CN115810760A - 集流体及其制备方法、电极片、二次电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种集流体及其制备方法、电极片、二次电池及用电装置，涉及电池领域。所述集流体包括金属箔材，所述金属箔材的表面设有凸起结构以及覆盖所述凸起结构至少部分表面的高分子膜层，所述高分子膜层具有链状网络结构。本申请实现了在降低集流体厚度的基础上，保证超薄集流体的机械性能够满足电芯生产工艺要求，由此来降低集流体在电芯结构中的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，改善电池的续航性能。

Description

集流体及其制备方法、电极片、二次电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种集流体及其制备方法、电极片、二次电池及用电装置。

背景技术

随着电动新能源汽车的发展，传统二次电池如锂离子电池已无法满足其超长续航里程的性能要求。目前，决定锂离子电池能量密度最重要的正负极材料在技术和性能上遭遇瓶颈，电芯机械结构件的优化也几乎到达理论极限。如何从其他方向提升锂离子电池的能量密度，改善锂离子电池的续航性能，是一项重要课题。

发明内容

本申请的主要目的是提出一种集流体及其制备方法、电极片、二次电池及用电装置，旨在有效提高二次电池的能量密度。

第一方面，本申请提供了一种集流体，所述集流体包括金属箔材，所述金属箔材的表面设有凸起结构以及覆盖所述凸起结构至少部分表面的高分子膜层，所述高分子膜层具有链状网络结构。

本申请实施例的技术方案中，通过在金属箔材表面设置凸起结构以及链状网络结构，利用所述凸起结构增强集流体的比表面积和表面活性，以及帮助所述链状网络结构起到支撑和拉伸保护的作用，从而提高集流体的机械强度、电导率以及集流体与电极材料的粘附效果，实现在降低集流体厚度的基础上，保证超薄集流体的机械性能够满足电芯生产工艺要求，由此来降低集流体在电芯结构中的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，改善电池的续航性能。

在一些实施例中，所述金属箔材的厚度0.1～100μm。本申请实施例的技术方案应用于厚度为0.1～100μm的金属箔材上，对提高金属箔材机械强度，进而提高电芯能量密度的效果更为显著。

在一些实施例中，所述金属箔材为铝箔或铜箔。对于适用于电池正极的集流体而言，选用铝箔作为集流体的基础金属箔材，对于适用于电池负极的集流体而言，选用铜箔作为集流体的基础金属箔材，机械性能、导电率均较好且易于制备得到厚度超薄的集流体。

在一些实施例中，所述铝箔包括腐蚀铝箔和微孔铝箔中的任意一种。选用上述类型的铝箔，导电性更好。

在一些实施例中，所述铝箔的厚度不超过20μm。通过设置所述铝箔的厚度不超过20μm有利于保障所述集流体具有较小的厚度，以降低集流体在电芯结构中的质量占比。

在一些实施例中，所述铜箔包括腐蚀铜箔和微孔铜箔中的任意一种。选用上述类型的铜箔，导电性更好。

在一些实施例中，所述铜箔的厚度不超过16μm。通过设置所述铜箔的厚度不超过16μm有利于保障所述集流体具有较小的厚度，以降低集流体在电芯结构中的质量占比。

在一些实施例中，所述凸起结构中的凸起呈柱状。通过设置所述凸起呈柱状，可作为所述链状网络结构发挥类似桥梁钢丝的支撑与拉伸作用的着力点，对提高所述集流体的机械强度有着重要作用，且结构相对简单，易于加工。

在一些实施例中，所述凸起结构的材料包括石墨化碳、第一金属、第二金属、有机聚合物、杂化有机聚合物中的至少一种，所述第一金属包括Ag、Cu、Pt中的至少一种，所述第二金属包括W、Ti中的至少一种。选用上述物质来作为设置所述凸起结构的材料，导电性优，力学性能好。

在一些实施例中，所述高分子膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯橡胶弹性橡胶、聚亚胺衍生物、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈纤维、聚四氟乙烯和聚苯醚中的至少一种。选用上述类型的高分子材料作为制备所述高分子膜层的材料，具有力学性能好、易于加工、与所述金属箔材粘附性好的优点。

在一些实施例中，所述高分子膜层中还添加有导电剂和/或阻燃剂。通过在所述高分子膜层中添加导电剂，可以提高所述高分子膜层的导电性能，从而改善所述集流体的导电性能；通过在所述高分子膜层中添加阻燃剂，可以提高所述高分子膜层的高温耐受性，从而所述集流体的使用安全性。

在一些实施例中，所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、银浆、纳米银颗粒中的至少一种。选用上述物质作为所述导电剂，具有导电性能好、与高分子材料之间混合时的分散性较好且来源丰富的优点。

在一些实施例中，所述导电剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。通过控制所述导电剂的添加量为所述高分子膜层质量的0.01～10％，所述导电剂在高分子材料中的分散性好，可很好的兼顾所述高分子膜层力学性能和导电性能。

在一些实施例中，所述阻燃剂包括磷酸烷基酯类、磷酸芳基酯、双环戊二烯类、脂肪族卤代烃、芳香族卤代物中的至少一种。选用上述物质作为所述阻燃剂，对提高所述高分子膜层高温耐受性的效果好，与高分子材料的兼容性佳。

在一些实施例中，所述阻燃剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。通过控制所述阻燃剂的添加量为所述高分子膜层质量的0.01～10％，所述阻燃剂在高分子材料中的分散性好，可同时兼顾所述高分子膜层力学性能、阻燃性能以及加工性能。

在一些实施例中，所述高分子膜层具有多孔结构。通过设置所述高分子膜层中形成有多孔结构，可实现在保证其机械性能的基础上，增加所述高分子膜层的孔隙率和孔体积，从而减轻所述集流体的质量，进而减小所述集流体在电芯结构中的质量占比，提高电芯的能量密度。

