(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112786895 A(43)申请公布日 2021.05.11
(21)申请号 202110086710.0(22)申请日 2021.01.22
(71)申请人 华中科技大学
地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路
1037号(72)发明人 黄云辉 伽龙 刘志康 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心
42201
代理人 孔娜 李智(51)Int.Cl.
H01M 4/66(2006.01)H01M 10/0525(2010.01)H01M 4/04(2006.01)A62C 3/16(2006.01)C08L 33/20(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图1页
C08K 5/523(2006.01)C08J 7/12(2006.01)C08J 7/06(2006.01)
(54)发明名称
新型集流体及其制备方法一种锂离子电池、
(57)摘要
本发明属于锂离子电池相关技术领域，其公开了一种锂离子电池、新型集流体及其制备方法，所述新型集流体包括基材层、粘结层及金属层，所述基材层相背的两个表面上分别设置有所述粘结层，所述粘结层远离所述基材层的表面上设置有所述金属层，所述基材层内设置有阻燃剂。由此高分子基材层能有效的对商用铜箔或铝箔进行减薄从而提高电池的能量密度，阻燃剂的使用能保证电池在发生燃烧现象之后进行阻燃，降低隐患。
CN 112786895 ACN 112786895 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种新型集流体，其特征在于：所述新型集流体包括基材层、粘结层及金属层，所述基材层相背的两个表面上分别设置有所述粘结层，所述粘结层远离所述基材层的表面上设置有所述金属层，所述基材层内设置有阻燃剂。
2.如权利要求1所述的新型集流体，其特征在于：所述基材层为高分子薄膜基材，其材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚四氟乙烯、丙烯腈‑苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇中的一种或两种以上的混合。
3.如权利要求2所述的新型集流体，其特征在于：所述基材层的材料为聚丙烯腈或聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的新型集流体，其特征在于：所述粘结层为增强层，其材料为氧化铝、氧化硅、氮化铝、金属镍、金属铜、金属铬、金属钛或镍合金。
5.如权利要求4所述的新型集流体，其特征在于：所述粘结层的材料为氧化硅或者金属铜。
6.如权利要求1‑5任一项所述的新型集流体，其特征在于：所述阻燃剂为磷酸烷基酯类、磷酸芳基酯、双环戊二烯类、氯丹酸酐、脂肪族卤代烃、磷酸三酯及卤代环己烷及其衍生物、十溴联苯醚及其衍生物、或者无机阻燃剂。
7.如权利要求1‑5任一项所述的新型集流体，其特征在于：所述阻燃剂占所述基材层的质量百分比大于0且小于等于50％；所述粘结层的厚度大于0且小于等于20nm；所述金属层的厚度为500nm～2000nm。
8.一种权利要求1‑7任一项所述的新型集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)采用原位聚合、溶液浇注或者熔融浇注的方式制备基材层；(2)将所述基材层进行等离子体处理，以使得所述基材层的上下表面得到活化；其中，所述基材层内设置有阻燃剂；
(3)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述基材层相背的两个表面上制备粘结层；(4)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述粘结层的表面制备金属层，以得到所述新型集流体。
9.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括权利要求1‑7任一项所述的新型集流体。
2
CN 112786895 A
说 明 书
一种锂离子电池、新型集流体及其制备方法
1/5页
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池相关技术领域，更具体地，涉及一种锂离子电池、新型集流体及其制备方法。
背景技术
[0002]随着新能源产业的不断发展，锂离子电池已经被广泛使用于笔记本电脑、手机等便携式数码产品中，并且作为动力装置也用于电动自行车或电动汽车。但是目前商业化的锂离子电池技术也存在着诸多问题，如能量密度较低、安全性能较差，从而限制了其进一步的使用。
[0003]目前商业化的锂离子电池以铜箔或铝箔作为集流体，其密度较大且是电池组件的非活性部分，对能量密度的影响不可忽视。因此，研究者们对集流体的减薄技术进行了大量的研究，如专利CN 110600745 A公布了一种基于聚酰亚胺薄膜制备的镀铜复合集流体，该集流体表现出了较好的循环性能和倍率性能，同时聚酰亚胺的电绝缘特性使得电池的热失控也得到了改善，但是这种策略难以杜绝由电池热失控之后引发的火灾问题。发明内容
