本發(fā)明屬于復(fù)合集流體，具體涉及一種復(fù)合集流體、鋰離子電池和基膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、集流體用于連接極耳并將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流輸出。傳統(tǒng)的集流體是純金屬材質(zhì)(例如銅箔或鋁箔)，其厚度往往在12μm左右，雖然導(dǎo)電性較好，但是由于厚度較大，一旦出現(xiàn)熱失控時(shí)，很難發(fā)生熔斷從而保護(hù)電池，此外，純金屬材質(zhì)的集流體重量較重，這會(huì)降低電池的能量密度。

2、在此背景下，市面上出現(xiàn)了復(fù)合集流體，復(fù)合集流體是一種“三明治”結(jié)構(gòu)，內(nèi)層(基膜)為聚合物高分子層(如pet、pp或pi)，內(nèi)層的上下表面均設(shè)有金屬導(dǎo)電層，其中，正極集流體的金屬導(dǎo)電層為鋁箔，負(fù)極集流體的金屬導(dǎo)電層為銅箔。具體來說，目前量產(chǎn)的正極復(fù)合集流體往往采用pp(聚丙烯)作為基膜，基膜的厚度在4-4.5μm，基膜兩面的金屬導(dǎo)電層銅層往往是通過磁控濺射、電鍍或者蒸鍍方式設(shè)在基膜的上下表面，銅層厚度在1μm左右。而負(fù)極復(fù)合集流體往往采用pet(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)作為基膜，基膜的厚度在6μm左右，基膜兩面的金屬導(dǎo)電層鋁層往往是通過蒸鍍方式設(shè)在基膜兩面，鋁層厚度在1μm左右。

3、相較于傳統(tǒng)集流體，復(fù)合集流體的內(nèi)層采用密度較小的高分子材料，一方面可以有效降低復(fù)合集流體的重量(例如比傳統(tǒng)純金屬箔降低50％-80％)，從而提升質(zhì)量能量密度(例如比傳統(tǒng)純金屬箔提升5％-10％)；另一方面，由于金屬導(dǎo)電層只有1μm左右，熱失控時(shí)，該導(dǎo)電層會(huì)迅速熔化，形成“斷路效應(yīng)”，再加上內(nèi)層基膜為絕緣層，可以有效阻止正負(fù)極短路，因此可以顯著提升安全性能。

4、然而，隨著集流體的金屬層變薄，其阻值也會(huì)隨之上升。例如，當(dāng)復(fù)合集流體的金屬導(dǎo)電層厚度在2μm左右時(shí)，其內(nèi)阻遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)較厚的金屬箔集流體(如銅箔或鋁箔)。由于內(nèi)阻較大，當(dāng)電池進(jìn)行大電流充放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的極化現(xiàn)象(即電池電壓偏離其平衡狀態(tài))，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度升高，嚴(yán)重影響電池的倍率性能?；诖耍枰獙?duì)復(fù)合集流體進(jìn)行研究以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供以下技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供一種復(fù)合集流體，包括：

3、第一導(dǎo)電層；

4、第二導(dǎo)電層；

5、基膜：位于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間，基膜包含導(dǎo)電劑；

6、復(fù)合集流體具有沿長(zhǎng)度方向相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端，第一端與極耳連接，從第二端到第一端的方向電流密度逐漸增大、導(dǎo)電劑的含量逐漸增大；導(dǎo)電劑的含量＝基膜中導(dǎo)電劑的質(zhì)量/導(dǎo)電劑所在的區(qū)域中基膜總質(zhì)量。

7、采用上述技術(shù)方案，既避免了內(nèi)阻過大導(dǎo)致的極化問題，也避免了內(nèi)阻過低導(dǎo)致的安全性低的問題。

8、可選地，基膜的長(zhǎng)度為l，第一端的導(dǎo)電劑含量為k，其中，0.2％≤k≤2％，從第一端到基膜任一位置的距離為x，x處的導(dǎo)電劑含量為kx，kx＝(l-x)/l*k。

9、可選地，導(dǎo)電劑為碳納米管、乙炔黑和導(dǎo)電碳黑中的一種或多種。

10、可選地，基膜的厚度為3-10μm，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的厚度均為0.5-3μm。

11、本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包含上述任一項(xiàng)實(shí)施方式中的復(fù)合集流體。

