同时还具有较好的力学性能和机械性能以及较高的导电性能，从而能获得较高的制备优率及使用可靠性。
第三方面，本发明实施例提供一种电化学装置，电化学装置包括正极极片、负极极片及电解质，其中正极极片为根据本申请实施例第二方面的正极极片。电化学装置由于采用本发明的正极极片，因而能具有较高的能量密度和电化学性能。
第四方面，本发明提供一种电动汽车，其包括根据本发明第三方面的电化学装置。电动汽车由于采用本发明的电化学装置，因而能具有与电化学装置相应的有益效果。
第五方面，本发明实施例提供一种电子产品，其包括根据本发明第三方面的电化学装置。电子产品由于采用本发明的电化学装置，因而能具有与电化学装置相应的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1为根据本发明一个实施例的正极集流体的结构示意图。
图2为根据本发明另一个实施例的正极集流体的结构示意图。
图3为根据本发明另一个实施例的正极集流体的结构示意图。
图4为根据本发明另一个实施例的正极集流体的结构示意图。
图5为根据本发明另一个实施例的正极集流体的结构示意图。
图6为根据本发明一个实施例的正极极片的结构示意图。
标号说明：
10、正极集流体；
101、有机支撑层；
101a、第一表面；101b、第二表面；
1011、第一子层；1012、第二子层；1013、第三子层；
102、铝基导电层；
103、保护层；
20、正极活性物质层；
30、正极极片。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两个以上。
本发明的上述发明内容并不意欲描述本发明中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
正极集流体
本发明实施例的第一方面提供一种正极集流体10。图1为根据本发明实施例的一种正极集流体10的结构示意图，请参照图1，正极集流体10包括层叠设置的有机支撑层101及铝基导电层102。
其中，在有机支撑层101的厚度方向上具有相对的第一表面101a和第二表面101b，铝基导电层102设置于有机支撑层101的第一表面101a和第二表面101b。
可以理解的是，铝基导电层102还可以是设置于有机支撑层101的第一表面101a及第二表面101b中的任意一者上，例如，铝基导电层102设置于有机支撑层101的第一表面101a，当然，铝基导电层102也可以是设置于有机支撑层101的第二表面101b。
将正极集流体10的脆性参数C定义为：
C＝(200×D1)/(T×D2) 式1
其中，200为系数，D1为铝基导电层102的厚度，T为有机支撑层101的拉伸强度，D2为有机支撑层101的厚度，D1及D2的单位相同，T的单位为MPa。
并且，0.01≤C≤0.5。
上述式1可以适用于在有机支撑层101的至少一个表面设有铝基导电层102的正极集流体10，尤其适用于在有机支撑层101相对的两个表面分别设有铝基导电层102的正极集流体10，更尤其适用于在有机支撑层101相对的两个表面分别设有铝基导电层102、且两侧的铝基导电层102的厚度相等或基本相等的正极集流体10。前述基本相等指两侧的铝基导电层102的厚度相差不超过10％，例如不超过10％、9％、8％、7％、6％、5％、3％、2％、1％。
在一些实施例中，上述“铝基导电层102的厚度D1”指的是有机支撑层101单侧铝基导电层102的厚度。
在另一些实施例中，上述“铝基导电层102的厚度D1”指的是有机支撑层101两侧的铝基导电层102的平均厚度，即有机支撑层101两侧的铝基导电层102的厚度之和的一半。
例如，对于在有机支撑层101的单面设有铝基导电层102的正极集流体10，上述“铝基导电层102的厚度D1”指的是有机支撑层101单侧铝基导电层102的厚度；对于在有机支撑层101相对的两个表面分别设有铝基导电层102、且两侧的铝基导电层102的厚度相等或基本相等的正极集流体10，上述“铝基导电层102的厚度D1”指的是有机支撑层101单侧铝基导电层102的厚度或有机支撑层101两侧的铝基导电层102的平均厚度；对于在有机支撑层101相对的两个表面分别设有铝基导电层102、且两侧的铝基导电层102的厚度相差超过10％的正极集流体10，上述“铝基导电层102的厚度D1”指的是有机支撑层101两侧的铝基导电层102的平均厚度。这样可以更好地适用式1。
可以用本领域公知的仪器及方法测定有机支撑层101的拉伸强度T，例如采用美国INSTRON3365型万能实验拉力机进行测定，测定方法如下：将有机支撑层101切成长条样品，例如宽度为15mm且长度为150mm的样品，之后将样品安装至万能实验拉力机相对的两个夹具中，设定初始长度为50mm，以5mm/min的拉伸速率进行拉伸测试，直至样品断裂停止拉伸，记录样品拉断时所承受的最大拉力F，根据T＝F/S计算得到有机支撑层101的拉伸强度T。其中S为样品的初始横截面积，S可以通过样品的宽度与样品的厚度的乘积计算得到，前述样品的厚度即为有机支撑层101的厚度D2。
铝基导电层102的厚度D1及有机支撑层101的厚度D2可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如采用万分尺。
本发明实施例的正极集流体10包括有机支撑层101以及设置于有机支撑层101上的铝基导电层102，以及正极集流体10的脆性参数C为0.01≤C≤0.5，由此，正极集流体10具有适宜的韧性，确保正极集流体具有较高的力学性能和机械性能，在电化学装置的生产加工以及电池工作过程中能够承受一定的变形而不会导致断裂破坏，这有利于提高正极集流体10的可加工性能及在使用过程中的稳定性能，有效防止其在制备及使用过程中发生断带或产生裂纹，从而显著提高正极集流体10以及采用其的正极极片30(如图6所示)和电化学装置在制备过程中的优率及使用过程中的可靠性。
