CN116072886B - 一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备 - Google Patents

一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备，属于电化学装置技术领域；集流体包括：有机基底层和设于有机基底层的两表面的导电层；通过控制集流体的有机基底层材料的初熔温度和相变潜热，使得集流体可在达到初熔温度后吸收较大的热量，在其被施用作为电化学装置的运行过程中，当电化学装置的运行温度达到有机基底层材料的初熔温度时，有机基底层发生相变吸收电化学装置的热量，从而降低电化学装置的温度，可降低电化学装置发生热失控的风险，进而改善电化学装置的安全性能。

Description

一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备
技术领域
本申请涉及电化学装置技术领域，具体而言，涉及一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备。
背景技术
随着锂离子电池技术的不断更新和发展，锂离子电池的应用领域也在不断扩大，随之而来的电芯安全问题越来越受到公众关注，以电芯机械破坏后热失控为特征的锂离子电池安全事故频繁发生，对锂离子电池的发展带来一定阻力，如何解决电芯安全问题是当前锂电行业不能不面对的难题。
目前，对热失控的控制方案往往是通过四大材料的性能改善来得以实现，然而四大材料的性能改善会带来电芯的电性能及能量密度的损失。
发明内容
本申请提供了一种集流体及其制备方法、极片、电化学装置、电子设备，以克服目前改善热失控只能通过调整四大材料来实现的技术偏见，提供一种改善热失控的新的途径。
第一方面，本申请实施例提供了一种集流体，集流体包括：有机基底层和设于有机基底层的两表面的导电层，有机基底层的材料包括第一高分子材料，第一高分子材料的初熔温度不高于160℃，所述第一高分子材料为相变材料。
在上述实施过程中，通过控制集流体的有机基底层材料的初熔温度，使得集流体可在达到初熔温度后吸收热量，在其被施用作为电化学装置的运行过程中，当电化学装置的运行温度达到有机基底层材料的初熔温度时，有机基底层发生相变吸收电化学装置电芯的热量，从而降低电化学装置的温度。进一步地，在一些实施方式中，该初熔温度不高于电化学装置的热失控温度时，可降低电化学装置发生热失控的风险，进而改善了电化学装置的安全性能。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的初熔温度为120~160℃。
在上述实施过程中，有机基底层材料的初熔温度越低，则可在更低的温度下实现相变吸热，对电化学装置实现吸热降温。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的熔程不大于15℃。
在上述实施过程中，通过控制有机基底层材料的熔程，实现在较短的时间内实现较为大量的吸热，对电芯的热量吸收更加迅速，进而更能有效的控制电化学装置的温度，降低热失控风险。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g。
在上述实施过程中，控制第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g，使得集流体可在达到初熔温度后吸收较大量的热量，能够更好的降低电化学装置的温度。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的晶态结构包括纤维状晶。
在上述实施过程中，纤维状晶的高分子材料的熔程相对比较短，能够在有机基底层材料熔化时实现快速的吸热。同时，纤维状晶的高分子材料具有较好的力学性能，在后续电芯的制备过程中优率、效率和硬度均有一定程度的提高。另外，发明人还发现采用纤维状晶的高分子材料作为有机基底层的材料时，当其被施用于作为电化学装置时，能够在相对较高的温度下保持较高的安全性，发明人分析其原因可能为：采用纤维状晶的高分子材料制成的有机基底层导致电芯在相对较高的温度下不易发生膨胀变形，导致电芯内部的短路点较少，进而实现了体现了该高温安全性能。并且，纤维状晶的高分子材料的表面链段能够和贴合的层具有较好的结合能力，对剥离性能有一定提升。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶中的至少一种。
在上述实施过程中，选择聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶等作为有机基底层的材料，能够使得该集流体施用作为电化学装置时可以在更高的温度下安全运行。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的数均分子量为104~106。