第二方面，本申请提供了一种集流体的制备方法，包括以下步骤：

在金属箔材表面设置凸起结构；

在所述凸起结构的至少部分表面设置具有链状网络结构的高分子膜层，制得所述集流体。

本申请实施例的技术方案中，通过在金属箔材表面设置凸起结构以及链状网络结构，制得一种机械强度高的超薄集流体，具体地，利用所述凸起结构增强集流体的比表面积和表面活性，以及帮助所述链状网络结构起到支撑和拉伸保护的作用，从而提高集流体的机械强度、电导率以及集流体与电极材料的粘附效果，实现在降低集流体厚度的基础上，保证超薄集流体的机械性能够满足电芯生产工艺要求，由此来降低集流体在电芯结构中的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，改善电池的续航性能。

在一些实施例中，在所述金属箔材表面设置所述凸起结构的方式包括刻蚀和表面沉积技术中的至少一种。通过所述刻蚀和/或表面沉积技术在所述金属箔材表面设置所述凸起结构，易于实现，成品率高。

在一些实施例中，所述刻蚀包括等离子刻蚀、化学刻蚀、激光刻蚀、机械压制中的至少一种。选用上述刻蚀方式来设置所述凸起结构，可适用于所述凸起结构由所述金属箔材一体成型的方案，易于精确调控所述凸起结构的形状、尺寸等。

在一些实施例中，所述表面沉积技术包括化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、物理气相沉积、电火花沉积、原子层沉积、分子层沉积中的至少一种。选用上述表面沉积技术来设置所述凸起结构，可适用于在所述金属箔材表面额外设置所述凸起结构的方案，易于精确调控所述凸起结构的形状、尺寸等。

在一些实施例中，在所述凸起结构上设置具有链状网络结构的高分子膜层的步骤包括：

在设置有所述凸起结构的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使所述高分子前驱液在所述金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构的高分子化合物，以形成所述高分子膜层。

通过在设置有所述凸起结构的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使所述高分子前驱液在所述金属箔材表面进行原位聚合反应，可使得所生成的具有链状网络结构更好的粘附于所述凸起结构上，与之共同起到提高所述集流体的机械强度和导电性能的效果。

在一些实施例中，在所述金属箔材表面覆盖高分子前驱液的方式包括刮涂、喷涂、旋涂、流延中的至少一种。选用上述方式在所述金属箔材表面覆盖所述高分子前驱液，操作简便，易于实现。

所述高分子前驱液中添加有造孔剂，对应地，在设置有所述凸起结构的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使所述高分子前驱液在所述金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构的高分子化合物的步骤之后，还包括：去除造孔剂。通过在所述高分子前驱液中添加造孔剂，可以使制得的所述高分子膜层中形成多孔结构，可实现在保证其机械性能的基础上，增加所述高分子膜层的孔隙率和孔体积，从而减轻所述集流体的质量，进而减小所述集流体在电芯结构中的质量占比，提高电芯的能量密度。而对应地，在使所述高分子前驱液在所述金属箔材的表面完成原位聚合之后，再去掉所述造孔剂，即制得机械性能加强的超薄集流体。

在一些实施例中，所述造孔剂包括水溶性无机盐、热分解型铵盐中的至少一种。选用上述物质作为所述造孔剂，可有效促使所述高分子膜层中形成多孔结构，且后期易于去所述高分子膜层中去除。

在一些实施例中，所述造孔剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。控制所述造孔剂的添加量在0.01～10％，可获得孔隙率高、孔体积大的多孔结构，并保障所述高分子膜层的机械性能和导电性能。

在一些实施例中，所述水溶性无机盐包括NaCl、LiCl、LiNO₃、KNO₃中的至少一种。选用上述水溶性无机盐作为所述造孔剂，去除方式简便，将集流体采用去离子洗涤后烘干即可，无残留。

在一些实施例中，所述热分解性铵盐包括NH₃HCO₃。选用上述热分解性铵盐作为所述造孔剂，去除方式简便，将集流体加热至一定温度使其分解，随后洗涤、干燥，即可，无残留。

第三方面，本申请提供了一种电极片，包括上述实施例中的集流体或者上述实施例中制得的集流体。

第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的电极片。

第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅为本申请的一些实施例，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他相关的附图。

图1为本申请一些实施例的集流体的截面结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电极片的截面结构示意图。

附图标号说明：

100	集流体	20	链状网络结构
				10	凸起结构	200	电极材料

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的正极活性材料及其制造方法、正极极片、二次电池、电池模块、电池包和电学装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。

如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

随着电动新能源汽车的发展，传统二次电池如锂离子电池已无法满足其超长续航里程的性能要求。目前，决定锂离子电池能量密度最重要的正负极材料在技术和性能上遭遇瓶颈，电芯机械结构件的优化也几乎到达理论极限。现有研究中，集流体作为电芯结构的重要组成部分，正负极集流体总的质量占整个电芯质量的约15％，还有被压缩的空间。因此，从降低集流体提厚度的角度，通过进一步降低及流体的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，是一个实际且有效的提升电芯能量密度的方法。

随着集流体制备工艺的进步，目前技术上已可以制备0.01～10μm的铜箔和铝箔，但是集流体削薄降低了其机械强度，在涂布和绕卷等工序中存在断带风险，冷压阶段边缘也更易褶皱，这限制了超薄集流体的进一步应用。

基于以上考虑，为了解决超薄集流体存在的机械性能差等而限制了其实际应用，导致当前锂离子电池能量密度难以得到进一步的提高，而难以有效改善电池续航性能的问题，发明人经过深入研究，设计了一种超薄集流体，通过在超薄集流体的表面设置凸起结构和链状网络结构，利用凸起结构和所述链状网络结构来共同提高超薄集流体的机械强度，同时还能提高超薄集流体的电导率和与电极材料的粘附效果，实现从降低集流体厚度的角度上提高电池电芯的能量密度，进而改善锂离子电池的续航性能。