正极集流体10在电化学装置的生产加工及工作过程中不易断裂且不易产生裂纹，一方面保证正极集流体10的导电和集流性能的有效发挥，另一方面能够防止正极活性物质层20(如图6所示)发生断裂或产生裂纹，保持其内部导电网络的连续性，这保证了正极活性物质层20的性能的有效发挥。从而，采用本申请实施例的正极集流体10有利于提高电化学装置的使用寿命。
同时，正极集流体10的脆性参数C在上述范围内，还保证了正极集流体10具有良好的导电和集流的性能，有利于使正极极片30及电化学装置具有低阻抗，减小电池极化，使得电化学装置具有较高的电化学性能，其中电化学装置具有较高的倍率性能及循环性能。
另外，由于有机支撑层101的密度较金属的密度要小，有利于降低电化学装置的重量，从而使电化学装置的能量密度得到进一步提高。
在一些可选的实施例中，正极集流体10的脆性参数C的上限值可以选自0.5、0.48、0.45、0.42、0.4、0.38、0.36、0.35、0.32、0.3、0.28、0.25，下限值可以选自0.01、0.05、0.08、0.1、0.12、0.15、0.17、0.19、0.2、0.22。正极集流体10的脆性参数C的范围可以是由前述任意上限值和任意下限值组合形成，也可以是由前述任意上限值与任意其他上限值组合形成，还可以是由前述任意下限值与任意其他下限值组合形成。
优选地，正极集流体10的脆性参数C为0.05～0.3。该正极集流体10能够更好地发挥上述效果。在实际应用中，脆性参数C越低，则通常情况下有机支撑层101厚度较大或者铝基导电层102的厚度较小，前者不利于改善电化学装置的能量密度，后者则会影响正极集流体10及正极极片30的过流能力。正极集流体10的脆性参数C优选为0.05～0.3，能够更好地改善电化学装置的能量密度，并确保正极集流体10及正极极片30具有较高的过流能力，采用该种正极集流体10的电化学装置的综合性能较好。
本发明实施例的正极集流体10中，铝基导电层102的厚度D1优选为30nm≤D1≤3μm。
本发明实施例的正极集流体10，将厚度较小的铝基导电层102设置于有机支撑层101的表面，相对于传统的金属集流体(如铝箔等)而言，能够显著降低正极集流体10的重量，从而有利于降低电化学装置的重量，使电化学装置的能量密度得到显著提高。
另外，铝基导电层102的厚度D1为30nm≤D1≤3μm，使得铝基导电层102具有较高的导电性能，有利于使正极集流体10具有较高的导电和集流的性能，从而提高电化学装置的性能；并且使得铝基导电层102在加工及使用过程中不易发生断裂，使正极集流体10具有较高的断裂韧性，保证正极集流体10具有较好的机械稳定性和工作稳定性。此外，铝基导电层102的厚度D1在上述范围内，在电化学装置发生穿钉等异常情况下，铝基导电层102产生的毛刺较小，从而可降低产生的金属毛刺与对电极接触的风险，进而改善电化学装置的安全性能。
在一些可选的实施例中，铝基导电层102的厚度D1的上限可以选自3μm、2.5μm、2μm、1.8μm、1.5μm、1.2μm、1μm、900nm、750nm、450nm、250nm、100nm，下限可以选自1.6μm、1μm、800nm、600nm、400nm、300nm、150nm、100nm、80nm、30nm，铝基导电层102的厚度D1的范围可以是由前述任意上限值和任意下限值组合形成，也可以是由前述任意上限值与任意其他上限值组合形成，还可以是由前述任意下限值与任意其他下限值组合形成。
进一步优选地，铝基导电层102的厚度D1为300nm≤D1≤2μm。更优选地，铝基导电层102的厚度D1为500nm≤D1≤1.5μm。更优选地，铝基导电层102的厚度D1为800nm≤D1≤1.2μm。
本发明实施例的正极集流体10，铝基导电层102可以包括铝及铝合金中的一种或多种。前述铝合金优选为铝元素的重量百分含量优选为80wt％以上，更优选为90wt％以上。
本发明实施例的正极集流体10，有机支撑层101的拉伸强度T优选为100MPa≤T≤400MPa，进一步优选为150MPa≤T≤300MPa。有机支撑层101的拉伸强度在上述范围内，有利于正极集流体10具有较高的力学性能，不易发生断裂或产生裂纹；并且能够防止有机支撑层101发生过大的延展或变形，从而有效地防止铝基导电层102发生断带或产生裂纹，同时使得有机支撑层101和铝基导电层102之间具有较高的结合牢固度，使铝基导电层102不易发生剥离。因此，采用该些正极集流体10有利于提高电化学装置的使用寿命及循环性能。
有机支撑层101的拉伸强度在上述范围内，有机支撑层101可以对铝基导电层102起到较好的支撑作用。
本发明实施例的正极集流体10，有机支撑层101的杨氏模量E优选为E≥2GPa，这使得有机支撑层101具有刚性，既满足有机支撑层101对铝基导电层102较高的支撑作用，确保正极集流体10的整体强度，又能使有机支撑层101在正极集流体10的加工过程中不会发生过大的延展或变形，更加有效地防止有机支撑层101及铝基导电层102发生断带，同时有机支撑层101和铝基导电层102之间的结合牢固度更高，使铝基导电层102不易发生剥离，提高正极集流体10的机械稳定性和工作稳定性，从而使电化学装置的性能得到提高。
进一步地，有机支撑层101的杨氏模量E优选为2GPa≤E≤20GPa；例如为2GPa、3GPa、4GPa、5GPa、6GPa、7GPa、8GPa、9GPa、10GPa、11GPa、12GPa、13GPa、14GPa、15GPa、16GPa、17GPa、18GPa、19GPa、20GPa。这使得有机支撑层101兼具适当的刚性和适宜的韧性，保证有机支撑层101及采用其的正极集流体10在加工过程中进行卷绕的柔性。