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂离子电池、新型集流体及其制备方法，所述新型集流体包括柔性高分子基材层、阻燃剂、粘结剂增强层以及金属镀层，所述高分子基材层经等离子体处理后活化，所述阻燃剂包埋在所述高分子基材层的内部，所述粘结剂增强层在所述高分子基材层的上下表面，所述金属镀层在所述增强层的表面，由此高分子基材层能有效的对商用铜箔或铝箔进行减薄从而提高电池的能量密度，阻燃剂的使用能保证电池在发生燃烧现象之后进行阻燃，降低隐患。粘结力增强层的引入能加强金属镀层与高分子基材层的稳定性。[0005]本发明提供了一种新型集流体，所述新型集流体包括基材层、粘结层及金属层，所述基材层相背的两个表面上分别设置有所述粘结层，所述粘结层远离所述基材层的表面上设置有所述金属层，所述基材层内设置有阻燃剂。[0006]进一步地，所述基材层为高分子薄膜基材，其材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚四氟乙烯、丙烯腈‑苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇中的一种或两种以上的混合。[0007]进一步地，所述基材层的材料为聚丙烯腈或聚酰亚胺。[0008]进一步地，所述粘结层为增强层，其材料为氧化铝、氧化硅、氮化铝、金属镍、金属铜、金属铬、金属钛或镍合金。[0009]进一步地，所述粘结层的材料为氧化硅或者金属铜。[0010]进一步地，所述阻燃剂为磷酸烷基酯类、磷酸芳基酯、双环戊二烯类、氯丹酸酐、脂肪族卤代烃、磷酸三酯及卤代环己烷及其衍生物、十溴联苯醚及其衍生物、或者无机阻燃剂。
3
CN 112786895 A[0011]
说 明 书
2/5页
进一步地，所述阻燃剂占所述基材层的质量百分比大于0且小于等于50％；所述粘
结层的厚度大于0且小于等于20nm；所述金属层的厚度为500nm～2000nm。[0012]本发明还提供了一种如上所述的新型集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：[0013](1)采用原位聚合、溶液浇注或者熔融浇注的方式制备基材层；[0014](2)将所述基材层进行等离子体处理，以使得所述基材层的上下表面得到活化；其中，所述基材层内设置有阻燃剂；[0015](3)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述基材层相背的两个表面上制备粘结层；[0016](4)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述粘结层的表面制备金属层，以得到所述新型集流体。
[0017]本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池所述锂离子电池包括如上所述的新型集流体。[0018]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池、新型集流体及其制备方法主要具有以下有益效果：
[0019]1.所述基材层相背的两个表面上分别设置有所述粘结层，所述粘结层远离所述基材层的表面上设置有所述金属层，如此高分子基材层能有效的对商用铜箔或铝箔进行减薄从而提高电池的能量密度。
[0020]2.所述基材层内设置有阻燃剂，阻燃剂的使用能保证电池在发生燃烧现象之后进行阻燃，降低了隐患。
[0021]3.粘结力增强层的引入能加强金属镀层与高分子基材层的稳定性。[0022]4.薄膜基材层表面在经过等离子体处理后，使薄膜表面得到活化，薄膜层与粘结层之间能得到增强。
附图说明
[0023]图1是本发明提供的新型集流体的结构示意图。[0024]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：0‑基材层，1‑粘结层，2‑金属层，3‑阻燃剂。具体实施方式
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。[0026]请参阅图1，本发明提供的新型集流体包括基材层0、粘结层1及金属层2，所述基材层0相背的两个表面上分别设置有所述粘结层1，所述粘结层1远离所述基材层0的表面上设置有所述金属层2，所述基材层0内设置有阻燃剂3。[0027]其中，所述基材层0为高分子薄膜基材，其材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚四氟乙烯、丙烯腈‑苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇
4
CN 112786895 A
说 明 书
3/5页
中的一种或两种以上的混合，优选为聚丙烯腈或聚酰亚胺。此外，所述基材层0能够有效的对商用铜箔或者铝箔进行减薄从而提高电池的能量密度。[0028]所述粘结层1为增强层，其材料为氧化铝、氧化硅、氮化铝、金属镍、金属铜、金属铬、金属钛或镍合金，优选为氧化硅或金属铜。所述粘结层能够加强所述金属层2与所述基材层0之间的稳定性。
[0029]所述阻燃剂3可以为磷酸烷基酯类：磷酸三丁酯、磷酸三(2‑乙基己基)酯、磷酸三(2‑氯乙基)酯、磷酸三(2，3‑二氯丙基)酯、磷酸三(2，3‑二溴丙基)酯等；磷酸芳基酯：磷酸甲苯‑二苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸(2‑乙基己基)‑二苯酯等；双环戊二烯类：氯丹酸酐等；脂肪族卤代烃，尤其是溴化物：二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷及八溴二苯基氧化物、五溴乙基苯、四溴双酚A等芳香族溴化物及其他卤代物；磷酸三(二溴丙基)酯及卤代环己烷及其衍生物、十溴联苯醚及其衍生物；碲化合物、羟基铝、氢氧化镁、硼酸盐等无机阻燃剂；三嗪及其衍生物、三聚氰胺等有机氮系。优选为磷酸三苯酯或磷酸三甲苯酯。所述阻燃剂3保证了对应的电池在发生燃烧现象之后进行阻燃，降低了隐患。[0030]所述金属层2的材料为金属铝或者金属铜。所述阻燃剂3占所述基材层0的质量百分比大于0且小于等于50％；所述粘结层1的厚度大于0且小于等于20nm；所述金属层的厚度为500nm～2000nm。
