CN117012976A - 集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆。集流体包括：铜箔，铜箔具有第一表面和第二表面；第一铝膜层，第一铝膜层位于铜箔的第一表面上；第二铝膜层，第二铝膜层位于铜箔的第二表面上；第一纳米结构层，第一纳米结构层位于第一铝膜层远离铜箔的至少部分表面上；第二纳米结构层，第二纳米结构层位于第二铝膜层远离铜箔的至少部分表面上。由此，该集流体具有较高的电导率、较高的抗拉强度，在辊压过程以及充放电过程中不易脱膜或断带；该集流体具有较好的抗氧化性能，不易被腐蚀；并且，该集流体具有较好的润湿性能，有利于提高活性物质层在集流体表面的附着，提高活性物质层与集流体的结合强度。

Description

集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体地，涉及集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆。
背景技术
随着新能源技术的发展，人们对电池能量密度的关注度越来越高，要求电池具有高能量密度。锂离子电池作为一种高能量密度电池脱颖而出，而随着锂离子电池的不断发展，锂离子电池等高能量密度电池整体性能提高的速度越来越慢，这与主材(活性物质)、辅材(集流体等)以及工艺等密切相关。锂离子电池的高能量密度不仅要求主材克容量高，同时也要求辅材向着越来越薄的方向发展，然而，辅材越薄，其导电率以及强度会越来越低，另外，辅材越薄，极片辊压过程中也越容易脱膜、断带，影响产率及生产效率。
因此，目前的集流体及其制备方法、电池、电池包和车辆仍有待改进。
发明内容
本申请是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
为了使极片在辊压过程中不易脱膜、不易断带，可以在集流体上形成涂层，或者，在集流体上造孔，这些方法可以在一定程度上改善集流体的性能，但想要进一步减薄集流体，采用上述方法则难以实现进一步减薄集流体的目的。
铝箔作为锂离子电池正极使用的集流体，因为其电导率优异且不易被氧化，强度较强等优点，在锂离子电池中展现了良好的性能。但铝箔表面较为光滑，不易被润湿，可以通过电晕处理在铝箔表面增加含氧官能团，降低表面接触角，使铝箔更具有亲和性，增强铝箔润湿能力及铝箔与活性物质之间的剥离力，避免辊压或充放电过程中脱膜(活性物质层从集流体上脱落)。然而，电晕处理铝箔具有以下缺点：电晕处理对铝箔的表面粗糙度增大的程度有限，且电晕处理容易导致铝箔变脆，使铝箔抗拉强度降低。高能量密度电池的发展要求铝箔越来越薄，集流体减薄，抗拉强度降低，涂布或冷压过程中容易造成断带，降低生产效率，可以通过掺杂其他金属形成合金来提高铝箔的抗拉强度，但形成合金容易降低集流体的电导率。
为了至少在一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个，本申请提出一种多层结构的集流体，在铜箔的两侧设置铝膜层，并在铝膜层远离铜箔的表面形成纳米结构层。铜箔具有较高的电导率，与铝相比，铜可以更有效地提高集流体的电子电导率，有利于提高电池的快充性能；铜箔的抗拉强度比铝箔抗拉强度高，能改善铝箔由于减薄导致的抗拉强度降低的问题；铜箔两侧设置有铝膜层，可以至少在一定程度上避免铜箔在高电压下氧化导致集流体被腐蚀的问题；在铝箔表面设置纳米结构层，可以增大集流体表面的粗糙度，增大比表面积，有利于活性物质在集流体表面的润湿。为了进一步提高集流体的电导率以及集流体与活性物质层的粘结强度，降低活性物质层与集流体的接触电阻，还可以在铝膜层远离铜箔的一侧设置导电碳层，导电碳层覆盖铝膜层的部分表面以及纳米结构层远离铜箔的至少部分表面。
有鉴于此，在本申请的一方面，本申请提出了一种集流体。在本申请的一些实施例中，所述集流体包括：铜箔，所述铜箔具有第一表面和第二表面；第一铝膜层，所述第一铝膜层位于所述铜箔的第一表面上；第二铝膜层，所述第二铝膜层位于所述铜箔的第二表面上；第一纳米结构层，所述第一纳米结构层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上；第二纳米结构层，所述第二纳米结构层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上。由此，该集流体具有较高的电导率、较高的抗拉强度，在辊压过程以及充放电过程中不易脱膜或断带；该集流体具有较好的抗氧化性能，不易被腐蚀；并且，该集流体具有较好的润湿性能，有利于提高活性物质层在集流体表面的附着，提高活性物质层与集流体的结合强度。
在本申请的一些实施例中，所述集流体还包括：第一导电碳层，所述第一导电碳层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；和/或，第二导电碳层，所述第二导电碳层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。通过设置导电碳层，可以进一步提高集流体的电导率以及集流体与活性物质层之间的结合强度，降低集流体与活性物质层之间的接触电阻，还可以更有效地避免集流体被腐蚀。