在上述实施例过程中，高分子材料的分子量往往和其初熔温度有一定的对应关系，数均分子量为104~106的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶等材料能够满足初熔温度不高于160℃的要求。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的初熔温度为130~150℃。
在上述实施过程中，控制第一高分子材料的初熔温度为130~150℃，可使该集流体被施用作为电化学装置时可以在更高的温度下安全运行。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的熔程不大于10℃。
在上述实施过程中，熔程越短，则有机基底层材料对电芯的热吸收越迅速，进而更能有效的控制电芯的温度，降低热失控风险。
作为一种可选的实施方式，第一高分子材料的相变潜热不小于300J/g。
在上述实施过程中，有机基底层材料的相变潜热越大，则其相变需要吸收的热量越多，进而可在相对较少的有机基底层材料的用量的前提下实现较大热量的吸收，从一定程度上来说，能够有利于整个集流体厚度的控制。
作为一种可选的实施方式，集流体还包括：粘结层，粘结层设于有机基底层和导电层之间。
在上述实施例过程中，粘结层的设置能够增加有机基底层和导电层间的粘结力，提升导电层的剥离性能。
作为一种可选的实施方式，粘结层的材料包括第二高分子材料，第二高分子材料包括聚乙烯醇、丙烯酸酯胶、不饱和聚酯胶、EVA热熔胶和丙烯酸乳液胶中的至少一种。
在上述实施例过程中，聚乙烯醇、丙烯酸酯胶、不饱和聚酯胶、EVA热熔胶和丙烯酸乳液胶等材料均具有较好的粘结性，尤其是含有羟基官能团的物质，发生多羟基形成氢键，更能提高粘结层与有机基底层和导电层的层间结合强度。
作为一种可选的实施方式，粘结层的材料还包括填料。可选的，填料包括勃姆石、氧化硅、碳粉和纳米纤维中的至少一种。可选的，填料包括色素。
在上述实施过程中，填料的加入能够起到除粘接性能以外的其他功能，例如勃姆石、氧化硅、碳粉和纳米纤维等填料的添加能够提升粘结层的挺度，色素等填料的加入能够对粘结层进行染色，以便于得知粘结层的附着情况。
作为一种可选的实施方式，导电层的厚度为0.1~4μm。
在上述实施过程中，导电层越薄，其对应的电芯的安全性能越好，而导电层越厚，其对应的电芯的电性能越好，控制导电层的厚度在0.1~4μm能够兼顾电芯的安全性能和电性能。
可选的，导电层的厚度为0.5~3μm。
在上述实施过程中，控制导电层的厚度为0.5~3μm，使得电芯的安全性能和电性能均为较佳的状态，进而整个电芯的综合性能更好。
第二方面，本申请实施例提供了一种集流体的制备方法，方法包括：把导电层附着于有机基底层的表面，有机基底层的材料包括第一高分子材料，第一高分子材料的初熔温度不高于160℃，第一高分子材料为相变材料。
作为一种可选的实施方式，把导电层附着于有机基底层的表面包括：把粘结层附着于有机基底层；把导电层附着于粘结层远离有机基底层的表面。
在上述实施过程中，通过粘结层的设置使得有机基底层和导电层间的粘结力得以增加，能够提升导电层的剥离性能。
作为一种可选的实施方式，把导电层附着于粘结层远离有机基底层的表面包括：把金属板附着于粘结层远离有机基底层的表面，后对金属板进行减薄处理，以使金属板转变为导电层。
在上述实施过程中，采用热复合的方式来实现金属板和粘结层的附着，可避免采用类似于溅射等方式导致的有机基底层的损坏。
作为一种可选的实施方式，减薄处理的方式包括化学腐蚀；和/或金属板的厚度为5-20μm。
在上述实施过程中，金属板的厚度越厚，其强度越好，越便于制备过程的加工，但考虑到最终还需要对金属板进行减薄处理，故金属板越薄，其在减薄处理时的效率更好，对金属的浪费也越少。
作为一种可选的实施方式，把粘结层附着于有机基底层包括：把粘结层的原料和有机基底层的原料进行层叠，后进行同步复合拉伸，以使粘结层附着于有机基底层。
在上述实施过程中，通过同步复合拉伸的方式相比于浸渍、涂覆或物理气相沉积等方式的工序更少，有效的提升了制备效率，同时能使粘结层的覆盖度更好，采用热复合的方式，避免高分子层变相过程中对金属板造成的损害，如从固态变成液态，又从液态变回固态，如果采用其它方式可能会导致金属板破损。
作为一种可选的实施方式，粘结层的原料包括第二高分子材料的预聚物，预聚物的数均分子量为5*103~7*103；和/或预聚物的熔点不大于100℃；和/或方法还包括对粘结层进行加热熟化，以使预聚物发生聚合。
在上述实施过程中，控制预聚物的数均分子量为5*103~7*103使得预聚物具有一定的流动性，进而使得预聚物能够较为均匀的敷设在有机基底上。同时控制预聚物的熔点不大于100℃，可使得预聚物在后续制备的加热过程中发生聚合，实现更好的粘接性能。
第三方面，本申请实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括第一方面提供的集流体。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，电子设备包括第三方面提供的电化学装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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为本申请实施例提供的集流体的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的极片的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的电化学装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的方法的流程图。
