本發(fā)明屬于電池，涉及一種復(fù)合集流體及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種用于鋰離子電池的復(fù)合集流體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池（lib）由于使用壽命長(zhǎng)、能效高等優(yōu)點(diǎn)，已成為便攜式電子設(shè)備、便攜式設(shè)備電源和能量存儲(chǔ)的主導(dǎo)技術(shù)。十年來(lái)，各領(lǐng)域的快速發(fā)展對(duì)lib提出了更高的要求，特別是更高的能量密度和更好的安全性。在傳統(tǒng)的lib結(jié)構(gòu)中，銅箔（ρ=8.96g/cm3）或鋁箔等純金屬集流體通常分別用于支撐負(fù)極和正極的活性材料。然而，它們的質(zhì)量總和約占lib總重量的15%以上，卻對(duì)容量沒(méi)有任何貢獻(xiàn)，這大大阻礙了lib的整體能量密度的提高。

2、為滿(mǎn)足高能量密度，鋰離子電池中的所有電池組件(包括電化學(xué)非活性組件)已經(jīng)趨于極限。例如：在集電器中將銅箔的厚度為20μm和鋁箔的厚度為18μm減少到銅箔的厚度為6~10μm和鋁箔的厚度為10~15μm。如cn215869466u公開(kāi)了一種超薄柔韌性的電池集流體，包括有基材層、位于基材層上表面的第一金屬層、以及位于基材層下表面的第二金屬層；在基材層上設(shè)有貫穿基材層的通道，在通道內(nèi)部設(shè)有用于使第一金屬層與第二金屬層之間電性連接導(dǎo)通的導(dǎo)電層。通過(guò)基材層上設(shè)置兩層相互導(dǎo)通的金屬層，可以使電池集流體的厚度達(dá)到6μm以下，不易斷裂，在應(yīng)用時(shí)，由于厚度薄，重量被減輕了，也解決在許多要求下重量無(wú)法減輕的問(wèn)題，由于厚度薄增加了特定條件下的可涂布即增加鍍層的空間。在電池集流體的金屬層在6μm以上時(shí)，由于夾在兩個(gè)金屬層基材層的存在，拉伸力顯得更好，安全性能更高，避免了針刺以及短路的問(wèn)題。上述文獻(xiàn)的技術(shù)案中的電池集流體較之現(xiàn)有的銅箔層結(jié)構(gòu)，還具有抗擠壓和過(guò)充方面的優(yōu)勢(shì)。上述文獻(xiàn)提供的技術(shù)方案降低了材料成本，提高了電池的能量密度，但進(jìn)一步降低集電器的厚度在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性(尤其是在卷裝生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的表面光潔度和均勻性)，并使電池組裝和操作的處理復(fù)雜化。因此，如何進(jìn)一步降低集流體的質(zhì)量成為未來(lái)優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)。

3、此外，隨著鋰離子電池在不同領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，其表現(xiàn)出的安全隱患問(wèn)題也逐漸成為人們討論的焦點(diǎn)。如負(fù)極析出鋰枝晶、隔膜收縮或熔化等情況，極易造成電池短路，產(chǎn)生大量熱。通常而言，當(dāng)電池內(nèi)部溫度在90℃左右時(shí)，電極表面sei膜開(kāi)始分解，電池?zé)崾Э赜|發(fā)條件開(kāi)始成立。隨著一系列鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)的發(fā)生，電池內(nèi)部升溫速率呈指數(shù)增加，溫度會(huì)迅速接近易燃電解質(zhì)的燃點(diǎn)，從而引發(fā)電池的燃燒和爆炸。因此，防止鋰離子電池?zé)崾Э?，建立電池安全防控系統(tǒng)，是未來(lái)進(jìn)一步升級(jí)優(yōu)化鋰離子電池的重要前提。

4、因此，設(shè)計(jì)一種技術(shù)方案來(lái)解決電池的能量密度和安全性的問(wèn)題，從而提升電池的性能，是目前所急需的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合集流體及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的復(fù)合集流體，導(dǎo)電性得到了提升，促進(jìn)了li+的均勻沉積，避免了鋰枝晶的存在，具有更加輕量化設(shè)計(jì)，使得電池的能量密度得到了提升，同時(shí)還防止了電芯熱失控時(shí)熱量的上升，并阻止熱擴(kuò)散，提升了電池的安全形成；此外，還改善了焊接問(wèn)題，具有實(shí)際應(yīng)用的便捷性的優(yōu)勢(shì)。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合集流體，所述復(fù)合集流體包括：

4、多孔金屬中間層；

5、多孔聚合物層，所述多孔聚合物層分別位于所述多孔金屬中間層的兩側(cè)表面；

6、所述多孔聚合物層的孔洞中填充有金屬顆粒。

7、需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的多孔金屬中間層和多孔聚合物層中的孔洞結(jié)構(gòu)均沿膜層的厚度方向設(shè)置。

