本發(fā)明涉及集流體，具體而言，涉及一種改性集流體及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著鋰離子電池技術(shù)的快速發(fā)展，如今對(duì)鋰離子電池的功率性能、倍率性能和循環(huán)壽命等提出了更高的要求。磷酸鹽體系功率型電池由于材料結(jié)構(gòu)本身的電導(dǎo)率和電子導(dǎo)電性較低，通常采用碳包覆方式進(jìn)行優(yōu)化改性，然而鋰離子電池集流體和活性材料的接觸情況也是影響充放電性能的重要因素，因此，對(duì)集流體的改性也成為提高鋰離子電池性能的有效方法。常用的改性手段是利用功能涂層對(duì)其進(jìn)行表面處理，例如，將分散好的納米導(dǎo)電石墨和炭黑顆粒均勻的涂覆在鋁箔或銅箔上制備涂炭箔材，從而降低電池內(nèi)阻和減小極化，進(jìn)而提高鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)壽命。但是較低孔隙率的功能涂層阻礙了li+在電極中的擴(kuò)散速率，從而降低了鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種改性集流體及其制備方法、鋰離子電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中孔隙率較低的功能涂層阻礙li+在電極中擴(kuò)散導(dǎo)致鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)壽命較差的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種改性集流體，該改性集流體包括依次層疊設(shè)置的第一功能改性涂層、第一納米碳涂層、集流體、第二納米碳涂層以及第二功能改性涂層；第一納米碳涂層和第二納米碳涂層各自獨(dú)立地包括納米碳涂層材料；第一功能改性涂層和第二功能改性涂層各自獨(dú)立地包括納米碳涂層材料和功能化改性材料。

3、進(jìn)一步地，改性集流體的彎曲因子比為其中，為第一納米碳涂層或第二納米碳涂層的彎曲因子，為第一功能改性涂層或第二功能改性涂層的彎曲因子；改性集流體的彎曲因子比為5～90％，優(yōu)選為10～80％；和/或，改性集流體的電子電導(dǎo)率比為其中，δc為第一納米碳涂層或第二納米碳涂層的電子電導(dǎo)率，δf為第一功能改性涂層或第二功能改性涂層的電子電導(dǎo)率；改性集流體的電子電導(dǎo)率比為2～85％，優(yōu)選為5～80％。

4、進(jìn)一步地，第一功能改性涂層中功能化改性材料的質(zhì)量含量為0.05～50％；和/或，第二功能改性涂層中功能化改性材料的質(zhì)量含量為0.05～50％；和/或，納米碳涂層材料選自導(dǎo)電石墨、炭黑、石墨烯、碳納米管和vgcf中的任意一種或多種；和/或，功能化改性材料選自過(guò)渡金屬氧化物納米線、過(guò)渡金屬氧化物納米纖維、導(dǎo)電聚合物納米線、導(dǎo)電聚合物納米纖維、mxene和mofs中的任意一種或多種。

5、進(jìn)一步地，過(guò)渡金屬氧化物納米線和過(guò)渡金屬氧化物納米纖維各自獨(dú)立地選自ruo2、mno2、v2o5、nio2及其相應(yīng)衍生物中的任意一種或多種；和/或，導(dǎo)電聚合物納米線和導(dǎo)電聚合物納米纖維各自獨(dú)立地選自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其相應(yīng)衍生物中的任意一種或多種；和/或，mxene選自化學(xué)通式為mn+1xntx的過(guò)渡金屬碳化物衍生的二維層狀材料、化學(xué)通式為mn+1xntx的過(guò)渡金屬氮化物衍生的二維層狀材料、化學(xué)通式為mn+1xntx的過(guò)渡金屬碳氮化物衍生的二維層狀材料中的任意一種或多種，其中，m為過(guò)渡金屬元素，m選自ti、v、cr、zr和nb中的任意一種或多種；x為碳元素和/或氮元素，tx為表面基團(tuán)，表面基團(tuán)選自羥基、氟基、羰基中的任意一種或多種，1≤n≤4；和/或，mofs為金屬和有機(jī)配體組成的多孔材料，金屬為金屬離子和/或金屬團(tuán)簇，mofs選自網(wǎng)狀金屬-有機(jī)骨架材料、類沸石咪唑酯骨架材料、來(lái)瓦希爾骨架材料和孔-通道式骨架材料中的任意一種或多種。

6、進(jìn)一步地，第一納米碳涂層和第二納米碳涂層的厚度各自獨(dú)立地為0.5～80μm；和/或，第一納米碳涂層和第二納米碳涂層的寬度各自獨(dú)立地為50～1000mm；和/或，第一功能改性涂層和第二功能改性涂層的厚度各自獨(dú)立地為0.5～80μm；和/或，第一功能改性涂層和第二功能改性涂層的寬度各自獨(dú)立地為50～1000mm；和/或，第一功能改性涂層、第一納米碳涂層和集流體的厚度比為10～60：10～60：10～15；和/或，第二功能改性涂層、第二納米碳涂層和集流體的厚度比為10～60：10～60：10～15；和/或，集流體的厚度為6～16μm；集流體為銅箔或鋁箔；和/或，鋁箔的厚度為12～16μm；和/或，銅箔的厚度為6～12μm；和/或，改性集流體的孔隙率為20～80％，優(yōu)選為40～80％。

