CN220121887U - 一种复合集流体及电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种复合集流体，包括箔材、聚多巴胺层和导电修饰层，箔材与导电修饰层之间设有聚多巴胺层，且导电修饰层的背向箔材的表面也设有聚多巴胺层；导电修饰层的孔隙率为20～40％。该复合集流体通过对结构进行优化，设置有导电修饰层和聚多巴胺层，一方面，导电修饰层能够提高电极整体的导电性；另一方面，利用聚多巴胺层修饰箔材，能够改善箔材与电极活性物质之间的接触效果，同时通过对导电修饰层的孔隙率进行合理设置，使具有一定孔隙率的多孔导电修饰层与聚多巴胺层发挥协同作用，使电解液能够从极片的底部快速浸润，提高电解液浸润效率，改善电解液的分布，从而使由此制得的电极内阻降低、导电性能提高。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种复合集流体及电池。
背景技术
近年来，我国新能源汽车产业快速发展，新能源汽车产业的发展带动了动力电池产业发展，电池产业结构作为新能源汽车产业结构链中最为关键的环节之一，是制约产业化进程的关键因素，决定着新能源整车的续航、安全等问题。锂离子电池因具有能量密度大、电压高、循环寿命长、稳定性高、自放电率小和无污染等优势成为了当今社会主流的储能与动力设备，推动了新能源车市场的发展。锂离子电池通过在正负极之间嵌入脱出的定向移动，实现了电池的化学能和电能之间的相互转换。锂离子电池主要由正极极片、负极极片、隔膜和电解液构成。电池的整体性能与各个组成密切相关。电池电极是电池的重要组成部分，其结构对电池的电化学性能和安全性能有重要影响。锂离子电池电极由活性颗粒、导电剂和粘结剂按照一定比例与溶剂均匀混合成浆料，涂覆在集流体上，然后通过干燥辊压制备而成。
在锂离子电池中，集流体一般指电池正负极用于附着活性物质的基体金属，它通过接触活性物质，进而使电流汇聚并输出。集流体既用于吸附活性物质，又作为导体汇聚产生的电流，提升充放电效率。集流体是锂离子电池中电极的必备成分，正极用铝箔，负极用铜箔，箔材起着传输电子电流与导热的作用。而集流体金属箔材与活性物质之间的接触情况以及对电解液的浸润效果深刻地影响着电池性能。然而常规集流体金属箔材的缺点在于：普通箔材对改善电解液浸润与分布没有任何效果；且活性物质通常为水系，将水系活性物质浆料涂布于箔材表面，浆料在集流体表面的浸润效果一般，分散性不佳。关于通过集流体改善电解液浸润与分布的方法，大多通过在基底上涂覆粘结吸液层得到，然而粘结吸液层为水系，而负极浆料通常同样为水系，涂布过程容易溶解并破坏粘结吸液层。
因此，通过对集流体表面进行结构设计，以解决上述存在的问题成为了本领域重要的研究方向。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种复合集流体，包括箔材、聚多巴胺层和导电修饰层，箔材与导电修饰层之间设有聚多巴胺层，且导电修饰层的背向箔材的表面也设有聚多巴胺层，以解决现有集流体箔材存在的与活性物质之间的接触效果不佳以及对电解液的浸润效果和分布效果一般的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供一种复合集流体，集流体包括箔材、聚多巴胺层和导电修饰层，箔材与导电修饰层之间设有聚多巴胺层，且导电修饰层的背向箔材的表面也设有聚多巴胺层；导电修饰层的孔隙率为20～40％。本实用新型提供的复合集流体，通过对结构进行优化，设置有导电修饰层和聚多巴胺层，一方面，导电修饰层能够提高电极整体的导电性；另一方面，利用聚多巴胺层修饰箔材，能够使电极活性物质均匀地浸润在集流体上，有利于改善活性物质在集流体上的分散性能和涂布效果，且本实用新型提供的复合集流体不具有水溶性，因而将由水性物料制备得到负极活性涂层涂覆于复合集流体上不会对集流体造成破坏；同时，本实用新型提供的复合集流体能够提升电解液对于极片的注液效果和浸润效果，从而使由此制得的电极内阻降低、导电性能提高。且本实用新型通过对导电修饰层的孔隙率进行合理设置，使具有一定孔隙率的多孔导电修饰层与聚多巴胺层发挥协同作用，进一步使电解液能够从极片的底部快速浸润，提高电解液浸润效率，改善电解液的分布。
优选地，导电修饰层的孔隙率为20～25％。例如，导电修饰层的孔隙率为20％、21％、22％、23％、24％或25％等。
优选地，导电修饰层的厚度为0.5μm～3.5μm。例如，导电修饰层的厚度为0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm或3.5μm等。
优选地，导电修饰层中包括导电颗粒，导电颗粒包括碳纳米管、导电炭黑、石墨烯。
优选地，箔材的上下表面均设有导电修饰层。
