双极性集流体及其制备方法和双极性电极及锂电池与流程

1.本发明涉及集流体技术领域，具体地涉及一种双极性集流体及其制备方法和双极性电极及锂电池。


背景技术：

2.双极性集流体指的是在聚合物薄膜的一个表面上沉积有正极金属层，另一个表面上沉积有负极金属层的复合材料。目前，双极性集流体中的正极金属层一般为铝，负极金属层一般为铜，但是这种双极性集流体普遍存在体积比能量低，延展性差，面密度大等缺陷。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有双极性集流体中存在的体积比能量低、延展性差、面密度大等问题，提供一种双极性集流体及其制备方法和双极性电极及锂电池。
4.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种双极性集流体，所述集流体包括正极金属层和负极金属层，以及设置在所述正极金属层和负极金属层之间的基材；其中，所述正极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种，所述负极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种。
5.本发明的第二方面提供了一种本发明第一方面所述的双极性集流体的制备方法，所述方法包括：在基材的两个表面上分别沉积正极金属层和负极金属层；其中，所述沉积的方法选自蒸镀、溅射、化学气相沉积和化学镀中的一种或多种。
6.本发明的第三方面提供了一种双极性电极，所述双极性电极包括正极活性物质、负极活性物质和本发明第一方面所述的双极性集流体；其中，所述正极活性物质设置在所述双极性集流体的正极金属层上，所述负极活性物质设置在所述双极性集流体的负极金属层上。
7.本发明的第四方面提供了一种锂电池，所述锂电池包括本发明第三方面所述的双极性电极。
8.本发明中提供的双极性集流体，导电率高、延展性好、面密度低，可以显著提升锂电池的有效能量体积比。本发明中提供的双极性集流体的制备方法，制备工艺简单，制备效率高，加工难度低，适合工业化推广。
附图说明
9.图1是本发明的一种优选的实施方式中的双极性集流体的结构示意图。
10.附图标记说明
11.1，正极金属层；2，负极金属层；3，基材。
具体实施方式
12.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
13.本发明的第一方面提供了一种双极性集流体，所述集流体包括正极金属层和负极金属层，以及设置在所述正极金属层和负极金属层之间的基材；其中，所述正极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种，所述负极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种。
14.其中，本发明中提供的双极性集流体的结构如图1所示，图1中的1为正极金属层，2为负极金属层，3为基材。在本发明中，当正极金属层和负极金属层的材质为多种时，多种材质可以分布在一层中，也可以以材质种类为划分，层层设置。也即每一种材质为一层，不同材质层叠设置。
15.在一个优选的实施方式中，所述基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、邻苯基苯酚膜(opp膜)、流延聚丙烯、聚酰亚胺聚氯乙烯复合材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯以及聚砜及其衍生物中的一种或多种。
16.在一个优选的实施方式中，所述基材的厚度为4-8μm，例如基材的厚度可以是4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm，以及两点之间的任意数值。
17.在一个优选的实施方式中，所述正极金属层的厚度为0.2-2μm，例如正极金属层的厚度可以是0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.6μm、1.8m、2μmm，以及两点之间的任意数值。
18.在一个优选的实施方式中，所述负极金属层的厚度为0.1-2μm，例如负极金属层的厚度可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.6μm、1.8m、2μmm，以及两点之间的任意数值。
19.在一个优选的实施方式中，所述正极金属层和负极金属层的总厚度为0.3-4μm，例如正极金属层和负极金属层的总厚度可以是0.3μm、0.5μm、0.7μm、0.8μm、1μm、1.5μm、1.8μm、2μm、2.5μm、2.8μm、3μm、3.5μm、3.8μm、4μm，以及两点之间的任意数值。
20.在一个优选的实施方式中，所述双极性集流体的体积比能量高、导电率高、延展性好、面密度低。
21.本发明的第二方面提供了一种本发明第一方面所述的双极性集流体的制备方法，所述方法包括：在基材的两个表面上分别沉积正极金属层和负极金属层；其中，所述沉积的方法选自蒸镀、溅射、化学气相沉积和化学镀中的一种或多种。
22.其中，本发明中的蒸镀、溅射、化学气相沉积和化学镀为本领域的公知方法，凡是本领域可用的蒸镀、溅射、化学气相沉积和化学镀操作方法，均可用在本发明中，本发明不做特殊限定。优选地，蒸镀可以是真空蒸镀或离子镀，溅射可以是射频溅射，磁控溅射或反应溅射，化学气相沉积可以是化学气相沉积、等离子气相沉积、原子层沉积或脉冲激光沉积。
23.本发明的第三方面提供了一种双极性电极，所述双极性电极包括正极活性物质、负极活性物质和本发明第一方面所述的双极性集流体；其中，所述正极活性物质设置在所述双极性集流体的正极金属层上，所述负极活性物质设置在所述双极性集流体的负极金属层上。
24.其中，本发明对正极活性物质和负极活性物质不做特殊限定，根据具体工况，本领域可用的正极活性物质和负极活性物质均可用在本发明中。