在本申请的一些实施例中，所述集流体满足以下条件中的至少之一：所述第一铝膜层的厚度和所述第二铝膜层的厚度各自独立地为200nm-10μm；所述铜箔的厚度为100nm-20μm；所述第一纳米结构层的厚度和所述第二纳米结构层的厚度各自独立地为50nm-5μm；所述第一纳米结构层的材质和第二纳米结构层的材质各自独立地包括铝、金、银和镍中的至少之一；所述第一纳米结构层的比表面积为1m2/g-500m2/g；所述第二纳米结构层的比表面积为1m2/g-500m2/g；所述第一纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第二纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；所述第一导电碳层的厚度和所述第二导电碳层的厚度各自独立地为100nm-10μm；所述第一导电碳层和所述第二导电碳层各自独立地包括导电剂和粘结剂。由此，有利于进一步提高集流体的整体性能。
在本申请的一些实施例中，所述集流体满足以下条件中的至少之一：所述纳米线的直径为10nm-1000nm；所述纳米线的长度为1μm-100μm；所述纳米球的直径为10nm-1000nm；所述方形体的边长为10nm-1000nm；所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少之一；所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚乙烯亚胺和聚四氟乙烯中的至少之一；基于所述第一导电碳层的总质量，所述第一导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％-80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％-90wt％；基于所述第二导电碳层的总质量，所述第二导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％-80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％-90wt％。由此，有利于进一步提高集流体的整体性能。
在本申请的另一方面，本申请提出了一种制备前面所述的集流体的方法。在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法包括：提供铜箔；在所述铜箔的第一表面上形成第一铝膜层，在所述铜箔的第二表面上形成第二铝膜层；在所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上形成第一纳米结构层，在所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上形成第二纳米结构层。由此，利用上述方法制备得到的集流体具有前面所述的集流体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法还包括：在所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧形成第一导电碳层，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；和/或，在所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧形成第二导电碳层，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。由此，形成第一导电碳层和/或第二导电碳层，可以进一步提高集流体的电导率以及集流体与活性物质层之间的结合强度。
在本申请的一些实施例中，所述第一铝膜层和/或所述第二铝膜层是通过物理气相沉积或化学气相沉积形成的；和/或，所述第一纳米结构层和/或第二纳米结构层是通过水热法、电化学沉积、电镀或磁控溅射形成的。利用物理气相沉积或化学气相沉积形成第一铝膜层和/或第二铝膜层，第一铝膜层和/或第二铝膜层整体厚度均匀、结构致密；利用水热法、电化学沉积、电镀或磁控溅射可以形成具有纳米线、纳米球、方形体等结构的纳米结构层，从而提高集流体的表面粗糙度。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种电池。在本申请的一些实施例中，所述电池包括正极片、负极片和电解质，所述正极片的集流体为前面所述的集流体或者利用前面所述的方法制备得到的集流体。由此，该电池具有前面所述的集流体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电池具有较好的循环稳定性和倍率性能。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种电池包。在本申请的一些实施例中，所述电池包包括多个前面所述的电池。由此，该电池包具有前面所述的电池所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电池包具有较长的使用寿命。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种车辆。在本申请的一些实施例中，所述车辆包括前面所述的电池包。由此，该车辆具有前面所述的电池包所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本申请一个实施例的集流体的结构示意图；