[0031]本发明还提供了一种如上所述的新型集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：[0032](1)采用原位聚合、溶液浇注或者熔融浇注的方式制备基材层。[0033]具体地，首先采用原位聚合、溶液浇筑或熔融浇筑的方式制备出薄膜基材层，再用去离子水、乙醇等对其表面进行清洗，再将其置于真空干燥箱中进行干燥。[0034]其中，原位聚合时所用的是聚合物单体，为溶液浇筑或熔融浇筑时所述的是聚合物本体。[0035](2)将所述基材层进行等离子体处理，以使得所述基材层的上下表面得到活化；其中，所述基材层内设置有阻燃剂。[0036]具体地，将干燥后的薄膜进行等离子体处理待用，使其上下表面均得到活化，有利于增加其与粘结层的结合力。[0037](3)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述基材层相背的两个表面上制备粘结层。
[0038]其中，粘结层的制备方法包括但不限于真空蒸镀、磁控溅射等物理气相沉积或化学气相沉积。[0039](4)采用真空蒸镀或者磁控溅射的方式在所述粘结层的表面制备金属层，以得到所述新型集流体。[0040]其中，金属镀层的制备方法包括但不限于真空蒸镀、磁控溅射等物理气相沉积或化学气相沉积。
[0041]本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上所述的新型集流体。[0042]以下以几个具体实施例来对本发明进行进一步地详细说明。[0043]实施例1
[0044]本发明实施例1提供的新型集流体的制备方法包括以下步骤：
5
CN 112786895 A[0045]
说 明 书
4/5页
(1)首先将聚丙烯腈酯粉末溶解到二甲基甲酰胺中，再将质量分数10％的磷酸三
苯酯加入进去继续搅拌至溶解，然后将溶解后的均一溶液进行浇筑得到所需的薄膜基材层。[0046](2)将干燥后的薄膜基材进行等离子体处理待用，使其上下表面均得到活化，有利于增加其与粘结层的结合力。[0047](3)将薄膜基材层置于磁控溅射的基板上制备20nm的氧化硅增强层。[0048](4)将粘结剂增强后的薄膜基材继续置于磁控溅射的基板上制备800nm的金属铝，即可得到所需的集流体。[0049](5)将商业化NCM523作为活性物质与粘结剂和导电剂配置成浆料后刮涂到所得集流体的表面，即可得到阻燃的新型集流体。[0050]实施例2
[0051]本发明实施例2提供的新型集流体的制备方法包括以下步骤：[0052](1)首先将聚丙烯腈酯粉末溶解到二甲基甲酰胺中，再将质量分数20％的磷酸三苯酯加入进去继续搅拌至溶解，然后将溶解后的均一溶液进行浇筑得到所需的薄膜基材层。[0053](2)将干燥后的薄膜基材进行等离子体处理待用，使其上下表面均得到活化，有利于增加其与粘结层的结合力。[0054](3)将薄膜基材层置于磁控溅射的基板上制备20nm的氧化硅增强层。[0055](4)将粘结剂增强后的薄膜基材继续置于磁控溅射的基板上制备800nm的金属铝，即可得到所需的集流体。[0056](5)将商业化NCM523作为活性物质与粘结剂和导电剂配置成浆料后刮涂到所得集流体的表面，即可得到阻燃的新型集流体。[0057]实施例3
[0058]本发明实施例3提供的新型集流体的制备方法包括以下步骤：[0059](1)首先将聚丙烯腈粉末溶解到二甲基甲酰胺中，再将质量分数30％的磷酸三苯酯加入进去继续搅拌至溶解，然后将溶解后的均一溶液进行浇筑得到所需的薄膜基材层。[0060](2)将干燥后的薄膜基材进行等离子体处理待用，使其上下表面均得到活化，有利于增加其与粘结层的结合力。[0061](3)将薄膜基材层置于磁控溅射的基板上制备20nm的氧化硅增强层。[0062](4)将粘结剂增强后的薄膜基材继续置于磁控溅射的基板上制备800nm的金属铝，即可得到所需的集流体。[0063](5)将商业化NCM523作为活性物质与粘结剂和导电剂配置成浆料后刮涂到所得集流体的表面，即可得到阻燃的新型集流体。[0064]实施例4
[0065]本发明实施例4提供的新型集流体的制备方法包括以下步骤：[0066](1)首先将聚丙烯腈酯粉末溶解到二甲基甲酰胺中，再将质量分数40％的磷酸三苯酯加入进去继续搅拌至溶解，然后将溶解后的均一溶液进行浇筑得到所需的薄膜基材层。[0067](2)将干燥后的薄膜基材进行等离子体处理待用，使其上下表面均得到活化，有利
6
CN 112786895 A
说 明 书
5/5页
于增加其与粘结层的结合力。[0068](3)将薄膜基材层置于磁控溅射的基板上制备20nm的氧化硅增强层。[0069](4)将粘结剂增强后的薄膜基材继续置于磁控溅射的基板上制备800nm的金属铝，即可得到所需的集流体。[0070](5)将商业化NCM523作为活性物质与粘结剂和导电剂配置成浆料后刮涂到所得集流体的表面，即可得到阻燃的新型集流体。[0071]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
7
CN 112786895 A
说 明 书 附 图
1/1页
图1
8
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容