图标：1000-电化学装置，100-极片，10-集流体，1-有机基底层，2-导电层，3-粘结层，20-活性材料层，200-隔离膜，300-极耳。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以为任意的电子装置，例如移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动玩具、电动汽车等，该电子设备包括电化学装置1000，如图3所示，该电化学装置1000包括极片100、隔离膜200和极耳300。隔离膜200设置于两极片100之间，两极片100堆叠或卷绕形成电化学装置1000，极耳300和极片100连接。其中，如图2所示，极片100包括集流体10和涂覆于集流体10至少部分表面的活性材料层20。
目前，以电子设备中的电化学装置1000在机械破坏后热失控为特征的锂离子电池安全事故频繁发生，对锂离子电池的发展带来一定阻力，如何解决电化学装置1000的安全问题是当前锂电行业不能不面对的难题。通常，对热失控的控制方案往往是通过四大材料的性能改善来得以实现，然而四大材料的性能改善会带来电芯的电性能及能量密度的损失。
因此发明人意图克服目前改善热失控只能通过调整四大材料来实现的技术偏见，提供一种改善热失控的新的途径，具体如下：
本申请实施例还提供了一种电化学装置1000，电化学装置1000包括集流体10，该集流体10包括：有机基底层1和设于有机基底层1的两表面的导电层2，有机基底层1的材料包括第一高分子材料，第一高分子材料的初熔温度不高于电化学装置1000的热失控温度，第一高分子材料为相变材料。需要说明的是，电化学装置1000的热失控温度通过热箱测试得出。
通过控制该电化学装置1000中集流体10的有机基底层1材料的初熔温度不高于电化学装置1000的热失控温度，当电化学装置1000的运行温度达到有机基底层1材料的初熔温度时，有机基底层1发生相变吸收电化学装置1000的热量，实现对电化学装置1000的降温有机基底层1电化学装置1000，即可降低电化学装置1000发生热失控的风险，进而改善了电化学装置1000的安全性能。
以下以热失控温度不大于160℃的电化学装置1000进行具体说明，该电化学装置1000的集流体10包括：有机基底层1和设于有机基底层1的两表面的导电层2，请参照图1，有机基底层1的材料包括第一高分子材料，第一高分子材料的初熔温度不高于160℃，第一高分子材料为相变材料。
有机基底层1可采用轻质且厚度较薄的高分子薄膜，将其设于集流体10中间，可以大幅度降低金属层厚度，带来一定的重量减轻，可以提高电芯的重量能量密度。其作为整个集流体10的力学支撑，由于高分子的变形和延展要优于金属，在加工上具有更宽的操作窗口。因此使得集流体10兼顾减重增加能量密度、电芯机械安全及加工方面的多重优势，有机基底层1的厚度可以为1.7~4.5μm。
导电层2可采用金属导电材料或碳基导电材料制作而成，该金属导电材料可为铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，该碳基导电材料可为石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种，导电层的厚度可以为0.5~4μm。
初熔温度是固体将其物态由固态转变（熔化）为液态的初始温度，第一高分子材料的初熔温度不高于160℃是指第一高分子在不高于160℃的温度下能够从固态转变（熔化）为液态。
通过控制集流体10中有机基底层1材料的初熔温度，使得集流体10可在达到初熔温度后吸收热量，在其被施用作为电化学装置1000的运行过程中，当电化学装置1000的运行温度达到有机基底层1材料的初熔温度时，有机基底层1发生相变吸收电化学装置1000电芯的热量，从而降低电化学装置1000的温度，进而改善电化学装置1000的安全性能。进一步地，在一些实施方式中，有机基底层的初熔温度不高于电化学装置1000的热失控温度时，可降低电化学装置1000发生热失控的风险，进而改善了电化学装置1000的安全性能。
在一些实施例中，第一高分子材料的初熔温度为120~160℃；有机基底层1材料的初熔温度越低，则可在更低的温度下实现相变吸热，对电化学装置1000实现吸热降温。可选的，第一高分子材料的初熔温度为130~150℃；控制第一高分子材料的初熔温度为130~150℃，可使该集流体10被施用作为电化学装置1000时可以在更高的温度下安全运行。示例性的，第一高分子材料的初熔温度可以为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃和160℃等，其也可以是不大于160℃范围内的任意值。