参阅图1所示，为本申请一些实施例提供的集流体的截面结构示意图，集流体100包括金属箔材，金属箔材的表面设有凸起结构10以及设于凸起结构10至少部分表面的高分子膜层，高分子膜层具有链状网络结构20。需要说明的是，在图1提供的实施例中，高分子膜层覆盖至少部分凸起结构10即为高分子膜层覆盖凸起结构中的各个凸起之间，而没有覆盖各凸起上远离金属箔材的端面。在本申请的其他实施例中，高分子膜层也可以设置为同时覆盖凸起结构中的各个凸起之间以及覆盖各凸起上远离金属箔材的端面，也即，高分子膜层覆盖金属箔材的整个表面。

本申请实施例中，集流体100表面的链状网络结构20形成类似于钢丝桥梁结构，高分子链的一端锚钉在凸起结构10上，另一端锚钉在集流体表面，使得高分子链及其形成的网络结构在集流体表面起到支撑与拉伸的力保护作用。同时，凸起结构10的设置还可增强集流体的比表面积和表面活性，最终与链状网络结构20共同起到提高集流体的机械强度、电导率以及集流体与电极材料的粘附效果，实现在降低集流体厚度的基础上，保证超薄集流体的机械性能够满足电芯生产工艺要求，由此来降低集流体在电芯结构中的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，改善电池的续航性能。

在本申请中，凸起结构10及链状网络结构20可以仅设置于金属箔材的单侧表面，也可以同时设置在金属箔材的两侧表面。在本申请的一些实施例中，金属箔材的两侧表面均设有凸起结构10和具有链状网络结构20的高分子膜层。通过在金属箔材的两侧表面均设置凸起结构10和具有链状网络结构20的高分子膜层，相比于在单侧设置而言，能够更进一步地增大集流体的比表面积和表面活性，以及提高集流体的机械强度、电导率及其与电极材料的粘附效果等。

金属箔材可选用常规厚度的可用作集流体使用的金属箔材，而根据目前技术上已可以很好的制备厚度0.1～100μm的金属箔材，例如铜箔和铝箔等，在本申请的一些实施例中，所述金属箔材的厚度0.1～100μm，对提高金属箔材机械强度，进而提高电芯能量密度的效果更为显著。

进一步地，在本申请的一些实施例中，金属箔材选用铝箔或铜箔。其中，对于适用于电池正极的集流体而言，选用铝箔作为集流体的基础金属箔材，对于适用于电池负极的集流体而言，选用铜箔作为集流体的基础金属箔材，机械性能、导电率均较好且易于制备得到厚度超薄的集流体。

在本申请的一些实施例中，铝箔选用腐蚀铝箔和微孔铝箔中的任意一种均可，导电性能更好。在本申请的另一些实施例中，也可直接选用普通铝箔，所述普通铝箔是指相对于腐蚀铝箔、微孔铝箔等而言，未经处理的铝箔。

在本申请的一些实施例中，铝箔的厚度不超过20μm。通过设置铝箔的厚度不超过20μm，在其具有良好的机械性能和导电性能的基础上，更有利于保障集流体具有较小的厚度，从而更好地实现降低集流体在电芯结构中的质量占比，提高电池电芯的能量密度，改善电池的续航性能。

在本申请的一些实施例中，铜箔选用腐蚀铜箔和微孔铜箔中的任意一种均可，导电性能更好。在本申请的另一些实施例中，也可直接选用普通铜箔，所述普通铜箔是指相对于腐蚀铜箔、微孔铜箔等而言，未经处理的铜箔。

在本申请的一些实施例中，铜箔的厚度不超过16μm。通过设置铜箔的厚度不超过16μm，在其具有良好的机械性能和导电性能的基础上，更有利于保障集流体具有较小的厚度，从而更好地实现降低集流体在电芯结构中的质量占比，提高电池电芯的能量密度。

在本申请中，凸起结构10中的凸起的具体设置形式不做限定，例如可以设置单个凸起或多个凸起，在本申请的一些实施例中，凸起结构10包括多个凸起，能够增加凸起结构10与链状网络结构20的连接点，进一步改善对集流体机械强度的增强效果，同时也能进一步增大集流体的比表面积和表面活性。

进一步地，多个凸起可以设置为呈均匀分布或者非均匀分布，均能有效增加凸起结构10与链状网络结构20的连接点，以及增大集流体的比表面积和表面活性。另外，凸起的形状也有多种选择，例如可以为柱状或者是类似于岛状等，只要是在金属箔材的表面设置凸起结构10均可以起到提高集流体机械强度的效果。在本申请的一些实施例中，凸起呈柱状设置，由此，柱状凸起可作为链状网络结构20发挥类似桥梁钢丝的支撑与拉伸作用的着力点，对提高集流体的机械强度有着重要作用，且结构相对简单，易于加工。另外，柱状凸起的横截面可以呈圆形、椭圆形、四边形、三角形、多边形等等。此外，凸起呈岛状是指在逐渐远离金属箔材表面的方向上，凸起呈渐缩状设置，可以是连续渐缩，也可以是呈阶梯性渐缩。

更进一步地，凸起结构10可以由金属箔材自身加工形成，其加工方式例如可以采用刻蚀等，也可以是在金属箔材表面额外设置而成，其加工方式例如可以采用表面沉积技术等，又或者是部分由金属箔材自身加工而成，部分为在金属箔材表面额外制备而成，也即，在由金属箔材自身加工制成的凸起表面，再额外设置其他材料层，例如先对金属箔材进行刻蚀，然后再在金属箔材表面通过表面沉积制备一层表面沉积层。在本申请的一些实施例中，凸起结构10至少包括在金属箔材表面额外制备而成材料层，进一步而言，凸起结构10的材料包括石墨化碳、第一金属、第二金属、有机聚合物、杂化有机聚合物中的至少一种，其中，第一金属包括Ag、Cu、Pt中的至少一种，即为Ag、Cu或Pt，或者是Ag、Cu、Pt中两种或三种形成的合金，第二金属包括W、Ti中的至少一种，即为W或Ti，或者为W、Ti形成的合金。