优选地，导电修饰层的厚度：聚多巴胺层的厚度＝0.5～35:1。例如，导电修饰层的厚度：聚多巴胺层的厚度＝0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5：1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1或35:1等。本实用新型通过合理设置导电修饰层与聚多巴胺层的厚度比例，使由此制得的复合集流体能够与电解液充分浸润，从而提高其浸润效率，进一步提升电池整体的导电性能、降低电池内阻。
优选地，聚多巴胺层的厚度≤1μm。例如，聚多巴胺层的厚度为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm等。
优选地，箔材为铜箔。本实用新型提供的复合集流体能够针对性解决普通铜箔的浸润效果一般的问题，使电解液能够从极片底部快速浸润，提高电解液浸润效率，改善电解液的分布。
优选地，箔材的厚度：聚多巴胺层的厚度＝6～100：1。例如，箔材的厚度：聚多巴胺层的厚度＝6:1、8:1、10:1、12：1、14：1、16:1、18:1、20:1、40:1、60：1、80:1或100:1等。本实用新型通过合理设置箔材与聚多巴胺层的厚度比例，使由此制得的复合集流体能够与电解液充分浸润，从而提高浸润效率，进一步提升电池整体的导电性能、降低电池内阻。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种电池，包括正极片和负极片，正极片包括正极集流体，负极片包括负极集流体，正极集流体和/或负极集流体为上述复合集流体。
优选地，负极片还包括设置在负极集流体的表面的负极活性涂层，负极活性涂层为由水性物料制备得到，负极集流体为上述复合集流体。
附图说明
图1为实施例1～12制得的复合集流体的结构示意图；
图2为对比例1制得的复合集流体的结构示意图；
图3为对比例2制得的复合集流体的结构示意图；
图4为对比例3制得的复合集流体的结构示意图。
上述附图中，技术特征与附图标记的对应关系为：1铜箔、2导电修饰层、3聚多巴胺层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型提供的技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种复合集流体，其制备方法包括以下步骤：
(1)在8μm铜箔表面涂覆导电浆料，形成覆有导电修饰层的铜箔，导电浆料包括碳纳米管、聚偏二氟乙烯(PVDF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，其中导电修饰层的孔隙率为24.7％。
(2)将上述步骤(1)得到的覆有导电修饰层的铜箔浸泡在多巴胺溶液中24h，其中多巴胺溶液为多巴胺浓度为2g/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液，然后用0.1mol/L的盐酸溶液调节溶液体系pH至8.5，使多巴胺自发完成聚合包覆形成聚多巴胺层，取出后进行干燥处理，由此制得结构如图1所示的复合集流体，其结构在厚度方向上依次包括聚多巴胺层3、导电修饰层2、聚多巴胺层3、铜箔1、聚多巴胺层3、导电修饰层2、聚多巴胺层3。其中，导电修饰层的厚度为2.5μm；聚多巴胺层的厚度为0.5μm。
实施例2
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的孔隙率，使本实施例制得的导电修饰层的孔隙率为22.5％。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例3
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的孔隙率，使本实施例制得的导电修饰层的孔隙率为27.5％。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例4
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的厚度，使本实施例制得的导电修饰层的厚度为0.5μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例5
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的厚度，使本实施例制得的导电修饰层的厚度为3.5μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例6