在一些实施例中，第一高分子材料的熔程不大于15℃。
熔程是指初熔温度和终熔温度的区间范围，其中初熔温度是固体将其物态由固态转变（熔化）为液态的初始温度，终熔温度是指物质完全熔化的温度。熔程不大于15℃即为该物质的终熔温度减去该物质的初熔温度的值不大于15℃。
通过控制有机基底层1材料的熔程，实现在较短的时间内实现较为大量的吸热，对电芯的热量吸收更加迅速，进而更能有效的控制电化学装置1000的温度，降低热失控风险。
可选的，第一高分子材料的熔程不大于10℃；可选的，第一高分子材料的熔程不大于5℃，可选的，第一高分子材料的熔程不大于3℃。
熔程越短，则有机基底层1材料对电芯的热吸收越迅速，进而更能有效的控制电芯的温度，降低热失控风险。
示例性的，第一高分子材料的熔程可以为15℃、14℃、13℃、12℃、11℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃和2℃等，其也可以是不大于15℃的任意值。
在一些实施例中，第一高分子材料的晶态结构包括纤维状晶。
晶态结构是指共聚物结晶晶格中多种单体单元可以互相取代即有类似的晶格常数、晶格角和相同的螺旋型构象。常见的晶态结构类型包括：单晶、球晶、伸直链晶片、纤维状晶及串晶等。
纤维状晶的分子链伸长方向同纤维轴平行，整个分子链在纤维中呈伸展状态，纤维状晶的长度可大大超过分子链的实际长度。
本实施例中的纤维状晶的第一高分子材料是通过制备的方式获得，以下以聚丙烯进行制备的说明：将聚丙烯、流平剂和表面改性小分子聚合物同时加入搅拌罐中，然后向其中加入引发剂，升温至180~210℃搅拌20-25分钟，然后保持温度不变，向其中加入温度调节剂，熔融搅拌20-30分钟，冷却结晶，得到纤维状晶的聚丙烯。
纤维状晶的高分子材料的熔程相对比较短，能够在有机基底层1材料熔化时实现快速的吸热。同时，纤维状晶的高分子材料具有较好的力学性能，在后续电芯的制备过程中优率、效率和硬度均有一定程度的提高。另外，发明人还发现采用纤维状晶的高分子材料作为有机基底层1的材料时，当其被施用于作为电化学装置1000时，能够在相对较高的温度下保持较高的安全性，发明人分析其原因可能为：采用纤维状晶的高分子材料制成的有机基底层1导致电芯在相对较高的温度下不易发生膨胀变形，导致电芯内部的短路点较少，进而实现了体现了该高温安全性能。并且，纤维状晶的高分子材料的表面链段能够和贴合的层具有较好的结合能力，对剥离性能有一定提升。
在一些实施例中，第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g。
相变潜热是指单位质量的物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量，相变潜热不小于200J/g即为该每克物质从固态熔化成液态需要吸收至少200j的热量。
控制第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g，使得集流体可在达到初熔温度后吸收较大量的热量，能够更好的降低电化学装置的温度。
可选的，第一高分子材料的相变潜热不小于300J/g；可选的，第一高分子材料的相变潜热不小于400J/g。
有机基底层1材料的相变潜热越大，则其相变需要吸收的热量越多，进而可在相对较少的有机基底层1材料的用量的前提下实现较大热量的吸收，从一定程度上来说，能够有利于整个集流体10厚度的控制。
示例性的，第一高分子材料的相变潜热可以为200 J/g、250 J/g、300 J/g、350 J/g和400 J/g等，其也可以为不小于200 J/g的任意值。
在一些实施例中，第一高分子材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶中的至少一种。
选择聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶等作为有机基底层1的材料，能够使得该集流体10施用作为电化学装置1000时可以在更高的温度下安全运行。
可选的，第一高分子材料的数均分子量为104~106。
聚合物是由化学组成相同而聚合度不等的同系混合物组成的，即由分子链长度不同的高聚物混合组成。通常采用平均数分子量表征分子的大小。按分子数目统计平均，则称为数均分子量，符号为(Mn)。数均分子量=求和各组分分子量*组分摩尔数/总摩尔数。
高分子材料的分子量往往和其初熔温度有一定的对应关系，数均分子量为104~106的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶等材料能够满足初熔温度不高于160℃的要求。
在一些实施例中，导电层2的厚度为0.1~4μm。
导电层2越薄，其对应的电芯的安全性能越好，而导电层2越厚，其对应的电芯的电性能越好，控制导电层2的厚度在0.1~4μm能够兼顾电芯的安全性能和电性能。
可选的，导电层2的厚度为0.5~3μm；可选的，导电层2的厚度为0.9~2μm。
控制导电层的厚度为0.5~3μm，使得电芯的安全性能和电性能均为较佳的状态，进而整个电芯的综合性能更好。