有机支撑层101的杨氏模量E可以采用本领域已知的方法测定。作为示例，取有机支撑层101裁剪成15mm×200mm的样品，用万分尺量取样品的厚度h(μm)，在常温常压(25℃、0.1MPa)下使用高铁拉力机进行拉伸测试，设置初始位置使夹具之间样品为50mm长，拉伸速度为5mm/min，记录拉伸至断裂的载荷L(N)，设备位移y(mm)，则应力ε(GPa)＝L/(15×h)，应变η＝y/50，绘制应力应变曲线，取初始线性区曲线，该曲线的斜率即为杨氏模量E。
本发明实施例的正极集流体10，有机支撑层101的厚度D2优选为1μm≤D2≤30μm。有机支撑层101的厚度D2为1μm以上，更有利于使得有机支撑层101具有较高的机械强度，在加工及使用过程中不易发生断裂，对铝基导电层102起到良好的支撑和保护作用，提高正极集流体10的机械稳定性和工作稳定性；有机支撑层101的厚度D2为30μm以下，有利于使电化学装置具有较小的体积及较低的重量，从而提高电化学装置的体积能量密度和重量能量密度。
在一些可选的实施例中，有机支撑层101的厚度D2的上限值可以选自30μm、25μm、20μm、18μm、15μm、12μm、10μm、8μm，下限值可以选自1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、9μm、16μm。有机支撑层101的厚度D2的范围可以是由前述任意上限值和任意下限值组合形成，也可以是由前述任意上限值与任意其他上限值组合形成，还可以是由前述任意下限值与任意其他下限值组合形成。
进一步优选地，有机支撑层101的厚度D2为1nm≤D2≤20μm。更优选地，有机支撑层101的厚度D2为1μm≤D2≤15μm。更优选地，有机支撑层101的厚度D2为2μm≤D2≤10μm。更优选地，有机支撑层101的厚度D2为2μm≤D2≤8μm，更优选地2μm≤D2≤6μm。
本发明实施例的正极集流体10，有机支撑层101采用高分子材料及高分子基复合材料中的一种或多种。
作为上述高分子材料，例如是聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、聚炔烃类、硅氧烷聚合物、聚醚类、聚醇类、聚砜类、多糖类聚合物、氨基酸类聚合物、聚氮化硫类、芳环聚合物、芳杂环聚合物、环氧树脂、酚醛树脂、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。
进一步地，上述高分子材料例如是聚己内酰胺(俗称尼龙6)、聚己二酰己二胺(俗称尼龙66)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙乙烯(PPE)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚乙炔(Polyacetylene，简称PA)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙二醇(PEG)、纤维素、淀粉、蛋白质、聚苯、聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAN)、聚噻吩(PT)、聚吡啶(PPY)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。
作为上述高分子基复合材料，可以是包括上述的高分子材料和添加剂，添加剂可以是金属材料及无机非金属材料中的一种或多种。
上述金属材料添加剂例如是铝、铝合金、铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、铁、铁合金、银及银合金中的一种或多种。
上述无机非金属材料添加剂例如是碳基材料、氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化硼、硅酸盐及氧化钛中的一种或多种，再例如是玻璃材料、陶瓷材料及陶瓷复合材料中的一种或多种。其中碳基材料添加剂例如是石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种。
作为上述添加剂，还可以是金属材料包覆的碳基材料，例如镍包覆的石墨粉及镍包覆的碳纤维中的一种或多种。
优选地，有机支撑层101采用绝缘高分子材料及绝缘高分子基复合材料中的一种或多种。该种有机支撑层101的体积电阻率较高，有利于提高电化学装置的安全性能。
进一步地，有机支撑层101包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)及聚酰亚胺(PI)中的一种或多种。
本发明实施例的正极集流体10，有机支撑层101可以是单层结构，也可以是两层以上的复合层结构，如两层、三层、四层等。
图2为根据本发明实施例的另一种正极集流体10的结构示意图，请参照图2，有机支撑层101是由第一子层1011、第二子层1012及第三子层1013层叠设置形成的复合层结构。复合层结构的有机支撑层101具有相对的第一表面101a和第二表面101b，铝基导电层102层叠设置在有机支撑层101的第一表面101a和第二表面101b。当然，铝基导电层102可以是仅设置于有机支撑层101的第一表面101a，也可以是仅设置于有机支撑层101的第二表面101b。
当有机支撑层101为两层以上的复合层结构时，各子层的材料可以相同，也可以不同。
经发明人锐意研究发现，尤其是当有机支撑层101的厚度D2不超过10μm，更尤其是不超过8μm时，正极集流体10的脆性参数对于正极集流体10的力学性能和机械性能而言，是更加关键的一项参数，会更大程度地影响正极集流体10的可加工性能、制备优率、使用可靠性等。
本发明实施例的正极集流体10进一步可选地包括保护层103。请参照图3至图5，铝基导电层102在自身厚度方向上包括相对的两个表面，保护层103层叠设置于铝基导电层102的两个表面中的任意一者或两者上，以保护铝基导电层102，防止铝基导电层102发生化学腐蚀或机械破坏等损害，保证正极集流体10的工作稳定性及使用寿命，从而有利于电化学装置具有较高的安全性能及电化学性能。此外，保护层103还能够增强正极集流体10的强度。