7、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種上述改性集流體的制備方法，該制備方法包括：步驟s1，將包括納米碳涂層材料、第一分散劑、第一有機(jī)溶劑和第一粘接劑的原料進(jìn)行第一混合，得到納米碳涂層漿料；步驟s2，將包括納米碳涂層材料、功能化改性材料、第二分散劑、第二有機(jī)溶劑和第二粘接劑的原料進(jìn)行第二混合，得到功能改性涂層漿料；步驟s3，在集流體的兩個(gè)相對(duì)的表面分別涂覆納米碳涂層漿料，形成第一納米碳涂層和第二納米碳涂層；步驟s4，在第一納米碳涂層和第二納米碳涂層遠(yuǎn)離集流體的表面分別涂覆功能改性涂層漿料，形成第一功能改性涂層和第二功能改性涂層，即得到改性集流體。

8、進(jìn)一步地，上述步驟s1還包括：步驟s11，將納米碳涂層材料、第一分散劑和第一有機(jī)溶劑進(jìn)行第一分散，得到第一導(dǎo)電漿料；步驟s12，將第一導(dǎo)電漿料和第一粘接劑進(jìn)行第一混合，得到納米碳涂層漿料；其中，納米碳涂層材料、第一分散劑和第一有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1：0.01～0.5：2～50；和/或，納米碳涂層漿料的黏度為800～10000mpa·s，優(yōu)選為850～9000mpa·s；和/或，第一分散的轉(zhuǎn)速為20～10000rpm，和/或，第一分散的時(shí)間為0.5～1.5h，和/或，第一混合的時(shí)間為0.5～24h；和/或，第一分散劑選自陰離子型分散劑、陽(yáng)離子型分散劑、非離子型分散劑和電中性型分散劑中的任意一種或多種；和/或，第一有機(jī)溶劑選自n-甲基吡咯烷酮、γ-丁內(nèi)酯、二甲基甲酰胺中的任意一種或多種；和/或，第一粘接劑選自聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的任意一種或多種。

9、進(jìn)一步地，上述步驟s2還包括：步驟s21，將納米碳涂層材料、功能化改性材料、第二分散劑和第二有機(jī)溶劑進(jìn)行第二分散，得到第二導(dǎo)電漿料；步驟s22，將第二導(dǎo)電漿料和第二粘接劑進(jìn)行第二混合，得到功能改性涂層漿料；其中，納米碳涂層材料、功能化改性材料、第二分散劑和第二有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1：0.01～0.95：0.01～0.5：2～50；和/或，功能改性涂層漿料的黏度為1200～10000mpa·s，優(yōu)選為1500～9500mpa·s；和/或，第二分散的轉(zhuǎn)速為50～8000rpm，和/或，第二分散的時(shí)間為0.5～1.5h，和/或，第二混合的時(shí)間為0.5～24h；和/或，第二分散劑選自陰離子型分散劑、陽(yáng)離子型分散劑、非離子型分散劑和電中性型分散劑中的任意一種或多種；和/或，第二有機(jī)溶劑選自n-甲基吡咯烷酮、γ-丁內(nèi)酯、二甲基甲酰胺中的任意一種或多種；和/或，第二粘接劑選自聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的任意一種或多種。

10、進(jìn)一步地，上述步驟s3還包括，在涂覆前對(duì)集流體進(jìn)行清洗處理，清洗處理所用清洗劑為酸溶液，酸溶液選自0.5～50wt％的醋酸溶液、0.5～37wt％的鹽酸溶液和0.5～45wt％的磷酸溶液中的任意一種或多種；和/或，酸溶液的ph值為1～6。

11、根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜和電解液，正極極片和/或負(fù)極極片包括上述的改性集流體。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，采用本技術(shù)的以上層疊結(jié)構(gòu)的改性集流體，一方面，第一納米碳涂層和第二納米碳涂層能夠增強(qiáng)活性材料與集流體間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；另一方面，第一功能改性涂層和第二功能改性涂層中的納米碳涂層材料和功能化改性材料進(jìn)行復(fù)合，能夠增大其孔隙率，從而能夠進(jìn)一步提高li+在電極中擴(kuò)散速率，從而增加li+離子的傳輸能力，且從第一納米碳涂層至第一功能改性涂層(或從第二納米碳涂層至第二功能改性涂層)之間形成的電子擴(kuò)散通道呈遞增的梯度設(shè)計(jì)，從而改善界面接觸阻抗、提高粘結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而緩解長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中界面應(yīng)力導(dǎo)致的性能衰減。通過(guò)以上兩方面的協(xié)同作用，既能夠增強(qiáng)活性材料與集流體間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，又能夠同時(shí)增加離子傳輸能力，從而能夠降低極化內(nèi)阻并抑制鋰離子電池在充放電循環(huán)過(guò)程中dcr的增長(zhǎng)，進(jìn)而提高鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)壽命。此外，具有以上結(jié)構(gòu)的改性集流體具有豐富的孔隙率，從而有助于提高其在電解液中的浸潤(rùn)性。