示例性的，导电层2的厚度可以为：0.1μm、0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm和4.0μm等，其也可以是0.1~4μm范围内的任意值。
在一些实施例中，集流体10还包括：粘结层3，粘结层3设于有机基底层1和导电层2之间。粘结层3的设置能够增加有机基底层1和导电层2间的粘结力，提升导电层2的剥离性能。
在一些实施例中，粘结层3的材料包括第二高分子材料；第二高分子材料包括聚乙烯醇、丙烯酸酯胶、不饱和聚酯胶、EVA热熔胶和丙烯酸乳液胶中的至少一种。聚乙烯醇、丙烯酸酯胶、不饱和聚酯胶、EVA热熔胶和丙烯酸乳液胶等材料均具有较好的粘结性，尤其是含有羟基官能团的物质，发生多羟基形成氢键，更能提高粘结层3与有机基底层1和导电层2的层间结合强度。
在一些实施例中，粘结层3的材料还包括填料；可选的，填料包括勃姆石、氧化硅、碳粉和纳米纤维中的至少一种；可选的，填料包括色素。填料的加入能够起到除粘接性能以外的其他功能，例如勃姆石、氧化硅、碳粉和纳米纤维等填料的添加能够提升粘结层3的挺度，色素等填料的加入能够对粘结层3进行染色，以便于得知粘结层3的附着情况。
本申请实施例还提供了一种集流体10的制备方法，方法包括：把导电层2附着于有机基底层1的表面，有机基底层1的材料包括第一高分子材料，第一高分子材料的初熔温度不高于160℃，第一高分子材料的熔程不大于10℃，第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g。
在一些实施例中，请参照图4，把导电层2附着于有机基底层1的表面包括：
S1.把粘结层3附着于有机基底层1；
在一些实施例中，把粘结层3附着于有机基底层1包括：把粘结层3的原料和有机基底层1的原料进行层叠，后进行同步复合拉伸，以使粘结层3附着于有机基底层1。通过同步复合拉伸的方式相比于浸渍、涂覆或物理气相沉积等方式的工序更少，有效的提升了制备效率，同时能使粘结层3的覆盖度更好。在其他实施例中，粘结层3的附着可以采用浸渍、涂覆或物理气相沉积等方式来实现，本申请对此不作限定。
进一步的，粘结层3的原料包括第二高分子材料的预聚物，预聚物的数均分子量为5*103~7*103，控制预聚物的数均分子量为5*103~7*103使得预聚物具有一定的流动性，进而使得预聚物能够较为均匀的敷设在有机基底上；预聚物的熔点不大于100℃，控制预聚物的熔点不大于100℃，可使得预聚物在后续制备的加热过程中发生聚合，实现更好的粘接性能；本方法中还包括对粘结层3进行加热熟化，以使预聚物发生聚合。
S2.把导电层2附着于粘结层3远离有机基底层1的表面。
在一些实施例中，把导电层2附着于粘结层3远离有机基底层1的表面包括：把金属板附着于粘结层3远离有机基底层1的表面，后对金属板进行减薄处理，以使金属板转变为导电层2。采用热复合的方式来实现金属板和粘结层3的附着，可避免采用类似于溅射等方式导致的有机基底层1的损坏。在其他实施例中，金属层的附着可以通过溅射法、真空沉积法、离子电镀法、激光脉冲沉积法等方法来实现，本申请对此不作限定。
进一步的，减薄处理的方式包括化学腐蚀；金属板的厚度为5-20μm。金属板的厚度越厚，其强度越好，越便于制备过程的加工，但考虑到最终还需要对金属板进行减薄处理，故金属板越薄，其在减薄处理时的效率更好，对金属的浪费也越少。
下面通过实施例以及对比例对本申请进行具体说明。
实施例及对比例
一种集流体，包括：
有机基底层，有机基底层的材料包括第一高分子材料；
粘结层，粘结层设于有机基底层的两表面；
导电层，导电层附着于粘结层远离有机基底层的表面。
各实施例和对比例的第一高分子层的参数控制如下表所示：
将各实施例和对比例提供的集流体作为阴极组装成电化学装置（电芯设计：钴酸锂/石墨，4.5V体系，容量5Ah），组装过程如下：
制备阳极片：
将95wt%的负极活性材料颗粒石墨、2wt%的导电剂乙炔黑、2wt%的增稠剂羧甲基纤维素钠和1wt%的粘结剂丁苯橡胶进行混合，加入适量去离子水充分搅拌混合，得到负极活性浆料。将负极活性浆料以0.2 g/1540.25mm2的涂覆量涂覆在厚度为6μm铜箔的两个表面上以后，进行烘干、冷压、裁切，得到阳极片。
制备阴极片：
将96wt%的钴酸锂、2wt%的超导碳黑、2wt%的粘结剂聚偏二氟乙烯混合，使用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，充分搅拌混合得到正极活性浆料。将正极活性浆料以0.3g/1540.25mm2的涂覆量涂覆在厚度为9μm的集流体的两个表面上以后进行干燥，得到正极活性浆料层；然后进行冷压、裁切，得到阴极片。
制备电极组件：
隔离膜为PP（polypropylene，聚丙烯）材质，隔离膜厚度为20 μm。将阳极片、第一隔离膜、阴极片和第二隔离膜层叠以后进行卷绕形成电极组件。
制备电化学装置：
将电极组件装放至壳体内，并注入电解液，然后进行化成获得电化学装置。其中，电解液中的溶质为2mol/L的六氟磷酸锂，电解液中的溶剂为体积比为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯。