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的厚度，使本实施例制得的导电修饰层的厚度为4μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例7
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的厚度，使本实施例制得的导电修饰层的厚度为4.5μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例8
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中调整铜箔在多巴胺溶液中的浸泡时间，使本实施例制得的聚多巴胺层的厚度为1μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例9
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中调整铜箔在多巴胺溶液中的浸泡时间，使本实施例制得的聚多巴胺层的厚度为1.5μm。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例10
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，将实施例1步骤(1)中所采用的8μm铜箔替换为6μm铜箔。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例11
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，将实施例1步骤(1)中所采用的8μm铜箔替换为10μm铜箔。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
实施例12
本实施例参照实施例1制备复合集流体，本实施例与实施例1构成区别的是：本实施例在制备复合集流体的过程中，将实施例1步骤(1)中所采用的8μm铜箔替换为12μm铜箔。除了上述区别以外，本实施例所采用的物料以及工艺操作与实施例1严格保持一致。
对比例1
本对比例提供一种复合集流体，其制备方法包括以下步骤：在铜箔表面涂覆导电浆料，导电浆料包括碳纳米管、PVDF和DMF，形成覆有导电修饰层的铜箔。
本对比例制得结构如图2所示的复合集流体，其结构在厚度方向上依次包括导电修饰层2、铜箔1、导电修饰层2。
对比例2
本对比例提供一种复合集流体，其制备方法包括以下步骤：将铜箔浸泡在多巴胺溶液中24h，其中多巴胺溶液为多巴胺浓度为2g/L的Tris-HCl缓冲溶液，然后用0.1mol/L的盐酸溶液调节溶液体系pH至8.5，使多巴胺自发完成聚合包覆形成聚多巴胺层，取出后进行干燥处理，由此制得复合集流体。
本对比例制得结构如图3所示的复合集流体，其结构在厚度方向上依次包括聚多巴胺层3、铜箔1、聚多巴胺层3。
对比例3
本对比例提供一种复合集流体，其制备方法包括以下步骤：
(1)将铜箔浸泡在多巴胺溶液中24h后，其中多巴胺溶液为多巴胺浓度为2g/L的Tris-HCl缓冲溶液，然后用0.1mol/L的盐酸溶液调节溶液体系pH至8.5，取出后用去离子水洗涤并进行干燥处理，制得预处理铜箔；
(2)在上述预处理铜箔表面涂覆导电浆料，导电浆料包括碳纳米管、PVDF，和DMF。烘干后制得本对比例的复合集流体。
本对比例制得结构如图4所示的复合集流体，其结构在厚度方向上依次包括导电修饰层2、聚多巴胺层3、铜箔1、聚多巴胺层3、导电修饰层2。
对比例4
本对比例提供一种集流体，为普通平面铜箔。
对比例5
本对比例提供一种复合集流体，其制备方法包括以下步骤：
(1)在铜箔表面涂覆导电浆料，形成覆有导电修饰层的铜箔，导电浆料包括碳纳米管、PVDF和DMF，导电修饰层的孔隙率为18％。
(2)将上述步骤(1)得到的覆有导电修饰层的铜箔浸泡在多巴胺溶液中24h，其中多巴胺溶液为多巴胺浓度为2g/L的Tris-HCl缓冲溶液，然后用0.1mol/L的盐酸溶液调节溶液体系pH至8.5，使多巴胺自发完成聚合包覆形成聚多巴胺层，取出后进行干燥处理。
本对比例制得结构如图1所示的复合集流体，其结构在厚度方向上依次包括聚多巴胺层3、导电修饰层2、聚多巴胺层3、铜箔1、聚多巴胺层3、导电修饰层2、聚多巴胺层3，其中导电修饰层的孔隙率为18％。
对比例6
本对比例参照对比例5制备复合集流体，本对比例与对比例5构成区别的是：本对比例在制备复合集流体的过程中，改变导电修饰层的孔隙率，使本对比例制得的导电修饰层的孔隙率为45％。除了上述区别以外，本对比例所采用的物料以及工艺操作与对比例5严格保持一致。
测试例
1.参试对象