可以理解的是，尽管图3至图5中是示出了在有机支撑层101的单面具有铝基导电层102，在铝基导电层102自身厚度方向上相对的两个表面中的一者或两者上具有保护层103，但在其他的实施例中，还可以在有机支撑层101相对的两个表面分别具有铝基导电层102，可以是在任意一个铝基导电层102自身厚度方向上相对的两个表面中的一者或两者上具有保护层103，也可以是在两个铝基导电层102自身厚度方向上相对的两个表面中的一者或两者上具有保护层103。
保护层103包括金属、金属氧化物及导电碳中的一种或多种。
上述金属例如是镍、铬、镍基合金及铜基合金中的一种或多种。前述镍基合金是以纯镍为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，优选为镍铬合金。镍铬合金是金属镍和金属铬形成的合金，可选的，镍铬合金中镍与铬的重量比为1:99～99:1，如9:1。前述铜基合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，优选为镍铜合金。可选的，镍铜合金中镍与铜的重量比为1:99～99:1，如9:1。
上述金属氧化物例如是氧化铝、氧化钴、氧化铬及氧化镍中的一种或多种。
上述导电碳例如是石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种，进一步地为炭黑、碳纳米管、乙炔黑及石墨烯中的一种或多种。
作为一些示例，请参照图3，正极集流体10包括层叠设置的有机支撑层101、铝基导电层102和保护层103。其中，在有机支撑层101的厚度方向上具有相对的第一表面101a和第二表面101b，铝基导电层102层叠设置于有机支撑层101的第一表面101a及第二表面101b中的至少一者上，保护层103层叠设置于铝基导电层102的背向有机支撑层101的表面。
在铝基导电层102的背向有机支撑层101的表面上设置保护层103(简称为上保护层)，对铝基导电层102起到防化学腐蚀、防机械破坏的保护作用，还能够改善正极集流体10与正极活性物质层20之间的界面，提高正极集流体10与正极活性物质层20之间的结合力。若上保护层为金属保护层或金属氧化物保护层，可以更好地发挥上述效果。
进一步地，正极集流体10的上保护层优选为金属氧化物保护层，例如氧化铝、氧化钴、氧化镍、氧化铬等，金属氧化物保护层的硬度及机械强度高，比表面积更大，抗腐蚀性能更好，可以更好地保护铝基导电层102。此外，金属氧化物保护层可以进一步改善正极集流体10的穿钉安全性能。
作为另一些示例，请参照图4，正极集流体10包括层叠设置的有机支撑层101、铝基导电层102和保护层103。其中，在有机支撑层101的厚度方向上具有相对的第一表面101a和第二表面101b，铝基导电层102层叠设置于有机支撑层101的第一表面101a及第二表面101b中的至少一者上，保护层103层叠设置于铝基导电层102的朝向有机支撑层101的表面。
在铝基导电层102的朝向有机支撑层101的表面上设置保护层103(简称为下保护层)，下保护层对铝基导电层102起到防化学腐蚀、防机械损害的保护作用的同时，还能够提高铝基导电层102与有机支撑层101的结合力，防止铝基导电层102与有机支撑层101分离，提高对铝基导电层102的支撑保护作用。
可选地，下保护层为金属氧化物或金属保护层，金属氧化物保护层的耐腐蚀性能较高，且其比表面积大，能够更加提高铝基导电层102与有机支撑层101之间的界面结合力，从而使下保护层更好的起到对铝基导电层102的保护作用，提高锂离子二次电池的性能，且金属氧化物保护层的硬度更高、机械强度更好，更加有利于提高正极集流体10的强度。金属保护层可以在对铝基导电层102起到防化学腐蚀、防机械损害的保护作用的同时，还能够提高正极集流体10的导电性能，提高锂离子二次电池的性能。正极集流体10的下保护层优选为金属氧化物保护层。
作为又一些示例，请参照图5，正极集流体10包括层叠设置的有机支撑层101、铝基导电层102和保护层103。其中，在有机支撑层101的厚度方向上具有相对的第一表面101a和第二表面101b，铝基导电层102层叠设置于有机支撑层101的第一表面101a及第二表面101b中的至少一者上，保护层103层叠设置于铝基导电层102的背向有机支撑层101的表面及朝向有机支撑层101的表面上。
在铝基导电层102的两个表面上均设置保护层103，更加充分地保护铝基导电层102，使正极集流体10具有较高的综合性能。
可以理解的是，铝基导电层102的两个表面上的保护层103，其材料可以相同、也可以不同，其厚度可以相同、也可以不同。
优选地，保护层103的厚度D3为1nm≤D3≤200nm、且D3≤0.1D1。如果保护层103太薄，则不足以起到保护铝基导电层102的作用；太厚，则会降低电化学装置的能量密度。
在一些实施例中，保护层103的厚度D3的上限值可以为200nm、180nm、150nm、120nm、100nm、80nm、60nm、55nm、50nm、45nm、40nm、30nm、20nm，下限值可以为1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm。保护层103的厚度D3的范围可以是由前述任意上限值和任意下限值组合形成，也可以是由前述任意上限值与任意其他上限值组合形成，还可以是由前述任意下限值与任意其他下限值组合形成。
更优选地，保护层103的厚度D3为5nm≤D3≤200nm，更优选地为10nm≤D3≤200nm。