然后使用Heating测试评估电芯热安全改善；Heating测试具体过程如下：电化学装置充满电后，置于热箱测试设备上，热箱以5℃/min的速度进行升温，升温至140℃后，保持60min，然后降低热箱温度，测试电化学装置温度。
电芯热安全改善评估结果如下表所示：
由上表可得，采用本申请实施例提供的集流体能够使得电化学装置在较高的温度下运行，通过实施例1至6的数据比较可得，随着第一高分子材料的初熔温度的增高，Heating测试结果温度呈现一个先增加后降低的趋势，可见，第一高分子材料的初熔温度为110~160℃是一个较优的范围，第一高分子材料的初熔温度为130~150℃是一个更加优选的范围，Heating测试结果温度均在140℃以上；通过实施例7至11和实施例3的比较可得，随着第一高分子材料的熔程的缩短，Heating测试结果温度逐渐增加，可见第一高分子材料的熔程越短，越有利于电化学装置的安全性能；通过实施例12至15和实施例3的比较可得，随着第一高分子材料的相变潜热的增加，Heating测试结果温度逐渐增加，可见第一高分子材料的相变潜热越大，越有利于电化学装置的安全性能；通过实施例16至18和实施例3的比较可得，第一高分子材料的材料为聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯等时，均能使电化学装置具有较好的安全性能。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，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，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括：有机基底层和设于所述有机基底层的两表面的导电层，所述有机基底层的材料包括第一高分子材料，所述第一高分子材料为相变材料；所述第一高分子材料的晶态结构包括纤维状晶；所述第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g；所述第一高分子材料的初熔温度为130℃~150℃；所述第一高分子材料的熔程不大于8℃；所述第一高分子材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述第一高分子材料满足下列条件中的至少一项：
（e）所述第一高分子材料的数均分子量为104-106；
（h）所述第一高分子材料的相变潜热不小于300J/g。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的集流体，其特征在于，所述集流体还包括：粘结层，所述粘结层设于所述有机基底层和所述导电层之间。
4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述粘结层的材料包括第二高分子材料；
所述第二高分子材料包括聚乙烯醇、丙烯酸酯胶、不饱和聚酯胶、EVA热熔胶和丙烯酸乳液胶中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述粘结层的材料还包括填料；所述填料满足下列条件中的至少一项：
（i）所述填料包括勃姆石、氧化硅、碳粉和纳米纤维中的至少一种；
（j）所述填料包括色素。
6. 根据权利要求1至2中任一项所述的集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为0.1μm -4μm。
7. 根据权利要求6所述的集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为0.5μm -3μm。
8.一种集流体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
把导电层附着于有机基底层的表面，所述有机基底层的材料包括第一高分子材料，所述第一高分子材料为相变材料；所述第一高分子材料的晶态结构包括纤维状晶；所述第一高分子材料的相变潜热不小于200J/g；所述第一高分子材料的初熔温度为130℃~150℃；所述第一高分子材料的熔程不大于8℃；所述第一高分子材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚、聚酰胺、聚氨酯和聚硫橡胶中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述把导电层附着于有机基底层的表面包括：
把粘结层附着于有机基底层；
把所述导电层附着于所述粘结层远离所述有机基底层的表面。
10.根据权利要求9所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述把导电层附着于所述粘结层远离所述有机基底层的表面包括：
把金属板附着于所述粘结层远离所述有机基底层的表面，后对金属板进行减薄处理，以使金属板转变为导电层。
