CN114678536A - 集流体及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种集流体及其制备方法和应用。集流体包括纤维基层，纤维基层的两侧表面分别设有第一粘结层和第二粘结层，第一粘结层和第二粘结层在远离纤维基层的表面分别设有第一金属层和第二金属层；纤维基层的材料包括以下重量份的各组分：复合纤维50～120份、无机填料4.1～19份及助剂，其中复合纤维包括有机纤维和无机纤维。本发明提供的集流体能够在实现电池轻量化的同时，避免金属层的脱落。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种集流体及其制备方法和应用。
背景技术
现今锂离子电池正负极集流体基本上是以纯铜箔作为负极集流体，纯铝箔作为正极集流体，导致正、负极集流体的总质量较重，约占电池总量的15％-20％。将正负极集流体减薄可以实现电池减重，提高能量密度。然而，目前纯铝箔通常靠传统压延设备制成，最薄量产厚度为8μm左右，纯铜箔通常是电解铜材，由阴极辊沉淀挤压成形，最薄量产厚度约为6μm。受限目前的技术设备，铜箔、铝箔的厚度很难再降低，另外由于铜和铝变成箔材后，其自身强度降低，导致加工性能降低，也难以进一步减薄。
目前也有研究将铝或铜通过物理或化学沉积技术沉积在塑料薄膜上(如PET膜、PVT膜、PP膜等)作为集流体来降低电池重量，提高能量密度，降低成本，实现电池轻量化。然而所采用的塑料薄膜延展性较高，容易变形。而且为了更好的与传统箔材对标导电性，通常需将铜层或铝层的沉积厚度增加到2μm左右，铜层或铝层厚度的增加易导致其发生脱落。
发明内容
基于此，本发明提供了一种能够在实现电池轻量化的同时，避免金属层的脱落的集流体及其制备方法和应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明一方面，提供一种集流体，包括纤维基层，所述纤维基层的两侧表面分别设有第一粘结层和第二粘结层，所述第一粘结层和所述第二粘结层在远离所述纤维基层的表面分别设有第一金属层和第二金属层；所述纤维基层的材料组成包括以下重量份的各组分：
复合纤维50～120份、无机填料4.1～19份及助剂，其中，所述复合纤维包括有机纤维和无机纤维。
可选的，如上述所述的集流体，所述有机纤维和所述无机纤维的质量比为(70～99.9)：(0.1～30)。
可选的，如上述所述的集流体，所述有机纤维和所述无机纤维的质量比为(90～99.9)：(0.1～10)。
可选的，如上述所述的集流体，所述无机填料包括碳酸钙、硼砂及纳米二氧化硅中的一种或多种。
可选的，如上述所述的集流体，所述有机纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙基胺基甲酸酯纤维、聚氨酯纤维、聚己内酯纤维、尼龙6、尼龙66、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氧乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、醋酸纤维素、乙基氰乙基纤维素、聚苯胺纤维及聚苯并咪唑纤维中的一种或多种。
可选的，如上述所述的集流体，所述无机纤维包括石墨烯纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属氧化物纳米纤维及二氧化硅纳米纤维中的一种或多种。
可选的，如上述所述的集流体，所述助剂包括分散剂、增稠剂、乳化剂及粘合剂中的一种或多种；
所述分散剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、柠檬酸钠及硅酸钠中的一种或多种；
所述增稠剂包括羟丙基甲基纤维素钠、羟乙基甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠及海藻酸钠中的一种或多种；
所述乳化剂包括单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯醚及十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯醇。
可选的，如上述所述的集流体，所述助剂在所述纤维基层中的添加量为8.1～28重量份，在所述助剂中，所述分散剂为2.5～9重量份，所述增稠剂为3～8重量份，所述乳化剂为0.1～2重量份，所述粘合剂为2.5～9重量份。
可选的，如上述所述的集流体，还包括第一抗氧化层和第二抗氧化层，所述第一抗氧化层位于所述第一金属层远离所述第一粘结层的表面，所述第二抗氧化层位于所述第二金属层远离所述第二粘结层的表面。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一粘结层和所述第二粘结层的材料各自独立地为Ni、Zn、Fe、Gr、SiO2、Al2O3、Fe2O3或Si3N4。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一金属层和所述第二金属层的材料为Al、Cu或Zn。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一抗氧化层和所述第二抗氧化层的材料各自独立地为Al、Fe、Ni、Zn、Gr、Fe2O3、Al2O3、SiC或Si3N4。
可选的，如上述所述的集流体，所述纤维基层的厚度为2μm～8μm。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一粘结层和所述第二粘结层的厚度各自独立地为10nm～200nm。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度各自独立地为100nm～2000nm。