上述“保护层103的厚度D3”指的是位于铝基导电层102单侧的保护层103的厚度。也就是说，当正极集流体10包括上保护层时，上保护层的厚度Da为1nm≤Da≤200nm且Da≤0.1D1；进一步地，5nm≤Da≤200nm；更进一步地，10nm≤Da≤200nm。当正极集流体10包括下保护层时，下保护层的厚度Db为1nm≤Db≤200nm且Db≤0.1D1；进一步地，5nm≤Db≤200nm；更进一步地，10nm≤Db≤200nm。
当铝基导电层102的两个表面均设置有保护层103时，即正极集流体10包括上保护层和下保护层时，优选地，Da＞Db，有利于上保护层及下保护层协同对铝基导电层102起到良好的防化学腐蚀、防机械损害的保护作用，同时使电化学装置具有较高的能量密度。更优选地，0.5Da≤Db≤0.8Da，能够更好的发挥上保护层及下保护层的协同保护作用。
可以理解的是，保护层103的设置与否对于正极集流体10的脆性参数C的影响可忽略不计。
本发明实施例的正极集流体10中，铝基导电层102可以是通过机械辊轧、粘结、气相沉积法、化学镀及电镀中的至少一种手段形成于有机支撑层101上，其中优选气相沉积法、电镀法，即铝基导电层102分别为气相沉积层、电镀层。通过气相沉积法或电镀法将铝基导电层102形成于有机支撑层101上，有利于使得铝基导电层102与有机支撑层101之间具有较高的结合力，提高正极集流体10的性能。
上述气相沉积法优选为物理气相沉积法。物理气相沉积法优选蒸发法及溅射法中的至少一种，其中蒸发法优选真空蒸镀法、热蒸发法及电子束蒸发法中的至少一种，溅射法优选磁控溅射法。
作为一个示例，通过真空蒸镀法形成铝基导电层102，包括：将经过表面清洁处理的有机支撑层101置于真空镀室内，以1300℃～2000℃的高温将金属蒸发室内的金属丝熔化蒸发，蒸发后的金属经过真空镀室内的冷却系统，最后沉积于有机支撑层101上，形成铝基导电层102。
当具有保护层103时，保护层103可以是通过气相沉积法、原位形成法及涂布法中的至少一种手段形成于铝基导电层102上。气相沉积法可以是如前文所述的气相沉积法。原位形成法优选原位钝化法，即在金属表面原位形成金属氧化物钝化层的方法。涂布法优选辊压涂布、挤压涂布、刮刀涂布及凹版涂布中的至少一种。
优选地，保护层103通过气相沉积法及原位形成法中的至少一种手段形成于铝基导电层102上，有利于使铝基导电层102与保护层103之间具有较高的结合力，从而更好地发挥保护层102对正极集流体10的保护作用，并保证正极集流体10的工作性能。
当铝基导电层102与有机支撑层101之间设置有保护层103(即下保护层)时，还可以是先将下保护层形成于有机支撑层101上，再将铝基导电层102形成于下保护层上。下保护层可以是通过气相沉积法及涂布法中的至少一种手段形成于有机支撑层101上，其中优选气相沉积法。铝基导电层102可以是通过机械辊轧、粘结、气相沉积法及化学镀中的至少一种手段形成于下保护层上，其中优选气相沉积法。
正极极片
本发明实施例第二方面提供一种正极极片30，图6为根据本发明实施例的一种正极极片30的结构示意图，请参照图6，正极极片30包括层叠设置的正极集流体10及正极活性物质层20，其中正极集流体10为本发明实施例第一方面的正极集流体10。
由于采用了本发明实施例第一方面的正极集流体10，本发明实施例的正极极片30具有较高的力学性能，以及较高的制备优率以及较高的使用安全性和可靠性，同时兼具低重量及较高的电化学性能。
作为一个示例，请参照图6，正极极片30包括层叠设置的正极集流体10及正极活性物质层20，正极集流体10在自身厚度方向包括相对的两个表面，正极活性物质层20层叠设置于正极集流体10的两个表面上。
可以理解的是，正极活性物质层20还可以是层叠设置于正极集流体10的两个表面中的任意一者上。
正极活性物质层20可以采用本领域已知的能够进行活性离子可逆嵌入/脱嵌的正极活性材料，本发明不做限制。
例如用于锂离子二次电池的正极活性材料，可以为锂过渡金属复合氧化物、锂过渡金属复合氧化物添加其它过渡金属或非过渡金属或非金属得到的复合氧化物中的一种或多种。其中过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce及Mg中的一种或多种。
作为示例，正极活性材料可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐中的一种或多种。例如，锂过渡金属复合氧化物为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、Co中的一种或多种)及Li3V2(PO4)3中的一种或多种。
可选地，正极活性物质层还可以包括粘结剂，本发明对粘结剂的种类不做限制。作为示例，粘结剂为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylic resin)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或多种。
可选地，正极活性物质层还可以包括导电剂，本发明对导电剂的种类不做限制。作为示例，导电剂为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种。
正极极片30可以按照本领域常规方法制备，例如涂布法。作为示例，将正极活性材料以及可选的导电剂和粘结剂分散于溶剂中，溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)，形成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体10上，经烘干等工序后，得到正极极片30。
电化学装置
本发明实施例的第三方面提供一种电化学装置，电化学装置包括正极极片、负极极片和电解质，其中正极极片为本发明实施例第二方面的正极极片。