25.在一个优选的实施方式中，所述正极活性物质选自含锂的过渡金属氧化物和/或含锂的过渡金属磷化物；优选地，所述正极活性物质选自licoo2和/或lifepo4。
26.在一个优选的实施方式中，所述负极活性物质选自人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳、硅碳材料、硅氧材料中的一种或多种。其中，在本发明中，硅碳材料和硅氧材料为本领域公知的活性物质，本发明不再进行赘述。
27.在一个优选的实施方式中，所述双极性电极的制备方法包括：在双极性集流体的正极金属层上涂覆正极活性浆料，在双极性集流体的负极金属层上涂覆负极活性浆料，然后进行干燥，得到双极性电极。
28.在一个优选的实施方式中，所述正极活性浆料包括正极活性物质和溶剂i，所述溶剂i选自水、酮溶剂、醇溶剂中的一种或多种，所述正极活性浆料中正极活性物质的质量含量为50-70％；其中，酮溶剂和醇溶剂可采用本领域常规溶剂，不做特殊限定。
29.在一个优选的实施方式中，所述负极活性浆料包括负极活性物质和溶剂ii，所述溶剂ii选自水、酮溶剂、醇溶剂中的一种或多种，所述负极活性浆料中负极活性物质的质量含量为40-60％。
30.在一个优选的实施方式中，所述涂覆的方法选自喷涂、印刷、打印、辊涂、旋涂中的一种或多种。
31.本发明的第四方面提供了一种锂电池，所述锂电池包括本发明第三方面所述的双极性电极。
32.本公开还提供一种锂电池，包括前述实施方式提供的双极性电极；优选地，在电池内部，所述双极性电极以叠片式或者卷绕式组合设置。通过上述双极性电极的应用，相较于现有锂电池，本发明提供的电池体积会相对大幅减小，尤其是厚度变薄，具有更高的有效能量体积比等优势性能。
33.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种双极性集流体，其特征在于，包括正极金属层和负极金属层，以及设置在所述正极金属层和负极金属层之间的基材，所述正极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种，所述负极金属层的材质选自ni、ti、cu、ag、au、pt、fe、co、cr、w、mo、al、mg、k、na、ca、sr、ba、si、ge、sb、pb、in和zn中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的双极性集流体，其中，所述基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、邻苯基苯酚、流延聚丙烯、聚酰亚胺聚氯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯以及聚砜及其衍生物中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的双极性集流体，其中，所述基材的厚度为4-8μm；优选地，所述正极金属层的厚度为0.2-2μm；优选地，所述负极金属层的厚度为0.1-2μm；优选地，所述正极金属层和负极金属层的总厚度为0.3-4μm。4.权利要求1-3中任意一项所述的双极性集流体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在基材的两个表面上分别沉积正极金属层和负极金属层；其中，所述沉积的方法选自蒸镀、溅射、化学气相沉积和化学镀中的一种或多种。5.一种双极性电极，其特征在于，所述双极性电极包括正极活性物质、负极活性物质和权利要求1-3中任意一项所述的双极性集流体；其中，所述正极活性物质设置在所述双极性集流体的正极金属层上，所述负极活性物质设置在所述双极性集流体的负极金属层上。6.根据权利要求5所述的双极性电极，其中，所述正极活性物质选自含锂的过渡金属氧化物和/或含锂的过渡金属磷化物；优选地，所述正极活性物质选自licoo2和/或lifepo4。7.根据权利要求5或6所述的双极性电极，其中，所述负极活性物质选自人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳、硅碳材料、硅氧材料中的一种或多种。8.根据权利要求5-7中任意一项所述的双极性电极，其中，所述双极性电极的制备方法包括：在双极性集流体的正极金属层上涂覆正极活性浆料，在双极性集流体的负极金属层上涂覆负极活性浆料，然后进行干燥，得到双极性电极。9.根据权利要求5-8中任意一项所述的双极性电极，其中，所述正极活性浆料包括正极活性物质和溶剂i，所述溶剂i选自水、酮溶剂、醇溶剂中的一种或多种，所述正极活性浆料中正极活性物质的质量含量为50-70％；优选地，所述负极活性浆料包括负极活性物质和溶剂ii，所述溶剂ii选自水、酮溶剂、醇溶剂中的一种或多种，所述负极活性浆料中负极活性物质的质量含量为40-60％。10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求5至9中任一项所述的双极性电极。

技术总结
本发明涉及集流体技术领域，具体地涉及一种双极性集流体及其制备方法和双极性电极及锂电池。集流体包括正极金属层和负极金属层，以及设置在所述正极金属层和负极金属层之间的基材；其中，所述正极金属层的材质选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In和Zn中的一种或多种，所述负极金属层的材质选自Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In和Zn中的一种或多种。本发明中提供的双极性集流体，导电率高、延展性好、面密度低，可以显著提升锂电池的有效能量体积比。可以显著提升锂电池的有效能量体积比。可以显著提升锂电池的有效能量体积比。


技术研发人员：孙欣森 李永伟 李其其格 姜宏峰 姜艳茹 王超 公秀凤 艾春晓
受保护的技术使用者：安迈特科技（北京）有限公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/8/9