图2显示了根据本申请另一个实施例的集流体的结构示意图；
图3显示了根据本申请又一个实施例的集流体的结构示意图；
图4显示了根据本申请又一个实施例的集流体的结构示意图。
附图标记说明：
1：铜箔；1’：第一表面；1”：第二表面；2：第一铝膜层；3：第二铝膜层；4：第一纳米结构层；5：第二纳米结构层；6：第一导电碳层；7：第二导电碳层。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图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。
在本申请的一方面，本申请提出了一种集流体。在本申请的一些实施例中，参考图1至图4，集流体可以包括铜箔1、第一铝膜层2、第二铝膜层3、第一纳米结构层4和第二纳米结构层5。其中，铜箔1具有第一表面1’和第二表面1”，第一铝膜层2位于铜箔1的第一表面1’上，第二铝膜层3位于铜箔1的第二表面1”上；第一纳米结构层4位于第一铝膜层2远离铜箔1的至少部分表面上，第二纳米结构层5位于第二铝膜层3远离铜箔1的至少部分表面上。铜箔具有较高的电导率，可以提高集流体整体的电子电导率，并且，铜箔可以提高集流体的抗拉强度，显著降低涂布、冷压等过程中的断带次数；在铜箔两侧设置铝膜层，可以避免铜箔在较高的电压下氧化导致集流体被腐蚀的技术问题；在铝膜层表面设置纳米结构层，可以增大铝膜层表面的粗糙度，增大集流体的比表面积，有利于活性物质在集流体表面的润湿，使得活性物质不易从集流体表面脱落。
在本申请的一些实施例中，铜箔1的厚度可以为100nm-20μm，例如，铜箔1的厚度可以为100nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、15μm、20μm等，由此，铜箔具有合适的厚度，可以在一定程度上提高集流体的电导率和抗拉强度，可以在一定程度上降低涂布或冷压过程中集流体断带的概率。
在本申请的一些实施例中，铜箔1的厚度可以为1μm-5μm，例如，铜箔的厚度可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm等，铜箔的厚度在上述范围内，可以有效提高集流体的电导率，并且，可以显著提高集流体的抗拉强度，有利于降低集流体的厚度；并且，铜箔的厚度较薄，有利于集流体整体厚度的减薄。
在本申请的一些实施例中，第一铝膜层2的厚度和第二铝膜层3的厚度可以各自独立地为200nm-10μm，例如，第一铝膜层2的厚度可以为200nm、500nm、800nm、1μm、5μm、10μm等，第二铝膜层3的厚度可以为200nm、500nm、800nm、1μm、5μm、10μm等。由此，第一铝膜层、第二铝膜层具有合适的厚度，可以起到保护铜箔的作用，在较高的电压下，集流体不易被腐蚀。
在本申请的一些实施例中，第一纳米结构层4的厚度和第二纳米结构层5的厚度可以各自独立地为50nm-5μm，例如，第一纳米结构层4的厚度可以为50nm、100nm、500nm、700nm、1μm、5μm等，第二纳米结构层5的厚度可以为50nm、100nm、500nm、700nm、1μm、5μm等。第一纳米结构层、第二纳米结构层的厚度在上述范围内，可以显著提高铝膜层的表面粗糙度，增大铝膜层的比表面积，从而有利于活性物质在集流体表面的附着，提高活性物质与集流体之间的粘结强度，在冷压或充放电过程中，活性物质不易从集流体表面脱落。
需要说明的是，参考图1至图3，第一纳米结构层4和第二纳米结构层5均具有凹凸不平的表面，第一纳米结构层的厚度和第二纳米结构层的厚度指的均是平均厚度。
在本申请的一些实施例中，第一纳米结构层4的材质可以包括铝、金、银和镍等中的至少之一，例如，第一纳米结构层的材质可以为铝、金、银或镍，第一纳米结构层的材质也可以包括铝、金、银和镍中的两种或更多种。上述材质均具有较高的电导率，有利于提高集流体的电导率；并且，上述材质均具有一定的抗氧化性能，在充放电过程中，集流体可以保持较好的稳定性，不易被腐蚀。
在本申请的一些实施例中，第二纳米结构层5的材质可以包括铝、金、银和镍等中的至少之一，例如，第二纳米结构层的材质可以为铝、金、银或镍，第二纳米结构层的材质也可以包括铝、金、银和镍中的两种或更多种。上述材质均具有较高的电导率，有利于提高集流体的电导率；并且，上述材质均具有一定的抗氧化性能，在充放电过程中，集流体可以保持较好的稳定性，不易被腐蚀。