上述电化学装置可以是锂离子二次电池、锂一次电池、钠离子电池、镁离子电池等，但并不限于此。
由于电化学装置采用根据本发明实施例的第二方面提供的正极极片，本发明实施例的电化学装置具有较高的综合电化学性能，其具有较高的能量密度、倍率性能、循环性能及安全性能。
在一些实施例中，负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体上的负极活性物质层。例如，负极集流体在自身厚度方向包括相对的两个表面，负极活性物质层设置于两个表面中的任意一者或两者上。
负极活性物质层可以采用本领域已知的能够进行活性离子可逆嵌入/脱嵌的负极活性材料，本发明不做限制。
例如用于锂离子二次电池的负极活性材料，可以为金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(简写为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及Li-Al合金中的一种或多种。
可选地，负极活性物质层还可以包括导电剂，本发明对导电剂的种类不做限制。作为示例，导电剂为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种。
可选地，负极活性物质层还可以包括粘结剂，本发明对粘结剂的种类不做限制。作为示例，粘结剂为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylic resin)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或多种。
负极极片可以按照本领域常规方法制备，例如涂布法。作为示例，将负极活性材料以及可选的导电剂和粘结剂分散于溶剂中，溶剂可以是NMP或去离子水，形成均匀的负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干等工序后，得到负极极片。
负极集流体可以采用铜、铜合金、镍、镍合金、钛及银中的一种或多种，例如铜及铜合金中的一种或多种，前述铜合金中铜元素的质量百分含量优选为80wt％以上，更优选为90wt％以上。
本申请实施例的电化学装置中，电解质可以采用固体电解质，也可以采用非水电解液，如将电解质盐分散于有机溶剂中形成电解液。
上述电解液中，有机溶剂作为在电化学反应中传输离子的介质，可以采用本领域任意的有机溶剂。电解质盐作为离子的供源，可以是本领域任意的电解质盐。
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)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、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)中的一种或多种。
例如用于锂离子二次电池的电解质盐，可以为LiPF6(六氟磷酸锂)、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiClO4(高氯酸锂)、LiAsF6(六氟砷酸锂)、LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)、LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)、LiTFS(三氟甲磺酸锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)、LiPO2F2(二氟磷酸锂)、LiDFOP(二氟二草酸磷酸锂)及LiTFOP(四氟草酸磷酸锂)中的一种或多种。
电解液中还可选地包括添加剂，其中对添加剂的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂，也可以包括正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂等。
作为示例，添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)及三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)中的一种或多种。
电化学装置采用电解液时，还需要在正极极片和负极极片之间设置隔离膜，起到隔离的作用。对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或多种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同，也可以不同。
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠好，使隔离膜处于正极极片、负极极片之间起到隔离的作用，得到电芯，也可以是经卷绕后得到电芯；将电芯置于包装外壳中，注入电解液并封口，制备电化学装置。
实施例
下述实施例更具体地描述了本发明公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本发明公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、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。
制备方法
常规负极集流体的制备
采用厚度为8μm的铜箔。
常规负极极片的制备
将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶乳液(SBR)按96.5:1.0:1.0:1.5重量比在适量的去离子水中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将负极浆料涂覆于负极集流体上，经烘干等工序后，得到负极极片。