可选的，如上述所述的集流体，所述第一抗氧化层和所述第二抗氧化层的厚度各自独立地为10nm～100nm。
本发明一方面，还提供一种如上述所述的集流体的制备方法，包括以下步骤：
将所述复合纤维、所述无机填料和所述助剂混合后轧制成型，制备所述纤维基层；
在所述纤维基层的两面分别形成所述第一粘结层和所述第二粘结层；及
在所述第一粘结层和所述第二粘结层远离所述纤维基层的一面分别形成所述第一金属层和所述第二金属层。
本发明另一方面，进一步提供一种电极极片，其包括上述所述的集流体及位于所述集流体表面的电极活性材料层。
本发明再一方面，提供一种电池单体，其包括上述所述的电极极片。
本发明一方面，还提供一种电池组，其包括多个上述所述的电极单体。
本发明再一方面，还提供一种用电装置，其包括如上述所述的电池单体或如上所述的电池组。
本发明提供的纤维基层的延展率较低、不易变形，而且纤维基层的表面也不需要进行打孔处理，在第一粘结层和第二粘结层的作用下即可实现与第一金属层和第二金属层的良好结合，避免了第一金属层和第二金属层的脱落，解决了由于第一金属层和第二金属层的脱落导致电池性能减弱或丧失的问题。此外，上述纤维基层还能够实现集流体的减重，从而能够实现电池总量的降低，提高了其能量密度。而且纤维基层的引入有利于集流体与电解液的浸润，从而提高了电池注液工艺的效率，增加了电池倍率性能，增强了电池的稳定性。
综上，本发明提供的集流体在实现电池轻量化、提高电池能量密度的同时又可以避免金属镀层的脱落，且降低了集流体和电池的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明一个实施例中制得的集流体的结构示意图。
附图标记说明：100-纤维基层；200-第一粘结层；300-第一金属层；400-第一抗氧化层；500-第二粘结层；600-第二金属层；700-第二抗氧化层。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统集流体的重量较重导致电池的总重量较重，能量密度较低。此外，目前降低集流体重量所采用的塑料薄膜的延展率较大、易变形，且沉积其上的金属层易脱落，难以实现电池性能的实质性提升。为此，本发明提供了一种集流体以解决上述问题。
本发明涉及的集流体，包括纤维基层，其中纤维基层的两侧表面分别设有第一粘结层和第二粘结层，第一粘结层和第二粘结层在远离纤维基层的表面分别设有第一金属层和第二金属层；纤维基层的材料包括以下重量份的各组分：
复合纤维50～120份、无机填料4.1～19份及助剂，其中复合纤维包括有机纤维和无机纤维。
上述纤维基层的延展率较低、不易变形，而且纤维基层的表面也不需要进行打孔处理，在第一粘结层和第二粘结层的作用下即可实现与第一金属层和第二金属层的良好结合，避免了第一金属层和第二金属层的脱落，解决了由于第一金属层和第二金属层的脱落导致电池性能减弱或丧失的问题。此外，上述纤维基层还能够实现集流体的减重，从而能够实现电池总量的降低，提高了其能量密度。而且纤维基层的引入有利于集流体与电解液的浸润，从而提高了电池注液工艺的效率，增加了电池倍率性能，增强了电池的稳定性。
综上，本发明提供的集流体在实现电池轻量化、提高电池能量密度的同时又可以避免金属镀层的脱落，且降低了集流体和电池的制造成本。
在一些实施方式中，复合纤维可以为50～120份之间的任意值，例如还可以为55份、58份、60份、65份、70份、80份、90份、100份、110份。
在一些实施方式中，有机纤维和无机纤维的质量比可以为(70～99.9)：(0.1～30)之间的任意值，还可以为80:20、82:18、85:15、87:13、90:10、92:8、95:5、98:2。
在一些实施方式中，有机纤维可以为本领域常用的任意有机纤维，包括，但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙基胺基甲酸酯纤维、聚氨酯纤维、聚己内酯纤维、尼龙6、尼龙66、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氧乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、醋酸纤维素、乙基氰乙基纤维素、聚苯胺纤维及聚苯并咪唑纤维中的一种或多种。优选地，有机纤维为尼龙6、尼龙66、聚酰亚胺纤维及聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
在一些实施方式中，无机纤维也可以为本领域任意公知的无机纤维，包括，但不限于石墨烯纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属氧化物纳米纤维及二氧化硅纳米纤维中的一种或多种。优选地，无机纤维为金属氧化物纳米纤维。其中，金属氧化物纳米纤维包括氧化铝纳米纤维、氧化锌纳米纤维、氧化锆纳米纤维、氧化镁纳米纤维、二氧化钛纳米纤维、二氧化硅纳米纤维及氧化锡纳米纤维中的一种或多种。
在一些实施方式中，无机填料包括碳酸钙、硼砂及纳米二氧化硅中的一种或多种。通过添加无机填料可以提高纤维基层的力学性能和耐热性能。优选地，无机填料为碳酸钙、硼砂和纳米二氧化硅。
在一些实施方式中，在无机填料中，碳酸钙为2～8重量份、硼砂为2～10重量份、纳米二氧化硅为0.1～1重量份。
在一些实施方式中，助剂可以包括分散剂、增稠剂、乳化剂及粘合剂中的一种或多种。其中，分散剂可以为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、柠檬酸钠及硅酸钠中的一种或多种，增稠剂可以为羟丙基甲基纤维素钠、羟乙基甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠及海藻酸钠中的一种或多种，乳化剂可以为单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯醚及十二烷基硫酸钠中的一种或多种，粘合剂可以为羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯醇。