具体而言，可理解为在金属箔材表面采用表面沉积技术所形成的表面沉积层包括石墨化碳层、第一金属层、第二金属层、有机聚合物层、杂化有机聚合物层中的至少一种，既可是仅在金属箔材表面沉积上述表面沉积层中的任意一种，也可以是先后叠加沉积多层。由此形成的凸起结构10导电性优，力学性能好，其中，第一金属层具有高导电率，第二金属层具有高机械强度。

在本申请的一些实施例中，凸起结构10的材料包括石墨化碳。也即，表面沉积而成的表面沉积层为石墨化碳层，成本低，且具有电导率高、机械强度大、性能稳定的特性。

在本申请的一些实施例中，高分子膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯橡胶弹性橡胶(SIS)、聚亚胺衍生物、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯腈纤维(PAN)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚苯醚(PPO/PPE)中的至少一种，既可以仅包括上述高分子聚合物中的任意一种，也可以同时包括上述高分子聚合物中的任意两种或两种以上的组合。选用上述类型的高分子材料作为形成高分子膜层的材料，具有力学性能好、易于加工、与金属箔材粘附性好的优点。其中，形成高分子膜层的材料同时包括上述高分子聚合物中的任意两种或两种以上的组合是指，在凸起结构10表面对应依次叠加设置两层或两个以层的高分子膜层。

在本申请的一些实施例中，设置为高分子膜层的材料仅包括上述高分子聚合物中的任意一种，进一步具体而言，高分子膜层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。选用对苯二甲酸乙二醇酯作为制备高分子膜层的材料，该材料具有良好的耐高温特性、耐溶剂溶解性以及尺寸稳定性。

在本申请的一些实施例中，高分子膜层中还添加有导电剂和/或阻燃剂，可以仅单独添加导电剂或者阻燃剂，也可以同时添加导电剂和阻燃剂。通过在高分子膜层中添加导电剂，可以提高高分子膜层的导电性能，从而改善集流体的导电性能；通过在高分子膜层中添加阻燃剂，可以提高高分子膜层的高温耐受性，从而提高集流体的使用安全性。在本申请的一些实施例中，设置为高分子膜层中同时添加有导电剂和阻燃性。

进一步地，在本申请的一些实施例中，导电剂包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、银浆、纳米银颗粒中的至少一种，既可以选用上述导电剂中的任意一种，也可以选用上述导电剂中的任意两种或两种以上的混合物。选用上述物质作为导电剂，具有导电率高、与高分子材料之间混合时的分散性较好且来源丰富的优点。在本申请的一些实施例中，导电剂包括碳纳米管和石墨烯，可更好的改善集流体的导电性能。

另外，在本申请的一些实施例中，导电剂的添加量设置为：导电剂的质量为高分子膜层质量的0.01～10％，例如为0.01％、0.05％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。通过控制导电剂的添加量为高分子膜层质量的0.01～10％，导电剂在高分子材料中的分散性好，可很好的兼顾高分子膜层力学性能和导电性能。

进一步地，在本申请的一些实施例中，控制导电剂的质量为高分子膜层质量的3～5％，例如为3％、3.5％、4％、4.5％、5％等，可在兼顾高分子膜层力学性能和导电性能的基础上，保障其加工性能。

在本申请的一些实施例中，阻燃剂包括磷酸烷基酯类、磷酸芳基酯、双环戊二烯类、脂肪族卤代烃、芳香族卤代物中的至少一种，芳香族卤代物包括芳香族溴化物及其他卤代物，既可以选用上述阻燃剂中的任意一种，也可以选用上述阻燃剂中的任意两种或两种以上的混合物。选用上述物质作为阻燃剂，对提高高分子膜层高温耐受性的效果好，与高分子材料的兼容性佳。在本申请的一些实施例中，阻燃剂包括磷酸烷基酯类或芳香族溴化物。

另外，在本申请的一些实施例中，阻燃剂的添加量设置为：阻燃剂的质量为高分子膜层质量的0.01～10％，例如为0.01％、0.05％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。通过控制阻燃剂的添加量为高分子膜层质量的0.01～10％，阻燃剂在高分子材料中的分散性好，可同时兼顾高分子膜层力学性能、阻燃性能以及加工性能。

此外，在本申请的一些实施例中，高分子膜层具有多孔结构，可通过在高分子膜层的制备过程中加入造孔剂实现，在添加造孔剂的一些实施例中，导电剂和阻燃剂的添加不受影响，可不添加，也可组合添加。通过设置高分子膜层中形成有多孔结构，可实现在保证其机械性能的基础上，增加高分子膜层的孔隙率和孔体积，从而在具有相同体积的情况下减轻集流体的质量，进而减小集流体在电芯结构中的质量占比，提高电芯的能量密度，改善电池的续航性能。

第二方面，本申请提出了一种上述实施例中集流体的制备方法，具体而言，集流体的制备方法包括以下步骤：

步骤S10、在金属箔材表面设置凸起结构10；

步骤S20、在凸起结构10的至少部分表面设置具有链状网络结构20的高分子膜层，制得集流体。

首先在金属箔材表面设置凸起结构10，然后在凸起结构10的至少部分表面设置链状网络结构20，例如在凸起结构的各个凸起之间形成的空隙上设置链状网络结构20，即可制备得到结构如图1所示的一种机械强度增强的超薄集流体。具体而言，设置凸起结构10可增强集流体的比表面积和表面活性，以及为链状网络结构20发挥支撑和拉伸保护的作用提供着力点，从而共同提高集流体的机械强度、电导率以及集流体与电极材料的粘附效果，实现在降低集流体厚度的基础上，保证超薄集流体的机械性能够满足电芯生产工艺要求，由此来降低集流体在电芯结构中的质量占比，达到提高电芯能量密度的效果，改善电池的续航性能。