在本申请的一些实施例中，第一纳米结构层4的比表面积可以为1m2/g-500m2/g，例如，第一纳米结构层的比表面积可以为1m2/g、10m2/g、50m2/g、100m2/g、300m2/g、500m2/g等，第一纳米结构层的比表面积在上述范围内，可以进一步提高集流体铝膜层表面的粗糙度，有利于活性物质在集流体表面的润湿。
在本申请的一些实施例，第二纳米结构层5的比表面积可以为1m2/g-500m2/g，例如，第二纳米结构层的比表面积可以为1m2/g、30m2/g、50m2/g、100m2/g、200m2/g、500m2/g等，由此，可以提高铝膜层表面的粗糙度，有利于活性物质在集流体表面的润湿。
在本申请的一些实施例中，第一纳米结构层4可以包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一。在本申请的一些实施例中，第二纳米结构层5可以包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一。纳米线、纳米球和/或方形体形成的纳米结构层可以有效提高集流体铝膜层的表面粗糙度，从而有利于活性物质在集流体表面的润湿，有利于提高活性物质与集流体之间的粘结强度。
在本申请的一些实施例中，参考图1和图4，第一纳米结构层4和第二纳米结构层5可以由纳米线组成。在本申请的一些实施例中，纳米线的直径可以为10nm-1000nm，例如，纳米线的直径可以为10nm、50nm、100nm、300nm、700nm、1000nm等。在本申请的一些实施例中，纳米线的长度可以为1μm-100μm，例如，纳米线的长度可以为1μm、5μm、20μm、50μm、80μm、100μm等。纳米线的尺寸在上述范围内，可以提高铝膜层表面的粗糙度，增大铝膜层的比表面积。
在本申请的另一些实施例中，参考图2，第一纳米结构层4和第二纳米结构层5可以由纳米球组成。在本申请的一些实施例中，纳米球的直径可以为10nm-1000nm，例如，纳米球的直径可以为10nm、30nm、80nm、200nm、500nm、1000nm等。纳米球的直径在上述范围内，也可以在一定程度上提高铝膜层的表面粗糙度，从而改善铝膜层表面的润湿性能。
在本申请的另一些实施例中，参考图3，第一纳米结构层4和第二纳米结构层5可以方形体组成。需要说明的是，方形体为立方体结构或近似的立方体结构，近似的立方体结构指的是方形体的各个边长可以不完全相同，大致为立方体结构即可。本申请的一些实施例中，方形体的边长可以为10nm-1000nm，例如，方形体的边长可以为10nm、50nm、100nm、200nm、600nm、1000nm等。方形体的边长在上述范围内，也可以提高铝膜层的表面粗糙度，从而改善铝膜层表面的润湿性能。
在本申请的一些实施例中，参考图1至图4，集流体还可以包括第一导电碳层6。其中，第一导电碳层6位于第一铝膜层2远离铜箔1的一侧，第一导电碳层6覆盖第一纳米结构层4远离铜箔1的至少部分表面以及第一铝膜层2的部分表面。第一导电碳层可以进一步提高活性物质与集流体的粘结强度，降低活性物质层与集流体的接触电阻，并且，可以第一导电碳层具有较好的电子传导性能，有利于进一步提高集流体的电导率。
在本申请的一些实施例中，参考图1至图4，集流体还可以包括第二导电碳层7，第二导电碳层7位于第二铝膜层3远离铜箔1的一侧，第二导电碳层7覆盖第二纳米结构层5远离铜箔1的至少部分表面以及第二铝膜层3的部分表面。第二导电碳层可以进一步提高活性物质与集流体的粘结强度，降低活性物质层与集流体的接触电阻，并且，可以进一步提高集流体的电导率。
在本申请的一些实施例中，参考图1至图4，集流体可以包括铜箔1、第一铝膜层2、第二铝膜层3、第一纳米结构层4、第二纳米结构层5、第一导电碳层6和第二导电碳层7。
在本申请的一些实施例中，第一导电碳层6的厚度和第二导电碳层7的厚度可以各自独立地为100nm-10μm，例如，第一导电碳层6的厚度可以为100nm、300nm、500nm、1μm、5μm、10μm等，第二导电碳层7的厚度可以为100nm、300nm、500nm、1μm、5μm、10μm等。第一导电碳层、第二导电碳层具有合适的厚度，可以显著提高集流体的电导率以及活性物质与集流体的粘结强度。
在本申请的一些实施例中，第一导电碳层6和第二导电碳层7可以各自独立地包括导电剂和粘结剂，导电剂可以提高集流体的电导率，粘结剂可以提高第一导电碳层和/或第二导电碳层与活性物质的粘结力，第一导电碳层、第二导电碳层的表面具有一定的粗糙度，有利于提高活性物质与集流体之间的粘结强度。
在本申请的一些实施例中，导电剂可以包括导电炭黑(例如Super P等)、碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少之一。上述导电剂均具有较好的导电性，在第一导电碳层和/或第二导电碳层中添加上述导电剂，有利于提高集流体的电导率，从而有利于提高电池的整体性能。
在本申请的一些实施例中，粘结剂可以包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚乙烯亚胺和聚四氟乙烯中的至少之一。上述粘结剂均具有较好的粘结性能，有利于提高第一导电碳层和/或第二导电碳层与铝膜层的结合强度，从而有利于提高集流体整体的稳定性。