在一些实施方式中，助剂在纤维基层中的添加量可以为8.1～28重量份，在助剂中，分散剂可以为2.5～9重量份，增稠剂可以为3～8重量份，乳化剂可以为0.1～2重量份，粘合剂可以为2.5～9重量份。
在一些实施方式中，纤维基层的厚度可以为2μm～8μm之间的任意值，例如还可以为2.5μm、4μm、5.5μm、6μm、7μm。
在一些实施方式中，纤维基层在4g/cm3～4.1g/cm3压实密度下的拉伸延展率为0.2％～0.4％，远低于传统铜箔或铝箔的延展率(＞0.6％)，由此制备的集流体的延展率更低，不易发生变形。
在一些实施方式中，纤维基层表面可以有孔结构，也可以没有孔结构，当有孔结构时，平均孔径可以为5nm～500nm，孔隙率可以为0.1％～50％。
在一些实施方式中，第一粘结层和第二粘结层的厚度可以各自独立地为10nm～200nm之间的任意值，例如还可以为30nm、50nm、100nm、130nm、150nm、180nm。
在一些实施方式中，第一粘结层和第二粘结层的材料可以分别独立地选自金属或非金属化合物，其中金属可以为Ni、Zn、Fe或Gr，非金属化合物主要为氧化物和氮化物，例如可以为SiO2、Al2O3、Fe2O3或Si3N4。
在一些实施方式中，第一金属层和第二金属层的厚度可以各自独立地为100nm～2000nm之间的任意值，例如还可以为150nm、200nm、300nm、500nm、800nm、1200nm、1500nm、1800nm。
在一些实施方式中，第一金属层和第二金属层的材料可以为Al、Cu或Zn。
在一些实施方式中，所述集流体还包括第一抗氧化层和第二抗氧化层，第一抗氧化层位于第一金属层远离第一粘结层的一面，第二抗氧化层位于第二金属层远离第二粘结层的一面。抗氧化层的引入可以防止第一金属层和第二金属层发生氧化，还可以进一步防止第一金属层和第二金属层的脱落。
在一些实施方式中，第一抗氧化层和第二抗氧化层的厚度可以各自独立地为10nm～100nm之间的任意值，例如还可以为20nm、50nm、70nm、90nm。
在一些实施方式中，第一抗氧化层和第二抗氧化层的材料可以各自独立地为金属、金属氧化物、非金属化合物，其中金属可以为Al、Fe、Ni、Zn或Gr，金属氧化物可以为Fe2O3或Al2O3，非金属化合物可以为碳化物或氮化物，例如可以为SiC或Si3N4。优选地，当第一金属层和第二金属层的材料为Cu时，第一抗氧化层和第二抗氧化层的材料可以各自独立地为Al、Fe、Ni、Zn、Fe2O3、Al2O3或SiC；当第一金属层和第二金属层的材料为Al时，第一抗氧化层和第二抗氧化层的材料可以各自独立地为Ni、Gr、Al2O3或Si3N4。
本发明一方面，还提供一种如上述所述的集流体的制备方法，包括以下步骤：
将复合纤维、无机填料和助剂混合后轧制成型，制备纤维基层；
在纤维基层的两面分别形成第一粘结层和第二粘结层；及
在第一粘结层和第二粘结层远离纤维基层的一面分别形成第一金属层和第二金属层。
在一些实施方式中，制备纤维基层的具体步骤可以为将复合纤维、无机填料和助剂混合后铺设成网，然后经热轧和干燥成型。
在一些实施方式中，形成第一粘结层、第二粘结层、第一金属层和第二金属层的方法可以为本领域公知的任意方法，比如真空气相沉积。
本发明另一方面，进一步提供一种电极极片，其包括上述所述的集流体及位于集流体表面的电极活性材料层。
本发明再一方面，提供一种电池单体，其包括上述所述的电极极片。
本发明一方面，还提供一种电池组，其包括多个上述所述的电极单体。
本发明再一方面，还提供一种用电装置，其包括如上述所述的电池单体或如上所述的电池组。
以下结合具体实施例和对比例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例制得的集流体的结构示意图如图1所示。由图1可知，集流体包括纤维基层100，其中纤维基层100的两面分别设有第一粘结层200和第二粘结层500在第一粘结层200和第二粘结层500远离纤维基层100的一侧分别设有第一金属层300和第二金属层600；第一金属层300和第二金属层600远离第一粘结层200和第二粘结层500的一侧分别设有第一抗氧化层400和第二抗氧化层700。集流体的具体制备步骤具体如下：
1)纤维基层100的制备
将质量比为98:2的尼龙6和二氧化钛纤维共混熔融后，挤出形成复合纤维；取50份复合纤维、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为50nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为镍金属层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铝金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为50nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为镍金属层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例2
本实施例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：步骤2)中的第一金属层300和第二金属层600为铜金属层，从而制得了铜集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例3
本实施例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：纤维基层100的配方不同。集流体的具体制备步骤具体如下：