11.根据权利要求10所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述减薄处理的方式包括化学腐蚀；和/或
所述金属板的厚度为5μm -20μm。
12.根据权利要求11所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述把粘结层附着于有机基底层包括：
把所述粘结层的原料和所述有机基底层的原料进行层叠，后进行同步复合拉伸，以使粘结层附着于有机基底层。
13.根据权利要求12所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述粘结层的原料包括第二高分子材料的预聚物，所述预聚物满足下列条件中的至少一项：
（k）所述预聚物的数均分子量为5*103-7*103；
（l）所述预聚物的熔点不大于100℃。
14.根据权利要求13所述的集流体的制备方法，其特征在于，所述方法还包括对粘结层进行加热熟化，以使所述预聚物发生聚合。
15.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括如权利要求1-7任一项所述的集流体。
16.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求15所述的电化学装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943223A (zh) * 2019-04-15 2020-03-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种正极极片和电化学装置
CN115093834A (zh) * 2022-07-11 2022-09-23 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种相变材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11102711A (ja) * 1997-09-25 1999-04-13 Denso Corp リチウムイオン二次電池
CN102019737B (zh) * 2010-09-30 2014-02-19 南亚塑胶工业股份有限公司 一种水性热发泡粘合胶板
JP5709008B2 (ja) * 2011-11-15 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池とその製造方法
US20150236328A1 (en) * 2012-08-28 2015-08-20 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Secondary battery
JP6326816B2 (ja) * 2013-12-29 2018-05-23 三菱ケミカル株式会社 二軸延伸積層ポリエステルフィルム
CN104164060B (zh) * 2014-07-22 2016-04-06 江南大学 一种可生物堆肥聚酯材料组合物及其制备方法
CN111430709B (zh) * 2020-03-09 2021-06-15 深圳航美新材料科技有限公司 一种相变控温式电极及其制备方法与锂离子电池
CN113097493B (zh) * 2021-03-31 2023-03-14 珠海冠宇电池股份有限公司 一种复合集流体的制备方法及锂离子电池
CN113652211A (zh) * 2021-08-11 2021-11-16 远景动力技术(江苏)有限公司 相变导热浆料、导热隔膜及锂离子电池
CN114361463A (zh) * 2021-12-17 2022-04-15 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种复合集流体的制备方法
CN115117364A (zh) * 2022-07-11 2022-09-27 江苏卓高新材料科技有限公司 一种复合集流体及其制备方法、应用
CN115323790A (zh) * 2022-09-14 2022-11-11 东华大学 电导性纺织品元件及其制备方法
CN115832319A (zh) * 2023-01-03 2023-03-21 楚能新能源股份有限公司 一种全塑集流体及其制备方法、极片和锂离子电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943223A (zh) * 2019-04-15 2020-03-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种正极极片和电化学装置
CN115093834A (zh) * 2022-07-11 2022-09-23 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种相变材料及其制备方法和应用

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