在本申请的一些实施例中，基于第一导电碳层6的总质量，第一导电碳层6中，导电剂的质量含量可以为10wt％-80wt％，粘结剂的质量含量可以为20wt％-90wt％。例如，第一导电碳层6中，导电剂的质量含量可以为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、80wt％，粘结剂的质量含量可以为20wt％、40wt％、50wt％、70wt％、90wt％等。由此，第一导电碳层中导电剂和粘结剂的含量在合适的范围内，有利于进一步提高集流体的整体性能。
在本申请的一些实施例中，基于第二导电碳层7的总质量，第二导电碳层7中，导电剂的质量含量可以为10wt％-80wt％，粘结剂的质量含量可以为20wt％-90wt％。例如，第二导电碳层7中，导电剂的质量含量可以为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、80wt％，粘结剂的质量含量可以为20wt％、40wt％、50wt％、70wt％、90wt％等。由此，第二导电碳层中导电剂和粘结剂的含量在合适的范围内，有利于进一步提高集流体的整体性能。
总的来说，该集流体具有较高的电导率以及抗拉强度，在较高的使用电压下不易被氧化、腐蚀，并且，该集流体表面具有一定的粗糙度，有利于活性物质的附着，该集流体可以作为锂离子电池的正极集流体使用。
在本申请的另一方面，本申请提出了一种制备前面所述的集流体的方法。在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法可以包括以下步骤：
S1：提供铜箔。
铜箔的厚度已在前面进行了详细说明，在此不再赘述。
S2：在铜箔的第一表面上形成第一铝膜层，在铜箔的第二表面上形成第二铝膜层。
在该步骤中，在铜箔的第一表面形成第一铝膜层、在铜箔的第二表面形成第二铝膜层，铝膜层可以对铜箔进行保护，避免铜箔在较高的电压下被氧化。
在本申请的一些实施例中，第一铝膜层和/或第二铝膜层可以是通过物理气相沉积或化学气相沉积形成的，其中，物理气相沉积可以包括真空蒸镀、磁控溅射、电弧离子镀等。通过物理气相沉积或化学气相沉积可以形成厚度均匀、结构致密的铝膜层。
S3：在第一铝膜层远离铜箔的至少部分表面上形成第一纳米结构层，在第二铝膜层远离铜箔的至少部分表面上形成第二纳米结构层。
在本申请的一些实施例中，第一纳米结构层和/或第二纳米结构层可以是通过水热法、电化学沉积、电镀或磁控溅射形成的。通过上述方法可以形成纳米线、纳米球、方形体等微观结构，从而可以提高铝膜层的表面粗糙度。以磁控溅射为例，可以通过控制沉积粒子的入射方向和范围来获得纳米线、纳米球以及方形体。
在本申请的一些实施例中，制备前面所述的集流体的方法还可以包括以下步骤：
S4：在第一铝膜层远离铜箔的一侧形成第一导电碳层，第一导电碳层覆盖第一纳米结构层远离铜箔的至少部分表面以及第一铝膜层的部分表面。
在本申请的一些实施例中，第一导电碳层可以通过在第一铝膜层远离铜箔的一侧涂布浆料并干燥后得到，浆料可以通过将导电剂和粘结剂分散在水溶剂中得到。
S5：在第二铝膜层远离铜箔的一侧形成第二导电碳层，第二导电碳层覆盖第二纳米结构层远离铜箔的至少部分表面以及第二铝膜层的部分表面。
在本申请的一些实施例中，第二导电碳层可以通过在第二铝膜层远离铜箔的一侧涂布浆料并干燥后得到，浆料可以通过将导电剂和粘结剂分散在水溶剂中得到。
关于粘结剂和导电剂的具体组分等特征，已在前面进行了详细说明，在此不再赘述。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种电池。在本申请的一些实施例中，电池可以包括正极片、负极片和电解质，其中，正极片的集流体可以为前面所述的集流体或者利用前面所述的方法制备得到的集流体。由此，该电池具有前面所述的集流体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本申请的一些实施例中，正极片可以包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层位于正极集流体的至少部分表面上，正极集流体可以为前面所述的集流体或者利用前面所述的方法制备得到的集流体，正极活性物质层可以包括正极活性材料(例如，镍钴锰酸锂等)、导电剂以及粘结剂等。
在本申请的一些实施例中，负极片可以包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层位于负极集流体的至少部分表面上，负极集流体可以为铜箔，负极活性物质层可以包括负极活性材料(例如，石墨、硅基材料、硬碳、软碳、中间相碳微球等)、导电剂以及粘结剂等。
在本申请的一些实施例中，电池可以为锂离子电池，电解质可以为液态电解质，例如电解质可以为碳酸酯电解液，电解液中可以含有六氟磷锂。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种电池包。在本申请的一些实施例中，电池包可以包括多个前面所述的电池。由此，该电池包具有前面所述的电池所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种车辆。在本申请的一些实施例中，车辆可以包括前面所述的电池包。由此，该车辆具有较长的续航时间。