在本申请的一些实施例中，在金属箔材表面设置凸起结构10的方式包括刻蚀和表面沉积技术中的至少一种，可以仅采用刻蚀或表面沉积的方式来设置凸起结构10，对应制备得到由金属箔材自身材质经刻蚀形成的凸起结构10或者由其他材料经表面沉积形成的凸起结构10，也可以先进行刻蚀，再进行表面沉积，对应制备得到部分由金属箔材自身材料形成，部分由其他材料在金属箔材自身材料加工所形成的凸起上进行叠加而制备得到的凸起结构10。通过刻蚀和/或表面沉积技术在金属箔材表面设置凸起结构10，易于实现，成品率高。其中，表面沉积技术所形成的表面沉积层包括石墨化碳层、第一金属层、第二金属层、有机聚合物层、杂化有机聚合物层中的至少一种，既可是仅在金属箔材表面沉积上述表面沉积层中的任意一种，也可以是先后叠加沉积多层。

在本申请的一些实施例中，刻蚀包括等离子刻蚀、化学刻蚀、激光刻蚀、机械压制中的至少一种。选用上述刻蚀方式来设置凸起结构10，可适用于凸起结构10由金属箔材一体成型的方案，易于精确调控凸起结构10的形状、尺寸等。

在本申请的一些实施例中，刻蚀为氩气等离子刻蚀。利用氩气等离子刻蚀的方式来设置凸起结构10，等离子体刻蚀可控性强，无污染，在刻蚀的同时去除了集流体表面的异物杂质，也提高了集流体的比表面积和表面活性，有助于增强后续高分子与集流体的粘附效果。

另外，在本申请的一些实施例中，表面沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、电火花沉积(ESD)、原子层沉积(ALD)、分子层沉积(MLD)中的至少一种。选用上述表面沉积技术来设置凸起结构10，可适用于在金属箔材表面额外设置凸起结构10的方案，易于精确调控凸起结构10的形状、尺寸等。

在本申请的一些实施例中，表面沉积技术为等离子增强化学气相沉积或分子层沉积。利用等离子增强化学气相沉积的方式来设置凸起结构10，可在低温下快速进行，沉积速率快，可靠性高。利用分子层沉积的方式来设置凸起结构10，有利于后续表面高分子膜层的设置，例如在分子层沉积方式形成的沉积层表面原位聚合形成具有链状网络结构的聚合物。

在本申请的一些实施例中，链状网络结构20由在凸起结构10表面进行原位聚合反应所生成的高分子材料形成，具体而言，在凸起结构10上设置具有链状网络结构20的高分子膜层的步骤包括：在设置有凸起结构10的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使高分子前驱液在金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构20的高分子化合物，以形成高分子膜层。

通过在设置有凸起结构10的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使高分子前驱液在金属箔材表面进行原位聚合反应，可使得所生成的具有链状网络结构20的聚合物更好的粘附于凸起结构10上，使链状网络结构20形成如图1所示的类似于钢丝桥梁结构，高分子链的一端锚钉在凸起结构10上，另一端锚钉在集流体表面，促使高分子链及其形成的网络结构在集流体表面起到支撑与拉伸的力保护作用，从而与凸起结构10共同起到提高集流体的机械强度和导电性能的效果。

在形成高分子膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯的一些实施例中，对应地，高分子前驱液包括对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇，以酯交换的方式酯化合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应，或者，高分子前驱液包括对苯二甲酸和乙二醇，先酯化合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应，均可在金属箔材表面原位聚合生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，具有良好的耐高温特性、耐溶剂溶解性以及尺寸稳定性。

在形成高分子膜层的材料包括聚丙烯腈的一些实施例中，对应地，高分子前驱液包括丙烯腈和引发剂。在形成高分子膜层的材料包括聚四氟乙烯的一些实施例中，对应地，高分子前驱液包括四氟乙烯和引发剂。在形成高分子膜层的材料包括聚苯醚的一些实施例中，对应地，高分子前驱液包括苯醚和引发剂。

在本申请的一些实施例中，在金属箔材表面覆盖高分子前驱液的方式包括刮涂、喷涂、旋涂、流延中的至少一种。选用上述方式在金属箔材表面覆盖高分子前驱液，操作简便，易于实现。

在本申请的一些实施例中，在金属箔材表面覆盖高分子前驱液的方式为刮涂或喷涂。采用刮涂或喷涂的方式在金属箔材表面覆盖高分子前驱液，可控性好，可适用于大规模的工业化生产制备，有利于实现批量生产。

在本申请的一些实施例中，高分子膜层具有多孔结构，可实现在保证其机械性能的基础上，增加高分子膜层的孔隙率和孔体积，从而减轻集流体的质量，进而减小集流体在电芯结构中的质量占比，提高电芯的能量密度有，具体可以通过在高分子前驱液中添加造孔剂实现。对应地，在高分子前驱液中添加有造孔剂的一些实施例中，在使高分子前驱液在金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构20的聚合物的步骤之后，还需要去除造孔剂，以避免影响集流体的导电性能，制得机械性能加强以及导电性能优异的超薄集流体。

在本申请的一些实施例中，造孔剂包括水溶性无机盐、热分解型铵盐中的至少一种，可以仅选用水溶性无机盐或热分解型铵盐作为造孔剂，也可以同时选用水溶性无机盐和热分解型铵盐组合作为造孔剂，均可有效促使高分子膜层中形成多孔结构，且后期易于去高分子膜层中去除。

在本申请的一些实施例中，水溶性无机盐包括NaCl、LiCl、LiNO₃、KNO₃中的至少一种。选用上述水溶性无机盐作为造孔剂，去除方式简便，例如将集流体采用去离子洗涤后烘干即可，无残留。

在本申请的一些实施例中，热分解性铵盐包括NH₃HCO₃。选用上述热分解性铵盐作为造孔剂，去除方式简便，将集流体加热至一定温度使其分解，以NH₃HCO₃作为造孔剂时，可加热至100～200℃保温15～60min，例如可以加热至150℃保温30min，或加热至100℃保温60min，或加热至200℃保温15min，随后洗涤、干燥，即可，无残留。

