本發(fā)明涉及充電電池領(lǐng)域，特別是涉及一種用于鋰離子電池的多孔雙極集流體及其制備方法、電極及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池(lithium-ionbattery，lib)是便攜式電子設(shè)備最成功的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛使用。然而，為了滿(mǎn)足對(duì)電動(dòng)汽車(chē)(ev)的需求，必須進(jìn)一步提高lib的實(shí)際能量密度。鋰離子電池一般包括：活性材料、隔膜、電解質(zhì)及集流體等。鋰離子電池的負(fù)極集流體一般用銅箔，正極集流體一般用鋁箔。然而，集流體的非活性組件(例如，cu和al箔)占據(jù)鋰離子電池總重量的10-25wt％的自重，而對(duì)lib的電池容量沒(méi)有貢獻(xiàn)。同時(shí)傳統(tǒng)的集流體，如包括cu和al在內(nèi)的固體金屬箔，缺乏孔隙度，并且對(duì)電解質(zhì)不滲透。因此，傳統(tǒng)集流體結(jié)構(gòu)的不可滲透性阻礙了鋰離子輸運(yùn)，限制了鋰在電極之間的輸運(yùn)僅為單側(cè)。而減小鋰離子的擴(kuò)散路徑是改善倍率性能的重要策略。

2、由于一般金屬箔的軋制表面比較平滑，涂覆活性材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，如浸潤(rùn)性差、結(jié)合不緊密、結(jié)合強(qiáng)度小、結(jié)合面積小、不容易粘附等，從而導(dǎo)致活性材料與集流體之間界面電阻大，容易脫落。以上問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，如界面電阻大導(dǎo)致極化嚴(yán)重，影響活性材料的儲(chǔ)鋰能力、倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性能等，從而難以滿(mǎn)足目前對(duì)于高倍率、高能量密度及長(zhǎng)循環(huán)壽命的需求。因此，改善集流體的表面狀態(tài)和性質(zhì)，對(duì)于提高活性材料與集流體的相容性、提高結(jié)合強(qiáng)度、增大結(jié)合面積，進(jìn)而提高電池性能具有重要意義。

3、需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于對(duì)本申請(qǐng)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于鋰離子電池的多孔雙極集流體及其制備方法、電極及鋰離子電池。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提供一種用于鋰離子電池的多孔雙極集流體，所述多孔雙極集流體是三維多孔結(jié)構(gòu)，包括多孔聚合物層、多孔正極金屬層和多孔負(fù)極金屬層，其中，所述多孔正極金屬層附著在所述多孔聚合物層的一側(cè)，所述多孔負(fù)極金屬層附著在所述多孔聚合物層的另一側(cè)，且所述多孔正極金屬層和所述負(fù)極金屬層之間未接觸。

4、第二方面，還提供一種第一方面所述的多孔雙極集流體的制備方法，其包括如下步驟：

5、(1)將多孔聚合物清洗干凈；

6、(2)在所述多孔聚合物的一側(cè)沉積一層均勻的多孔正極金屬層；

7、(3)在所述多孔聚合物的另一側(cè)沉積一層均勻的多孔負(fù)極金屬層。

8、第三方面，提供一種用于鋰離子電池的電極，其包括正極活性材料、負(fù)極活性材料和第一方面所述的孔雙極集流體，所述正極活性材料設(shè)置在所述多孔雙極集流體的所述多孔正極金屬層上，所述負(fù)極活性材料設(shè)置在所述多孔雙極集流體的所述多孔負(fù)極金屬層上。

9、第四方面，提供一種鋰離子電池，其包括第三方面所述的電極。

10、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：本發(fā)明提供一種多孔雙極集流體，其具有：重量輕，與電極材料的附著力大，減小內(nèi)阻，具有良好的電液浸潤(rùn)性和提供雙向離子通道等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于鋰離子電池后，電池的庫(kù)倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能佳。

技術(shù)特征：

1.一種用于鋰離子電池的多孔雙極集流體，其特征在于，所述多孔雙極集流體是三維多孔結(jié)構(gòu)，包括多孔聚合物層、多孔正極金屬層和多孔負(fù)極金屬層，其中，所述多孔正極金屬層附著在所述多孔聚合物層的一側(cè)，所述多孔負(fù)極金屬層附著在所述多孔聚合物層的另一側(cè)，且所述多孔正極金屬層和所述負(fù)極金屬層之間未接觸。

2.如權(quán)利要求1所述的多孔雙極集流體，其特征在于，所述多孔聚合物層的孔徑為0.2～10μm，孔隙率為40％～90％；所述多孔正極金屬層的孔徑是0.1～9μm；所述多孔負(fù)極金屬層的孔徑是0.1～9μm。

3.如權(quán)利要求1所述的多孔雙極集流體，其特征在于，所述多孔聚合物層的厚度為10～100μm；所述多孔正極金屬層的厚度為0.1～5μm；所述多孔負(fù)極金屬層的厚度為0.1～5μm。

4.如權(quán)利要求1所述的多孔雙極集流體，其特征在于，所述多孔聚合物層的聚合物本身為三維多孔結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選自聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚碳酸酯、鄰苯基苯酚膜(opp膜)、雙向拉伸聚丙烯薄膜(bopp)、流延聚丙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯復(fù)合材料、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亞胺、環(huán)狀聚烯烴、聚苯硫醚(pps)、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚亞甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚萘二甲酸亞乙酯、聚碳酸亞丙酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有機(jī)硅、維尼綸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯聚砜及其衍生物以及固態(tài)電解質(zhì)中的至少一種。

5.如權(quán)利要求1所述的多孔雙極集流體，其特征在于，所述正極金屬層的材質(zhì)選自ni、ti、ag、au、pt、co、cr、w、mo、al、mg、ba、ge、sb、in和zn中的至少一種，所述負(fù)極金屬層的材質(zhì)選自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、ba、si、ge、sb、in和zn中的至少一種。

6.一種權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的多孔雙極集流體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的多孔雙極集流體的制備方法，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)中的所述沉積的方法各自獨(dú)立地為蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積和化學(xué)鍍中的至少一種。

8.如權(quán)利要求7所述的多孔雙極集流體的制備方法，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)中的所述沉積的方法為磁控濺射，所述磁控濺射采用直流濺射，參數(shù)設(shè)置為：濺射氣壓0.1～100pa，濺射功率50～200w，濺射時(shí)間7～40min。

9.一種用于鋰離子電池的電極，其特征在于，包括正極活性材料、負(fù)極活性材料和權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的孔雙極集流體，所述正極活性材料設(shè)置在所述多孔雙極集流體的所述多孔正極金屬層上，所述負(fù)極活性材料設(shè)置在所述多孔雙極集流體的所述多孔負(fù)極金屬層上。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鋰離子電池的多孔雙極集流體及其制備方法、電極及鋰離子電池。所述多孔雙極集流體是三維多孔結(jié)構(gòu)，包括多孔聚合物層、多孔正極金屬層和多孔負(fù)極金屬層，其中，所述多孔正極金屬層附著在所述多孔聚合物層的一側(cè)，所述多孔負(fù)極金屬層附著在所述多孔聚合物層的另一側(cè)，且所述多孔正極金屬層和所述負(fù)極金屬層之間未接觸。本發(fā)明的多孔雙極集流體具有：重量輕，與電極材料的附著力大，減小內(nèi)阻，具有良好的電液浸潤(rùn)性和提供雙向離子通道等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于鋰離子電池后，電池的庫(kù)倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能佳。

技術(shù)研發(fā)人員：武俊偉,張蕾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28