下面通过具体的实施例对本发明进行说明，本领域技术人员能够理解的是，下面的具体实施例仅仅是为了说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围。另外，在下面的实施例中，除非特别说明，所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的实施例中，未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述，则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。
实施例1
1.正极集流体的制备过程：
1.1将铜箔材通过牵引置于排列磁控溅射设备下面，在铜箔的第一表面上溅射第一铝膜层、在铜箔的第二表面上溅射第二铝膜层。
1.2将上述箔材置于物理气相沉积设备下面，在第一铝膜层远离铜箔的表面上形成第一纳米结构层、在第二铝膜层远离铜箔的表面上形成第二纳米结构层。其中，第一纳米结构层和第二纳米结构层的材质均为铝，微观结构为纳米线，纳米结构层的微观结构通过控制沉积粒子的入射方向和范围来获得。
1.3将羧甲基纤维素钠(CMC)、Super P、导电碳纳米管按照1:1:0.5的质量比分散到水溶剂中，进行搅拌，得到混合均匀导电浆料，将导电浆料涂布在第一铝膜层远离铜箔的一侧以及第二铝膜层远离铜箔的一侧，涂布面密度为0.5mg/cm2，烘干，形成第一导电碳层和第二导电碳层，得到集流体。其中，第一导电碳层覆盖第一纳米结构层远离铜箔的至少部分表面以及第一铝膜层远离铜箔的部分表面，第二导电碳层覆盖第二纳米结构层远离铜箔的至少部分表面以及第二铝膜层远离铜箔的部分表面。
实施例1制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为1μm，第一铝膜层的厚度和第二铝膜层的厚度均为4μm，第一纳米结构层的厚度和第二纳米结构层的厚度均为1μm，第一导电碳层的厚度和第二导电碳层的厚度均为1μm。
2.电池的制备过程：
将正极活性材料镍钴锰酸锂(镍、钴、锰的原子比为6:1:3)、粘结剂PVDF、导电剂Super P分散在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂布在前面制备的正极集流体的两个表面，经干燥、冷压、分切后得到正极片。
将负极活性材料石墨、粘结剂SBR、导电剂Super P按照质量比94:2:2分散在去离子水中，搅拌均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两个表面，经干燥、冷压、分切后得到负极片。
将正极片、隔膜、负极片进行Z字型叠片制得叠片单元，其中，隔膜的材质为聚丙烯(PP)。将叠片单元入壳、烘烤、注入碳酸酯电解液、化成后得到锂离子电池。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为2μm，第一纳米结构层的厚度和第二纳米结构层的厚度均为0.5μm，第一导电碳层的厚度和第二导电碳层的厚度均为0.5μm。其余参数和步骤与实施例1均相同。
实施例3
与实施例1不同的是，实施例3制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为3μm，第一纳米结构层和第二纳米结构层的微观结构均为纳米球。其余参数和步骤与实施例1均相同。
实施例4
与实施例1不同的是，实施例4制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为4μm，第一铝膜层的厚度和第二铝膜层的厚度均为2μm，第一纳米结构层和第二纳米结构层的微观结构均为方形体，第一纳米结构层的厚度和第二纳米结构层的厚度均为2μm，第一导电碳层的厚度和第二导电碳层的厚度均为0.5μm。其余参数和步骤与实施例1均相同。
实施例5
与实施例1不同的是，实施例5制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为2μm，第一铝膜层的厚度和第二铝膜层的厚度均为3μm，第一纳米结构层和第二纳米结构层的微观结构均为纳米球。其余参数和步骤与实施例1均相同。
实施例6
与实施例1不同的是，实施例6制备得到的正极集流体中，铜箔的厚度为5μm，第一铝膜层的厚度和第二铝膜层的厚度均为2μm，第一导电碳层的厚度和第二导电碳层的厚度均为2μm。其余参数和步骤与实施例1均相同。
对比例1
对比例1中，以铝箔作为正极集流体，铝箔表面未生长纳米结构层，也未形成导电碳层，铝箔的厚度与实施例1中正极集流体的总厚度相同。正极浆料涂布在铝箔上，其余参数和步骤与实施例1均相同。
对比例2
对比例2中，以铝箔作为正极集流体，铝箔表面未生长纳米结构层，也未形成导电碳层，铝箔的厚度与实施例2中正极集流体的总厚度相同。正极浆料涂布在铝箔上，其余参数和步骤与实施例2均相同。