将负极浆料石墨涂覆在实施例1～12和对比例1～6得到的复合集流体上，制成负极片，以三元正极材料镍钴锰酸锂制作正极片，然后用上述极片制成电池进行测试。
2.测试项目
(1)交流内阻：利用电压内阻仪进行测试；
(2)直流内阻：将电池充满电后，以2C放电10s，分别记录放电前后电池电压U1、U2，放电电流I，按照直流内阻R＝U1-U2/I计算直流内阻。
3.测试结果
表1实施例1～12和对比例1～6复合集流体的性能测试结果
由实施例1～12和对比例1～6的复合集流体制得的电池的各项性能测试结果如表1所示。由表1可知，与对比例1～4相比，本实用新型提供的复合集流体通过对结构进行优化，包括箔材、聚多巴胺层和导电修饰层，箔材与导电修饰层之间设有聚多巴胺层，且导电修饰层的背向箔材的表面也设有聚多巴胺层；进一步提高了集流体的导电性，降低了电池的内阻。与对比例5、6相比，本实用新型提供的复合集流体通过将导电修饰层的孔隙率合理设置为20～40％，使具有一定孔隙率的多孔导电修饰层与聚多巴胺层发挥协同作用，使电解液能够从极片的底部快速浸润，提高电解液浸润效率，改善电解液的分布，从而使由此制得的电极内阻降低、导电性能提高。由此说明，本实用新型通过对集流体的结构和导电修饰层的孔隙率进行合理设置，增强了集流体与电极活性物质之间的接触效果和对电解液的浸润效果，使电池的内阻明显降低，导电性能得到明显改善。
将实施例1～3对应的性能测试结果进行比对，由表1可知，在制备电池的其他物料和操作相同的条件下，实施例3中导电修饰层的孔隙率超过了20～25％范围，实施例1、2中导电修饰层的孔隙率设置在20～25％范围内，较由实施例1、2制得的电池而言，由实施例3得到的电池的内阻较高、导电性能较差。将实施例4～7对应的性能测试结果进行比对，由表1可知，在制备电池的其他物料和操作相同的条件下，实施例6、7中导电修饰层的厚度没有满足0.5μm～3.5μm，实施例1、4、5中导电修饰层厚度满足0.5μm～3.5μm，测试结果显示，由实施例6、7得到的电池的内阻略高于由实施例1、4、5制得的电池。将实施例8～9对应的性能测试结果进行比对，由表1可知，在制备电池的其他物料和操作相同的条件下，实施例9中聚多巴胺层的厚度大于1μm，实施例1、8中聚多巴胺层的厚度≤1μm，测试结果显示，由实施例9制得的电池的内阻略高于实施例1、8制得的电池。由此说明，相对于实施例2～12，实施例1通过对导电修饰层的孔隙率和复合集流体结构的厚度进行合理设置，使电解液能够从极片的底部快速浸润，提高电解液浸润效率和分布效果，进而使制得的电池具有优异的导电性能。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合集流体，其特征在于：所述集流体包括箔材、聚多巴胺层和导电修饰层，所述箔材与所述导电修饰层之间设有所述聚多巴胺层，且所述导电修饰层的背向所述箔材的表面也设有所述聚多巴胺层；
所述导电修饰层的孔隙率为20～40％。
2.如权利要求1所述复合集流体，其特征在于：所述导电修饰层的孔隙率为20～25％。
3.如权利要求1所述复合集流体，其特征在于：所述导电修饰层的厚度为0.5μm～3.5μm。
4.如权利要求1所述复合集流体，其特征在于：所述箔材的上下表面均设有所述导电修饰层。
5.如权利要求1或3所述复合集流体，其特征在于：所述导电修饰层的厚度：所述聚多巴胺层的厚度＝0.5～35:1。
6.如权利要求5所述复合集流体，其特征在于：所述聚多巴胺层的厚度≤1μm。
7.如权利要求1所述复合集流体，其特征在于：所述箔材为铜箔。
8.如权利要求1或7所述复合集流体，其特征在于：所述箔材的厚度：所述聚多巴胺层的厚度＝6～100：1。
9.一种电池，其特征在于：所述电池包括正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体，所述负极片包括负极集流体，所述正极集流体和/或所述负极集流体为如权利要求1～8任一项所述复合集流体。
10.如权利要求9所述电池，其特征在于：所述负极片还包括设置在所述负极集流体的表面的负极活性涂层，所述负极活性涂层由水性物料制备得到。
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| CN202320555547.2U CN220121887U (zh) | 2023-03-16 | 2023-03-16 | 一种复合集流体及电池 |
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Family Applications (1)
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