在本申请的一些实施例中，造孔剂的质量为高分子膜层质量的0.01～10％。控制造孔剂的添加量在0.01～10％，例如为0.01％、0.05％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等，可获得孔隙率高、孔体积大的多孔结构，并保障高分子膜层的机械性能和导电性能。

在本申请的一些实施例中，造孔剂包括占高分子膜层质量3％的水溶性无机盐，水溶性无机盐可进一步选择NaCl，具有来源丰富、成本低廉、无污染的好处。

在高分子膜层中还添加有导电剂和/或阻燃剂的一些实施例中，导电剂和/或阻燃剂直接添加至高分子前驱液中即可，以对应提高集流体的电导率、高温耐受性和使用安全性。

第三方面，本申请提供了一种电极片，包括上述实施例中的集流体。

本申请实施例中，电极片包括集流体和涂覆于集流体上的电极涂层，电极涂层由正负极电极浆料形成，电极浆料包括电极活性物质、粘合剂和导电材料，粘合剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等，本申请在此不做限定；导电材料包括炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、金属粉、金属纤维、铜、镍、铝、银或聚亚苯基衍生物等，本申请在此不做限定。

参阅图2所示，为本申请一些实施例提供的电极片的截面结构示意图。电极片包括集流体100以及涂覆于集流体表面的电极材料200，电极材料200具体例如为正负极电极浆料，集流体100包括厚度0.1～100μm的金属箔材，金属箔材的表面设有凸起结构10以及设于凸起结构10表面的高分子膜层，高分子膜层具有链状网络结构20。由此，在集流体表面涂覆电极浆料时，电极浆料可进入到链状网络结构20中进行填充，从而增强集流体与电极材料的粘附力，有助于提高电极片的机械性能和电导率。

电极片的制备：将电极(正极或负极)活性物质、粘合剂和导电材料按一定比重在去离子水中充分搅拌混合，使其形成均匀的电极浆料；将电极浆料涂敷于集流体(正极或负极集流体)上、烘干，采用滚压机对涂布好的电极片进行冷压、裁片、焊接。

本申请实施例提出的电极片，具备了上述实施例的集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。

第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的电极片。

二次电池包括如上述实施例所述的电极片(正极极片和负极极片)，也包括隔离膜和电解液。二次电池可以是电池单体，以锂离子电池为例，锂离子电池单体主要依靠锂离子在正极极片和负极极片之间的移动来工作。柱形电池单体中三层材料的薄膜结构被卷绕成柱形形状的电极组件，而在长方体电池单体中薄膜结构被卷绕或者叠置成具有大致长方体形状的电极组件。

在通常的电池单体结构中，电池单体包括外壳、电极组件和电解液。电极组件被容纳在电池单体的外壳中，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。外壳包括外壳和端盖。外壳包括由多个壁形成的容纳腔以及开口。端盖布置在开口处以封闭容纳腔。除了电极组件之外，容纳腔中还容纳有电解液。电极组件中的正极极片和负极极片包括极耳。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。极耳通过连接构件与位于电池单体外部的电极端子电连接，电极端子一般包括正电极端子和负电极端子。对长方体电池单体而言，电极端子一般设置在端盖部分。多个电池单体经由电极端子而被串联和/或并联在一起以应用于各种应用场合。

以卷绕方式组合成形的电芯所组成的电池，称为卷绕电池。卷绕电池也称为电芯，电池业内人士称为卷芯。相对于平板电池而言，卷绕式电池采用只有1mm左右的极板高压卷绕而成,通过特殊的工艺手段使得电池具有了许多特点超强的高倍率放电能力，最大放电倍率为18C～30C；卓越的高低温性能，可在-55℃～150℃下工作；平稳的高输出电压，更高的能量密度；结构坚固，具有优异的抗震性能；无游离电解液(如采用胶体酸)，可任意方向放置工作；可以进行快速充电，40分钟内可充入95％以上的电量(1C充电)；超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上；极高的耐小电流深放电能力。

用于本申请的电解液可以为现有技术中已知的电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂；可用于本申请的隔离膜可以为现有技术中已知的隔离膜。

本申请提出的二次电池，具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。

二次电池可以是电池模块，电池模块是为了从外部冲击、热、振动等中保护电池单体，将一定数目的二次电池电连接在一起并放入一个框架中而形成的。常用的电池模块一般包括两块端板，两块端板之间排布有多个电池单体(二次电池)。设置有电池模块输出极的端板又称输出极端板，未设置电池模块输出极的端板又称非输出极端板。

二次电池也可以是电池包，在一些电池生产加工技术中，将多个电池单体先整合为电池模块，然后将电池模块封装于电池的箱体中，形成电池包。电池包内可封装一排多个电池模块，也可封装多排多个电池模块，多排多个电池模块的排列方式可以是双排多列、多排双列、多排多列等。以封装双排多列电池模块的电池包为例，每一列第一个端板一般为头部输出极端板，两排电池模块间相邻的两块端板为中部非输出极端板，每一列最后一个端板为尾部非输出极端板，头部输出极端板和其中一个中部非输出极端板属于第一排电池模块，其中一个中部非输出极端板和尾部输出极端板属于第二排电池模块。

第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池。

本申请提出的用电装置包括但不限于：手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动车辆、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等，电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动车辆玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨。

本申请提出的用电装置，具备了上述集流体的全部有益效果，在此不再一一赘述。

以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

(1)取厚度13μm的铝箔，以恒定功率的氩等离子体分别轰击铝箔的正反两面，得到微观表面具有柱状凸起的铝箔，完成凸起结构的制备；

(2)取对苯二甲酸与乙二醇溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入3wt％的导电剂(碳纳米管)、3wt％的阻燃剂(乙氧基五氟环三磷腈)、2wt％的造孔剂(KNO₃)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铝箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行酯化反应合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应，在设置有凸起结构的铝箔表面原位反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铝箔正反两面形成的高分子膜层中的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