1)纤维基层100的制备
将质量比为98:2的尼龙6和二氧化钛纤维共混熔融后，挤出形成复合纤维；取80份复合纤维、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为50nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为SiO2层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铝金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为50nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为Al2O3层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例4
本实施例与实施例3制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：步骤2)中的第一金属层300和第二金属层600为铜金属层，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为SiC层，从而制得了铜集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例5
本实施例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：纤维基层100的配方不同。集流体的具体制备步骤具体如下：
1)纤维基层100的制备
将质量比为98:2的聚酰亚胺纤维和玻璃纤维共混熔融后，挤出形成复合纤维；取120份复合纤维、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为40nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为镍金属层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铝金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为40nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为镍金属层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例6
本实施例与实施例5制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：步骤2)中的第一金属层300和第二金属层600为铜金属层，从而制得了铜集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
实施例7
本实施例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：纤维基层100的配方不同。集流体的具体制备步骤具体如下：
1)纤维基层100的制备
将质量比为85:15的聚丙烯腈纤维和二氧化硅纳米纤维共混熔融后，挤出形成复合纤维；取50份复合纤维、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为50nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为镍金属层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铝金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为50nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为镍金属层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
对比例1
本对比例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：纤维基层100中所用纤维仅为尼龙6。具体步骤如下：
1)纤维基层100的制备
取50份尼龙6、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为50nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为镍金属层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铝金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为50nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为镍金属层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
对比例2
本对比例与对比例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：步骤2)中的第一金属层300和第二金属层600为铜金属层。具体步骤如下：
1)纤维基层100的制备
取50份尼龙6、3份甲基纤维素钠、3份聚丙烯酰胺、0.5份单硬脂酸甘油酯、2份碳酸钙、5份聚乙烯醇、2份硼砂和0.2份纳米二氧化硅混合均匀后，均匀铺设成网状，随后通过热轧、干燥制备6μm厚的纤维基层100；
2)集流体的制备