正极集流体的制备
选取预定厚度的有机支撑层并进行表面清洁处理，将经过表面清洁处理的有机支撑层置于真空镀室内，以1300℃～2000℃的高温将金属蒸发室内的高纯铝丝熔化蒸发，蒸发后的金属经过真空镀室内的冷却系统，最后沉积于有机支撑层的两个表面，形成铝基导电层。
常规正极集流体的制备
采用厚度为12μm的铝箔。
正极极片的制备
将正极活性材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333)、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按93:2:5的重量比在适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将正极浆料涂覆于正极集流体上，经烘干等工序后，得到正极极片。
电解液的制备
将体积比为3:7的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)混合均匀，得到有机溶剂，然后将1mol/L的LiPF6均匀溶解在上述有机溶剂中。
锂离子二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片依次层叠设置，其中隔离膜采用PP/PE/PP复合薄膜，然后卷绕成电芯并装入包装外壳中，将上述电解液注入到电芯中，并封口，得到锂离子二次电池。
测试部分
1.正极集流体的测试
1)正极集流体的脆性参数的测试
将有机支撑层冲切成宽度为15mm且长度为150mm的样品，之后将样品安装至美国INSTRON3365型万能实验拉力机的上下两个夹具中，设定初始长度为50mm，以5mm/min的拉伸速率进行拉伸测试，直至样品断裂停止拉伸，记录样品拉断时所承受的最大拉力F，根据T＝F/S计算得到有机支撑层的拉伸强度T。其中S为样品的初始横截面积，其等于样品的宽度与样品的厚度(即有机支撑层的厚度D2)的乘积。
采用万分尺测定铝基导电层的厚度D1及有机支撑层的厚度D2。
正极集流体的脆性参数C＝(200×铝基导电层的厚度D1)/(有机支撑层的拉伸强度T×有机支撑层的厚度D2)。
2)正极集流体的断裂伸长率测试
取正极集流体裁剪成15mm×200mm的样品，在常温常压(25℃、0.1MPa)下使用高铁拉力机进行拉伸测试，设置初始位置使夹具之间样品长度为50mm长，拉伸速度为5mm/min，记录拉伸断裂时的设备位移y(mm)，最后计算断裂伸长率为(y/50)×100％。
2.电池的性能测试
(1)循环性能测试
在45℃下，将锂离子二次电池以1C的倍率恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流小于等于0.05C，再以1C的倍率恒流放电至2.8V，此为一个充放电循环，此次的放电容量即为第1次循环的放电容量。将锂离子二次电池按照上述方法进行1000次充放电循环，记录第1000次循环的放电容量，计算锂离子二次电池1C/1C循环1000次后的容量保持率。
按照上述方法测试锂离子二次电池在45℃下的循环性能。
锂离子二次电池1C/1C循环1000次后的容量保持率(％)＝第1000次循环的放电容量/第1次循环的放电容量×100％
测试结果
1、正极集流体在改善电化学装置的重量能量密度方面的作用
表1
表1中，正极集流体重量百分数是指单位面积正极集流体重量除以单位面积常规正极集流体重量的百分数。
相较于传统的铝箔正极集流体，采用本发明实施例正极集流体的重量都得到不同程度的减轻，从而可提升电池的重量能量密度。
2、保护层对正极集流体及电化学装置的电化学性能方面的作用
表2-1
表2-1中，“*”表示基于表1的正极集流体7设置保护层；“**”表示基于表1的正极集流体3设置保护层。
表2-2
由表2-2可知，采用本发明实施例正极集流体的电池循环寿命良好，与采用常规正极集流体的电池的循环性能相当。这说明采用本申请实施例复合集流体的正极集流体不会对正极极片和电池的电化学性能有明显的不利影响。尤其是设置有保护层的复合集流体制成的电池，1C/1C循环1000次后的容量保持率进一步获得提升，说明电池的可靠性更好。
3、正极集流体的脆性参数C及其对正极集流体的力学性能的影响
表3
表3中，铝合金为AlMg合金，组成为：Al 95wt％，Mg 5wt％。
从表3的结果可看出，使正极集流体的脆性参数C为0.01～0.5，改善了正极集流体的断裂伸长率，正极集流体的断裂伸长率为2％以上，进一步地为3％以上，确保正极集流体具有较高的力学性能和机械性能，在电化学装置的生产加工及工作过程中能够承受一定的变形而不会导致断裂破坏，这有利于提高正极集流体的可加工性能及在使用过程中的稳定性能，有效防止其在制备及使用过程中发生断带或产生裂纹，从而显著提高正极集流体以及采用其的正极极片和电化学装置在制备过程中的优率及使用过程中的可靠性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (29)

1.一种正极集流体，其特征在于，包括有机支撑层以及设置于所述有机支撑层的至少一个表面上的铝基导电层；
其中，所述铝基导电层的厚度D1、所述有机支撑层的拉伸强度T、及所述有机支撑层的厚度D2之间满足关系式1，
0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.35 式1
所述式1中，D1及D2的单位相同，T的单位为MPa；
所述有机支撑层的拉伸强度T满足100MPa≤T≤400MPa；
所述铝基导电层的厚度D1满足30nm≤D1≤3µm；
所述有机支撑层的厚度D2满足1µm≤D2≤30µm。