12、采用上述技術(shù)方案，可以獲得安全性能高，倍率性能好的鋰離子電池。

13、本發(fā)明還提供一種基膜的制備方法，用于制備上述任一實(shí)施方式中的復(fù)合集流體中的基膜，該方法采用狹縫式擠壓涂布模具制備，狹縫式擠壓涂布模具包含腔體和多個(gè)進(jìn)料口，多個(gè)進(jìn)料口分別對(duì)應(yīng)腔體的不同位置，該方法包括：

14、預(yù)處理：將不同質(zhì)量的導(dǎo)電劑分別與熔融態(tài)的高分子材料混合得到導(dǎo)電劑含量不同的漿料；高分子材料選自pet、pp或pi中的一種或多種；

15、進(jìn)料：將預(yù)處理后得到的導(dǎo)電劑含量不同的漿料沿不同的進(jìn)料口送至腔體內(nèi)，之后對(duì)漿料進(jìn)行混合以得到導(dǎo)電劑含量呈梯度分布的漿料；

16、涂布：對(duì)導(dǎo)電劑含量呈梯度分布的漿料進(jìn)行擠壓、冷卻以得到基膜。

17、采用上述技術(shù)方案，可以快速地制備出上述任一實(shí)施方式中的復(fù)合集流體中的基膜。

18、可選地，預(yù)處理步驟為：將不同質(zhì)量的導(dǎo)電劑分別與熔融態(tài)的高分子材料放入雙行星攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌以得到導(dǎo)電劑含量不同的漿料，其中，攪拌條件為：自轉(zhuǎn)2000-4000rpm，公轉(zhuǎn)15-40rpm，攪拌時(shí)間為30-40min。

19、可選地，進(jìn)料步驟中：對(duì)漿料進(jìn)行混合的時(shí)間為5-20秒。

20、可選地，進(jìn)料步驟包括：將預(yù)處理后得到的導(dǎo)電劑含量不同的漿料以速率0.2-5min/l送至腔體內(nèi)。

21、可選地，腔體的體積為0.2l-2l。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合集流體，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體，所述基膜的長(zhǎng)度為l，所述第一端的導(dǎo)電劑含量為k，其中，0.2％≤k≤2％，從所述第一端到所述基膜任一位置的距離為x，所述任一位置x處的導(dǎo)電劑含量為kx，kx＝(l-x)/l*k。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、乙炔黑和導(dǎo)電碳黑中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體，其特征在于，所述基膜的厚度為3-10μm，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層的厚度均為0.5-3μm。

5.一種鋰離子電池，其特征在于，包含權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合集流體。

6.一種基膜的制備方法，用于制備權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合集流體中的基膜，其特征在于，所述方法采用狹縫式擠壓涂布模具制備，所述狹縫式擠壓涂布模具包含腔體和多個(gè)進(jìn)料口，所述多個(gè)進(jìn)料口分別對(duì)應(yīng)所述腔體的不同位置，所述方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟為：將不同質(zhì)量的導(dǎo)電劑分別與熔融態(tài)的高分子材料放入雙行星攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌以得到導(dǎo)電劑含量不同的漿料，其中，攪拌條件為：自轉(zhuǎn)2000-4000rpm，公轉(zhuǎn)15-40rpm，攪拌時(shí)間為30-40min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述進(jìn)料步驟中：對(duì)所述漿料進(jìn)行混合的時(shí)間為5-20秒。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述進(jìn)料步驟包括：將預(yù)處理后得到的導(dǎo)電劑含量不同的漿料以速率0.2-5min/l送至所述腔體內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述腔體的體積為0.2l-2l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種復(fù)合集流體，包括：第一導(dǎo)電層；第二導(dǎo)電層；基膜：位于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間，基膜包含導(dǎo)電劑；復(fù)合集流體具有沿長(zhǎng)度方向相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端，第一端與極耳連接，從第二端到第一端的方向電流密度逐漸增大、導(dǎo)電劑的含量逐漸增大；導(dǎo)電劑的含量＝基膜中導(dǎo)電劑的質(zhì)量/導(dǎo)電劑所在的區(qū)域中基膜總質(zhì)量。采用上述技術(shù)方案，既避免了內(nèi)阻過大導(dǎo)致的極化問題，也避免了內(nèi)阻過低導(dǎo)致的安全性低的問題。本發(fā)明還提供了包含上述復(fù)合集流體的鋰離子電池。該電池安全性能高，倍率性能好。本發(fā)明還提供了基膜的制備方法，包括預(yù)處理、進(jìn)料和涂布步驟。采用該方法可快速制備上述基膜。

技術(shù)研發(fā)人員：吳治國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海軒邑新能源發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6