采用真空气相沉积技术在步骤1)中制得的纤维基层100的上、下表面分别沉积厚度为50nm的第一粘结层200和第二粘结层500，其中，第一粘结层200和第二粘结层500为镍金属层。然后继续在第一粘结层200和第二粘结层500上沉积厚度为1000nm的第一金属层300和第二金属层600，其中，第一金属层300和第二金属层600为铜金属层。随后继续在第一金属层300和第二金属层600上沉积厚度为50nm的第一抗氧化层400和第二抗氧化层700，其中，第一抗氧化层400和第二抗氧化层700为镍金属层，即得铝集流体。对其进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
对比例3
本对比例与实施例1制备集流体的方法和集流体结构基本相同，不同之处在于：复合纤维中尼龙6和二氧化钛纳米纤维的质量比为60：40。
表1
测试拉伸延展率时的压力密度为4g/cm3～4.1g/cm3。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种集流体，其特征在于，包括纤维基层，所述纤维基层的两侧表面分别设有第一粘结层和第二粘结层，所述第一粘结层和所述第二粘结层在远离所述纤维基层的表面分别设有第一金属层和第二金属层；所述纤维基层的材料组成包括以下重量份的各组分：
复合纤维50～120份、无机填料4.1～19份及助剂，其中，所述复合纤维包括有机纤维和无机纤维。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述有机纤维和所述无机纤维的质量比为(70～99.9)：(0.1～30)。
3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述有机纤维和所述无机纤维的质量比为(90～99.9)：(0.1～10)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的集流体，其特征在于，所述无机填料包括碳酸钙、硼砂及纳米二氧化硅中的一种或多种；和/或
所述有机纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙基胺基甲酸酯纤维、聚氨酯纤维、聚己内酯纤维、尼龙6、尼龙66、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氧乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、醋酸纤维素、乙基氰乙基纤维素、聚苯胺纤维及聚苯并咪唑纤维中的一种或多种；和/或
所述无机纤维包括石墨烯纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属氧化物纳米纤维及二氧化硅纳米纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的集流体，其特征在于，所述助剂包括分散剂、增稠剂、乳化剂及粘合剂中的一种或多种；
所述分散剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、柠檬酸钠及硅酸钠中的一种或多种；
所述增稠剂包括羟丙基甲基纤维素钠、羟乙基甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠及海藻酸钠中的一种或多种；
所述乳化剂包括单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯醚及十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯醇。
6.根据权利要求5所述的集流体，其特征在于，所述助剂在所述纤维基层中的添加量为8.1～28重量份；在所述助剂中，所述分散剂为2.5～9重量份，所述增稠剂为3～8重量份，所述乳化剂为0.1～2重量份，所述粘合剂为2.5～9重量份。
7.根据权利要求1～3及6任一项所述的集流体，其特征在于，还包括第一抗氧化层和第二抗氧化层，所述第一抗氧化层位于所述第一金属层远离所述第一粘结层的表面，所述第二抗氧化层位于所述第二金属层远离所述第二粘结层的表面。
8.根据权利要求7所述的集流体，其特征在于，所述第一粘结层和所述第二粘结层的材料各自独立地为Ni、Zn、Fe、Gr、SiO2、Al2O3、Fe2O3或Si3N4；和/或
所述第一金属层和所述第二金属层的材料为Al、Cu或Zn；和/或
所述第一抗氧化层和所述第二抗氧化层的材料各自独立地为Al、Fe、Ni、Zn、Gr、Fe2O3、Al2O3、SiC或Si3N4。
9.根据权利要求8所述的集流体，其特征在于，所述纤维基层的厚度为2μm～8μm；和/或
所述第一粘结层和所述第二粘结层的厚度各自独立地为10nm～200nm；和/或
所述第一金属层和所述第二金属层的厚度各自独立地为100nm～2000nm；和/或
所述第一抗氧化层和所述第二抗氧化层的厚度各自独立地为10nm～100nm。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述复合纤维、所述无机填料和所述助剂混合后轧制成型，制备所述纤维基层；
在所述纤维基层的两面分别形成所述第一粘结层和所述第二粘结层；及
在所述第一粘结层和所述第二粘结层远离所述纤维基层的一面分别形成所述第一金属层和所述第二金属层。
11.一种电极极片，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的集流体及位于所述集流体表面的电极活性材料层。
12.一种电池单体，其特征在于，包括权利要求11所述的电极极片。
13.一种电池组，其特征在于，包括多个权利要求12所述的电极单体。
14.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的电池单体或如权利要求13所述的电池组。
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