2.根据权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层的厚度D1、所述有机支撑层的拉伸强度T、及所述有机支撑层的厚度D2之间满足关系式2，
0.1≤(200×D1)/(T×D2)≤0.28 式2。
3.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的拉伸强度T满足150MPa≤T≤400MPa。
4.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的拉伸强度T满足150MPa≤T≤300MPa。
5.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的拉伸强度T满足200MPa≤T≤300MPa。
6.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的杨氏模量E≥2GPa。
7.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的杨氏模量为2GPa≤E≤20GPa。
8.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层的厚度D1满足300nm≤D1≤2µm。
9.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层的厚度D1满足500nm≤D1≤1.5µm。
10.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层的厚度D1满足800nm≤D1≤1.2µm。
11.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的厚度D2满足1µm≤D2≤20µm。
12.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的厚度D2满足1µm≤D2≤15µm。
13.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的厚度D2满足2µm≤D2≤10µm。
14.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的厚度D2满足2µm≤D2≤8µm。
15.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层的厚度D2满足2µm≤D2≤6µm。
16.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层包括铝及铝合金中的一种或多种。
17.根据权利要求16所述的正极集流体，其特征在于，所述铝合金中铝元素的质量百分含量为80wt%以上。
18.根据权利要求16所述的正极集流体，其特征在于，所述铝合金中铝元素的质量百分含量为90wt%以上。
19.根据权利要求16所述的正极集流体，其特征在于，所述铝基导电层为气相沉积层或电镀层。
20.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层包括高分子材料；
所述高分子材料选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙炔、硅橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙二醇、聚氮化硫类、聚苯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吡啶、纤维素、淀粉、蛋白质、环氧树脂、酚醛树脂、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。
21.根据权利要求20所述的正极集流体，其特征在于，所述高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯磺酸钠、聚酰亚胺中的一种或多种。
22.根据权利要求20所述的正极集流体，其特征在于，所述有机支撑层还包括添加剂，所述添加剂包括金属材料及无机非金属材料中的一种或多种。
23.根据权利要求1或2所述的正极集流体，其特征在于，进一步包括保护层，所述保护层设置于所述铝基导电层自身厚度方向相对的两个表面中的至少一者上；
所述保护层包括镍、铬、镍基合金、铜基合金、金属氧化物及导电碳中的一种或多种。
24.根据权利要求23所述的正极集流体，其特征在于，所述保护层包括镍、铬、镍基合金、铜基合金、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化镍、石墨、超导碳、炭黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种。
25.根据权利要求23所述的正极集流体，其特征在于，所述保护层的厚度D3满足1nm≤D3≤200nm，且所述保护层的厚度D3与所述铝基导电层的厚度D1之间满足D3≤0.1D1。
26.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极活性物质层，其中所述正极集流体为根据权利要求1至25任一项所述的正极集流体。
27.一种电化学装置，其特征在于，包括正极极片、负极极片及电解质，其中所述正极极片为权利要求26所述的正极极片。
28.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求27所述的电化学装置。
29.一种电子产品，其特征在于，包括根据权利要求27所述的电化学装置。
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