实施例2

(1)取厚度9μm的铜箔，以PECVD技术在铜箔的正反两面定向沉积具有柱状或岛状凸起结构的石墨化碳层，完成凸起结构的制备；

(2)取丙烯腈与引发剂配制溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入5wt％的导电剂(石墨烯)、3wt％的阻燃剂(六溴苯)、1wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用刮涂的方法，在制备有凸起结构的铜箔的正反两面分别刮涂厚度1.5μm的高分子前驱液，进行自由基聚合反应合成聚丙烯腈，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铜箔正反两面形成的高分子膜层中的造孔剂，然后于50℃烘干6h，制得超薄集流体。

实施例3

(1)取厚度19μm的铝箔，以浓度1mM的稀盐酸浸润刻蚀10min，得到微观表面具有柱状或岛状凸起的铝箔，完成凸起结构的制备；

(2)取四氟乙烯与引发剂溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入5wt％的导电剂(3wt％的碳纳米管+2wt％的石墨烯)、5wt％的阻燃剂(十溴联苯醚)、2wt％的造孔剂(LiNO₃)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用旋涂的方法，在制备有凸起结构的铝箔的正反两面分别旋涂厚度1μm的高分子前驱液，进行自由基聚合反应生成聚四氟乙烯，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铝箔正反两面形成的高分子膜层中的造孔剂，然后于80℃烘干2h，制得超薄集流体。

实施例4

(1)取厚度15μm的铜箔，以恒定功率的氩等离子体分别轰击铜箔的正反两面，得到具有洁净高活性表面的铜箔，再通过MLD技术在铜箔的正反两面分别生长一层聚乙炔，完成凸起结构的制备；

(2)取苯醚与引发剂溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入5wt％的导电剂(2wt％碳纳米管+3wt％导电炭黑)、1wt％的阻燃剂(四溴双酚A)、1wt％的造孔剂(LiCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用旋涂的方法，在制备有凸起结构的铜箔的正反两面分别旋涂厚度2μm的高分子前驱液，进行自由基聚合反应生成聚苯醚，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铜箔正反两面形成的高分子膜层中的造孔剂，然后于80℃烘干2h，制得超薄集流体。

实施例5

(1)取厚度0.1μm的腐蚀铜箔，以激光刻蚀的方式分别刻蚀铜箔的正反两面，得到微观表面具有柱状凸起的铜箔，完成凸起结构的制备；

(2)取对苯二甲酸二甲酯与乙二醇溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入4wt％的导电剂(2wt％石墨烯+2wt％导电炭黑)、2wt％的阻燃剂(双环戊二烯)、3wt％的造孔剂(NH₃HCO₃)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铜箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行酯交换反应合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应，在设置有凸起结构的铜箔表面原位反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，完成链状网络结构的制备；

(4)将铜箔加热至100℃并保温60min，使高分子前驱液中的NH₃HCO₃完全受热分解，制得超薄集流体。

实施例6

(1)取厚度16μm的微孔铜箔，以恒定功率的氩等离子体分别轰击铜箔的正反两面，得到具有洁净高活性表面的铜箔，再通过CVD技术在铜箔的正反两面分别定向沉积具有柱状或岛状凸起结构的银层，完成凸起结构的制备；

(2)取苯乙烯、异戊二烯与引发剂溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入0.1wt％的导电剂(银浆)、10wt％的阻燃剂(5wt％乙氧基五氟环三磷腈+2wt％十溴联苯醚+3wt％四溴双酚A)、0.01wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铜箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行聚合反应生成苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铜箔正反两面的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

实施例7

(1)取厚度30μm的铜箔，以PECVD技术在铜箔的正反两面先定向沉积具有柱状或岛状凸起结构的石墨化碳层，然后以ESD技术在石墨化碳层表面再定向沉积一层WTi合金层，完成凸起结构的制备；

(2)取丙烯酰胺与引发剂溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入0.01wt％的导电剂(纳米银颗粒)、0.5wt％的阻燃剂(乙氧基五氟环三磷腈)、10wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铜箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行聚合反应生成聚丙烯酰胺，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铜箔正反两面的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

实施例8

(1)取厚度1μm的腐蚀铝箔，以机械压制的方式分别刻蚀铝箔的正反两面，得到微观表面具有柱状凸起的铝箔，完成凸起结构的制备；

(2)取对苯二甲酸与乙二醇溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入0.2wt％的导电剂(导电炭黑)、7wt％的阻燃剂(5wt％乙氧基五氟环三磷腈+2wt％六溴苯)、5wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铝箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行酯化反应合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应，在设置有凸起结构的铝箔表面原位反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铝箔正反两面的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

实施例9

(1)取厚度20μm的微孔铝箔，以PVD技术在铝箔的正反两面分别定向沉积具有柱状或岛状凸起的杂化有机聚合物，完成凸起结构的制备；

(2)取对苯二甲酸与乙二醇溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入8wt％的导电剂(2wt％石墨烯+2wt％碳纳米管+4wt％导电炭黑)、0.2wt％的阻燃剂(乙氧基五氟环三磷腈)、4wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铝箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行酯化反应合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应，在设置有凸起结构的铝箔表面原位反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铝箔正反两面的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

实施例10

(1)取厚度100μm的铝箔，以恒定功率的氩等离子体分别轰击铝箔的正反两面，得到微观表面具有柱状凸起的铝箔，然后以PECVD技术在铝箔的正反两面分别定向沉积一层石墨化碳层，完成凸起结构的制备；

(2)取对苯二甲酸与乙二醇溶液，以反应后生成的高分子聚合物的质量计，向溶液中加入10wt％的导电剂(8wt％碳纳米管+2wt％纳米银颗粒)、0.01wt％的阻燃剂(乙氧基五氟环三磷腈)、0.2wt％的造孔剂(NaCl)，配制得到高分子前驱液；

(3)采用喷涂的方法，在制备有凸起结构的铝箔的正反两面分别喷涂厚度1μm的高分子前驱液，进行酯化反应合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应，在设置有凸起结构的铝箔表面原位反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯，完成链状网络结构的制备；