对比例3
对比例3中，在铜箔的第一表面上溅射第一铝膜层、在铜箔的第二表面上溅射第二铝膜层，得到正极集流体，其中，对比例3中铜箔的厚度与实施例3中铜箔的厚度相同，对比例3中制备得到的正极集流体的总厚度与实施例3中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例3均相同。
对比例4
对比例4中，在铜箔的第一表面上溅射第一铝膜层、在铜箔的第二表面上溅射第二铝膜层，得到正极集流体，其中，对比例4中铜箔的厚度与实施例4中铜箔的厚度相同，对比例4中制备得到的正极集流体的总厚度与实施例4中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例4均相同。
对比例5
对比例5中，未使用铜箔，在铝箔的两个表面上分别形成纳米结构层，得到正极集流体。对比例5制备得到的正极集流体中，纳米结构层的表面上未形成导电碳层，每个纳米结构层的厚度和实施例5中第一纳米结构层的厚度相同，对比例5中正极集流体的总厚度和实施例5中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例5均相同。
对比例6
对比例6中，未使用铜箔，在铝箔的两个表面上分别形成纳米结构层，得到正极集流体。对比例6制备得到的正极集流体中，纳米结构层的表面上未形成导电碳层，每个纳米结构层的厚度和实施例6中第一纳米结构层的厚度相同，对比例6中正极集流体的总厚度和实施例6中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例6均相同。
对比例7
对比例7中，未使用铜箔，在铝箔的两个表面上分别形成纳米结构层，在铝箔的两侧分别形成导电碳层，导电碳层覆盖纳米结构层远离铝箔的至少部分表面以及铝箔的部分表面，得到正极集流体。对比例7制备得到的正极集流体中，每个纳米结构层的厚度与实施例5中第一纳米结构层的厚度相同，每个导电碳层的厚度与实施例5中第一导电碳层的厚度相同，对比例7中正极集流体的总厚度与实施例5中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例5均相同。
对比例8
对比例8中，未使用铜箔，在铝箔的两个表面上分别形成纳米结构层，在铝箔的两侧分别形成导电碳层，导电碳层覆盖纳米结构层远离铝箔的至少部分表面以及铝箔的部分表面，得到正极集流体。对比例8制备得到的正极集流体中，每个纳米结构层的厚度与实施例6中第一纳米结构层的厚度相同，每个导电碳层的厚度与实施例6中第一导电碳层的厚度相同，对比例8中正极集流体的总厚度与实施例6中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例6均相同。
对比例9
与实施例5相比，对比例9的正极集流体中，未设置第一纳米结构层和第二纳米结构层，第一导电碳层位于第一铝膜层远离铜箔的表面上，第二导电碳层位于第二铝膜层远离铜箔的表面上。对比例9中正极集流体的总厚度与实施例5中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例5均相同。
对比例10
与实施例6相比，对比例10的正极集流体中，未设置第一纳米结构层和第二纳米结构层，第一导电碳层位于第一铝膜层远离铜箔的表面上，第二导电碳层位于第二铝膜层远离铜箔的表面上。对比例10中正极集流体的总厚度与实施例6中正极集流体的总厚度相同。其余参数和步骤与实施例6均相同。
对上述各实施例和对比例中的正极集流体、正极片和锂离子电池进行相关测试，包括极片方向测试正极片的粘结力(正极集流体与活性物质层的粘结力)、正极片的接触电阻率，正极集流体的抗拉强度、正极集流体的润湿角、正极集流体辊压2000m断带次数，锂离子电池的倍率性能、容量衰减到80％的循环周次，采用的测试方法均为本领域常规测试方法，测试结果记录于表1中。
表1实施例1-6、对比例1-10的测试结果
需要说明的是，正极片的接触电阻率的大小可以反馈活性物质与集流体的接触电阻的大小，正极片的接触电阻率越大，活性物质与集流体的接触电阻越大。正极片的接触电阻率越小，表明集流体表面的粗糙度越大，活性物质与集流体的接触面积越大。3C放电容量与2C放电容量的比值可以体现出锂离子电池的倍率性能，3C放电容量与2C放电容量的比值越大，锂离子电池的倍率性能越好，在一定程度上也可以体现出正极集流体的导电性能。
通过实施例1-6和对比例1-10可知，与铝箔集流体相比，中间有铜箔的正极集流体的抗拉强度显著提高、辊压断带次数显著降低；在铝膜层表面生长纳米线、纳米球、方形体等，形成纳米结构层，可以至少在一定程度上降低集流体的润湿角，提高活性物质层与集流体之间的粘结力；另外，形成导电碳层可以进一步降低集流体的润湿角，提高活性物质层与集流体之间的粘结强度，并且，可以降低活性物质层与集流体的接触电阻。通过对比可知，利用本申请提出的集流体作为锂离子电池正极集流体，正极集流体的导电性较好，活性物质层与正极集流体的粘结力较大，在冷压或充放电过程中，活性物质层不易从集流体上脱落；利用本申请提出的集流体作为锂离子电池的正极集流体，可以显著提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，包括：