8、本發(fā)明提供的復(fù)合集流體，采用兩層聚合物中間為金屬層的結(jié)構(gòu)，極大地降低了集流體的重量，可以顯著提升電芯的質(zhì)量能量密度，且具有優(yōu)異機(jī)械柔韌性，不容易發(fā)生斷裂，能更好地避免電池的短路情況發(fā)生，降低熱失控發(fā)生概率；聚合物層和金屬層均為多孔結(jié)構(gòu)，填充于多孔聚合物層中的金屬顆粒與多孔金屬中間層相互接觸，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合集流體正反兩面的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連通，無(wú)需額外的進(jìn)行極耳焊接，具有實(shí)際應(yīng)用的便捷性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還改善了因聚合物層存在而帶來(lái)的導(dǎo)電性差的問(wèn)題；并且促進(jìn)了li+的均勻沉積，避免了鋰枝晶的存在。

9、以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò)以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。

10、優(yōu)選地，所述多孔金屬中間層的金屬材料包括銅、金或銀中的任意一種或至少兩種的組合。

11、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層中的聚合物的重均分子量為10000~30000。

12、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層中的聚合物包括聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的任意一種或至少兩種的組合。

13、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層中的孔徑大小為5~20μm。

14、優(yōu)選地，以垂直于所述多孔聚合物層的厚度方向?yàn)樗椒较颍噜彽乃龆嗫拙酆衔飳又械目锥丛谕凰鏊椒较蛏系目锥粗行木酁?00~5000μm。

15、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層的厚度t1與所述多孔金屬層的厚度t2滿(mǎn)足：2μm≤t1+t2≤12μm。

16、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層的厚度t1與所述多孔金屬層的厚度t2滿(mǎn)足：1/2≤t1/(t1+t2)≤10/12。

17、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層與所述多孔金屬層之間還通過(guò)所述多孔聚合物層的所述孔洞中的所述金屬顆粒連接。

18、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層遠(yuǎn)離所述多孔金屬層一側(cè)的表面修飾有第一親鋰性聚合物；所述第一親鋰性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一種或至少兩種的組合。

19、優(yōu)選地，所述多孔聚合物層遠(yuǎn)離所述多孔金屬層一側(cè)的表面還修飾有第二親鋰性聚合物，所述第二親鋰性聚合物與所述第一親鋰性聚合物接枝連接；所述第二親鋰性聚合物包括聚多巴胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的任意一種或至少兩種的組合。

20、第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的復(fù)合集流體的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

21、于多孔金屬中間層兩側(cè)表面復(fù)合多孔聚合物層，然后在多孔聚合物層的孔洞中填充金屬顆粒，得到所述復(fù)合集流體。

22、優(yōu)選地，所述于多孔金屬中間層兩側(cè)表面復(fù)合多孔聚合物層的方法包括：于所述多孔金屬中間層兩側(cè)表面設(shè)置不含孔的聚合物層，對(duì)所述不含孔的聚合物層進(jìn)行造孔處理，得到所述多孔聚合物層。

23、優(yōu)選地，對(duì)所述不含孔的聚合物層中遠(yuǎn)離所述多孔金屬中間層的一側(cè)表面進(jìn)行第一親鋰性聚合物的原位聚合。

24、優(yōu)選地，所述第一親鋰性聚合物原位聚合后，在所述第一親鋰性聚合物的表面接枝第二親鋰性聚合物。

25、第三方面，本發(fā)明還提供一種電池，所述電池包括如第一方面所述的復(fù)合集流體或如第二方面所述的制備方法制備得到的復(fù)合集流體。

26、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、本發(fā)明中，多孔聚合物層、多孔金屬層和金屬顆粒以及特定的結(jié)構(gòu)協(xié)同配合；多孔聚合物層位于多孔金屬中間層的兩側(cè)，使得復(fù)合集流體具有優(yōu)異機(jī)械柔韌性，不容易發(fā)生斷裂，能更好地避免電池的短路情況發(fā)生，降低了熱失控的發(fā)生概率，且極大地降低了集流體重量，聚合物的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬箔材的密度，從而可以顯著提升電芯的質(zhì)量能量密度；金屬顆粒協(xié)同配合填充于多孔聚合物層中，其與多孔金屬中間層相接觸，可以改善因聚合物層存在而帶來(lái)的導(dǎo)電性差的問(wèn)題，還起到了均衡電流密度，促進(jìn)電子快速傳輸?shù)淖饔?，同時(shí)，金屬顆粒與多孔金屬中間層實(shí)現(xiàn)了復(fù)合集流體正反兩面的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通，因而無(wú)需進(jìn)行極耳部位的極耳焊接，避免了集流體的焊接問(wèn)題的出現(xiàn)；且本發(fā)明提供的復(fù)合集流體結(jié)構(gòu)還促進(jìn)下了li+的均勻沉積。