(4)用去离子水溶解掉铝箔正反两面的造孔剂，然后于60℃烘干4h，制得超薄集流体。

对比例1-10

以与以与实施例1至10中相同厚度的铜箔或铝箔作为集流体。

分别测试实施例1至10以及对比例1至10的集流体的机械强度、导电率，其中机械强度采用拉力机测试，电阻率采用电阻率仪测试，测试结果如下表1所示：

表1实施例1至10以及对比例1至10的集流体的性能测试

由表1可以看出，按照本申请实施例1-10提供的方法进行改性后的集流体机械强度有明显增强，降低了箔材在各工序中断带的风险；同时，改性后铝箔的电阻率未见明显的增大，对电芯的内阻无影响。

将实施例1至10及对比例1至10的集流体按照下列方法制成电极片：

将电极活性物质(正极为磷酸铁锂、聚偏二氟乙烯(PVDF)、导电炭黑、碳纳米管按97％：1％：0.5％：0.5％，负极为石墨：丁苯橡胶(简称SBR)：羧甲基纤维素钠(简称CMC)按96.3％：2.0％：1.7％)充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料和负极浆料；将正极浆料涂覆于正极集流体上，负极浆料涂敷于负极集流体上，烘干，采用滚压机对涂布好的正极和负极进行冷压、裁片、焊接。

采用剥离力测试仪测试涂布好的电极片，测试集流体与其表面涂覆的电极材料的粘结性，测试结果如下表2所示：

表2实施例1至10以及对比例1至10的电极片的性能测试

由表2可以看出，按照本申请实施例1-10提供的方法改性后的集流体涂布后的剥离强度有明显增强，增强了电极活性材料与集流体的粘附效果，防止后续工序中及充放电过程中材料脱离集流体。

将上述正极极片、负极极片、电解液以及隔离膜组装成硬壳电芯，并测定电池能量密度，测定方法如下：

室温下，1/3C测试电芯的放电比容量及电芯的质量。

测试结果如下表3：

表3实施例1至10及对比例1至10的锂离子电池的性能测定

由表3可以看出，采用本申请实施例1-10中改性后的集流体，非活性质量占比下降，使得电芯的能量密度有1～2％的提升。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (23)

1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括金属箔材，所述金属箔材的表面设有凸起结构以及覆盖所述凸起结构至少部分表面的高分子膜层，所述高分子膜层具有链状网络结构。

2.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属箔材的厚度为0.1～100μm。

3.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述金属箔材为铝箔或铜箔。

4.如权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述铝箔包括腐蚀铝箔和微孔铝箔中的任意一种；和/或，

所述铝箔的厚度不超过20μm；和/或，

所述铜箔包括腐蚀铜箔和微孔铜箔中的任意一种；和/或，

所述铜箔的厚度不超过16μm。

5.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述结构中的凸起呈柱状。

6.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述凸起结构的材料包括石墨化碳、第一金属、第二金属、有机聚合物、杂化有机聚合物中的至少一种，所述第一金属包括Ag、Cu、Pt中的至少一种，所述第二金属包括W、Ti中的至少一种。

7.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述高分子膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯橡胶弹性橡胶、聚亚胺衍生物、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈纤维、聚四氟乙烯和聚苯醚中的至少一种。

8.如权利要求7所述的集流体，其特征在于，所述高分子膜层中还添加有导电剂和/或阻燃剂。

9.如权利要求8所述的集流体，其特征在于，所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、银浆、纳米银颗粒中的至少一种；和/或，

所述导电剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。

10.如权利要求9所述的集流体，其特征在于，所述导电剂的质量为所述高分子膜层质量的3～5％。

11.如权利要求8所述的集流体，其特征在于，所述阻燃剂包括磷酸烷基酯类、磷酸芳基酯、双环戊二烯类、脂肪族卤代烃、芳香族卤代物中的至少一种；和/或，

所述阻燃剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。

12.如权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述高分子膜层具有多孔结构。

13.一种如权利要求1至12中任意一项所述的集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在金属箔材表面设置凸起结构；

在所述凸起结构的至少部分表面设置具有链状网络结构的高分子膜层，以制得所述集流体。

14.如权利要求13所述的集流体的制备方法，其特征在于，在所述金属箔材表面设置所述凸起结构的方式包括刻蚀和表面沉积技术中的至少一种。

15.如权利要求14所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述刻蚀包括等离子刻蚀、化学刻蚀、激光刻蚀、机械压制中的至少一种；和/或，

所述表面沉积技术包括化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、物理气相沉积、电火花沉积、原子层沉积、分子层沉积中的至少一种。

16.如权利要求13所述的集流体的制备方法，其特征在于，在所述凸起结构上设置具有链状网络结构的高分子膜层的步骤包括：

在设置有所述凸起结构的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使所述高分子前驱液在所述金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构的高分子化合物，以形成所述高分子膜层。

17.如权利要求16所述的集流体的制备方法，其特征在于，在所述金属箔材表面覆盖高分子前驱液的方式包括刮涂、喷涂、旋涂、流延中的至少一种。

18.如权利要求16所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述高分子前驱液中添加有造孔剂，对应地，在设置有所述凸起结构的金属箔材表面覆盖高分子前驱液，使所述高分子前驱液在所述金属箔材表面原位反应生成具有链状网络结构的高分子化合物的步骤之后，还包括：去除造孔剂。

19.如权利要求18所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述造孔剂包括水溶性无机盐、热分解型铵盐中的至少一种；和/或，

所述造孔剂的质量为所述高分子膜层质量的0.01～10％。

20.如权利要求19所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述水溶性无机盐包括NaCl、LiCl、LiNO₃、KNO₃中的至少一种；和/或，

所述热分解性铵盐包括NH₃HCO₃。

21.一种电极片，其特征在于，所述电极片包括如权利要求1至12中任意一项所述的集流体或者如权利要求13至20中任意一项所述的集流体的制备方法制得的集流体。

22.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括如权利要求21所述的电极片。

23.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求22所述的二次电池。

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