铜箔，所述铜箔具有第一表面和第二表面；
第一铝膜层，所述第一铝膜层位于所述铜箔的第一表面上；
第二铝膜层，所述第二铝膜层位于所述铜箔的第二表面上；
第一纳米结构层，所述第一纳米结构层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上；
第二纳米结构层，所述第二纳米结构层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，还包括：
第一导电碳层，所述第一导电碳层位于所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；
和/或，第二导电碳层，所述第二导电碳层位于所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。
3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述第一铝膜层的厚度和所述第二铝膜层的厚度各自独立地为200nm-10μm；
所述铜箔的厚度为100nm-20μm；
所述第一纳米结构层的厚度和所述第二纳米结构层的厚度各自独立地为50nm-5μm；
所述第一纳米结构层的材质和第二纳米结构层的材质各自独立地包括铝、金、银和镍中的至少之一；
所述第一纳米结构层的比表面积为1m2/g-500m2/g；
所述第二纳米结构层的比表面积为1m2/g-500m2/g；
所述第一纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；
所述第二纳米结构层包括纳米线、纳米球和方形体中的至少之一；
所述第一导电碳层的厚度和所述第二导电碳层的厚度各自独立地为100nm-10μm；
所述第一导电碳层和所述第二导电碳层各自独立地包括导电剂和粘结剂。
4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述纳米线的直径为10nm-1000nm；
所述纳米线的长度为1μm-100μm；
所述纳米球的直径为10nm-1000nm；
所述方形体的边长为10nm-1000nm；
所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少之一；
所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚乙烯亚胺和聚四氟乙烯中的至少之一；
基于所述第一导电碳层的总质量，所述第一导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％-80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％-90wt％；
基于所述第二导电碳层的总质量，所述第二导电碳层中，所述导电剂的质量含量为10wt％-80wt％，所述粘结剂的质量含量为20wt％-90wt％。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述的集流体的方法，其特征在于，包括：
提供铜箔；
在所述铜箔的第一表面上形成第一铝膜层，在所述铜箔的第二表面上形成第二铝膜层；
在所述第一铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上形成第一纳米结构层，在所述第二铝膜层远离所述铜箔的至少部分表面上形成第二纳米结构层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一铝膜层远离所述铜箔的一侧形成第一导电碳层，所述第一导电碳层覆盖所述第一纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第一铝膜层的部分表面；
和/或，在所述第二铝膜层远离所述铜箔的一侧形成第二导电碳层，所述第二导电碳层覆盖所述第二纳米结构层远离所述铜箔的至少部分表面以及所述第二铝膜层的部分表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一铝膜层和/或所述第二铝膜层是通过物理气相沉积或化学气相沉积形成的；
和/或，所述第一纳米结构层和/或第二纳米结构层是通过水热法、电化学沉积、电镀或磁控溅射形成的。
8.一种电池，其特征在于，包括正极片、负极片和电解质，所述正极片的集流体为权利要求1-4中任一项所述的集流体或者利用权利要求5-7中任一项所述的方法制备得到的集流体。
9.一种电池包，其特征在于，包括多个权利要求8所述的电池。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的电池包。
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