本發(fā)明屬于鋰離子電池，涉及一種集流體及其制備方法和電池。

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，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)容量沒有任何貢獻(xiàn)，這大大阻礙了lib的整體能量密度的提高。由于裸銅表面不均勻，形成的sei膜不穩(wěn)定，鋰離子通量通常會(huì)集中在裸銅尖端，這就導(dǎo)致了局部電流密度過大，鋰金屬的成核和生長(zhǎng)不均勻并促使枝晶生長(zhǎng)。因此從鋰金屬成核階段誘導(dǎo)鋰的均勻沉積是非常有必要的。針對(duì)解決集流體過重和鋰枝晶問題，科研工作者對(duì)此展開了大量的研究。

2、(1)構(gòu)建三維導(dǎo)電骨架作為金屬鋰的宿主材料，可顯著改善金屬鋰循環(huán)過程中的體積膨脹問題，同時(shí)導(dǎo)電骨架能減少“死鋰”的產(chǎn)生進(jìn)而提升金屬鋰的利用率。如si-yuanli等人[advanced?functionalmaterials?2019:1808847.]在碳纖維上修飾了一層co3o4納米線作為鋰金屬負(fù)極集流體，碳纖維三維骨架結(jié)構(gòu)大的空間體積可以緩沖循環(huán)過程中的體積膨脹問題，co3o4鋰之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)賦予了該復(fù)合集流體優(yōu)異的親鋰性。然而上述文獻(xiàn)中的三維導(dǎo)電骨架犧牲了材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而導(dǎo)致了集流體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變差。

3、(2)使用更薄金屬集流體，如cn114164464a公開一種4-8um超薄鋰電銅箔生產(chǎn)陰極輥及陰極輥pva工藝，包括o型圈和端板，所述o型圈和端板設(shè)置于所述陰極輥端部，所述o型圈為橡膠材質(zhì)，所述端板為pvc板材。本發(fā)明通過陰極輥的特殊結(jié)構(gòu)和pva方式，實(shí)現(xiàn)陰極輥表面粗糙度0.15-0.18um，使銅箔結(jié)晶更加細(xì)小，物理性能更加優(yōu)異，同時(shí)減少了超薄鋰電銅箔在生產(chǎn)中的撕邊褶皺現(xiàn)象，提高了銅箔的生產(chǎn)效率。與此同時(shí)，銅箔的減薄也是需要充分考慮機(jī)械性能的影響，尤其是機(jī)械韌性，因?yàn)殂~箔作為負(fù)極的集流體需要良好的機(jī)械韌性來緩解活性材料充放電過程中體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力，但是隨著箔材的減薄帶來的生產(chǎn)良率和薄箔材的機(jī)械強(qiáng)度問題也是超薄金屬集流體的限制因素。

4、(3)通過構(gòu)建親鋰涂層或者納米陣列等促進(jìn)鋰離子均勻沉積，如cn115911400a公開了一種負(fù)極集流體、電芯、電池包、車輛和負(fù)極集流體的加工方法，屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域。所述負(fù)極集流體包括：銅箔，所述銅箔具有三維交聯(lián)的多孔結(jié)構(gòu)；親鋰層，所述親鋰層覆蓋在所述銅箔的至少一個(gè)表面的至少部分區(qū)域；石墨層，所述石墨層覆蓋所述親鋰層，且覆蓋所述銅箔的表面。但是在循環(huán)過程中親鋰涂層或親鋰納米陣列容易脫落，進(jìn)而造成循環(huán)性能的下降。

5、因此，如何實(shí)現(xiàn)集流體的有效減重，避免鋰不均勻沉積現(xiàn)象，并且提升電池的電化學(xué)性能，是目前急需解決的技術(shù)問題。

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集流體及其制備方法和電池。本發(fā)明提供的集流體，通過了結(jié)構(gòu)和材料的協(xié)同配合，達(dá)到了減重的目的，提升了集流體的能量密度，還實(shí)現(xiàn)了鋰的均勻沉積，避免了鋰枝晶的產(chǎn)生；同時(shí)還起到了降低熱失控的發(fā)生概率的作用，提升了電池的電化學(xué)性能。

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)明提供一種集流體，所述集流體包括：

4、聚合物層；

5、金屬層，所述金屬層位于所述聚合物層的兩側(cè)表面；

6、通孔結(jié)構(gòu)，所述通孔結(jié)構(gòu)沿所述集流體的厚度方向貫穿所述聚合物層和所述金屬層；

7、所述通孔結(jié)構(gòu)的孔洞填充有第一親鋰性聚合物材料。

8、本發(fā)明通過金屬層和聚合物層結(jié)構(gòu)的配合，使得集流體具有優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，不容易發(fā)生斷裂，即使斷裂，也無法達(dá)到刺穿隔膜的標(biāo)準(zhǔn)，避免了電池短路現(xiàn)象的發(fā)生，降低了熱失控發(fā)生概率；同時(shí)特定的聚合物和金屬層的結(jié)構(gòu)配合，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純金屬層的密度，顯著提升了電池的能量密度；而其中的通孔結(jié)構(gòu)與第一親鋰性聚合物材料協(xié)同配合，既起到促進(jìn)鋰離子均勻沉積的作用，又進(jìn)一步地降低了集流體的重量，同時(shí)還彌補(bǔ)了開孔造成的導(dǎo)電性；通過特定結(jié)構(gòu)和材料的協(xié)同作用，保證了集流體的導(dǎo)電性的良好發(fā)揮，又提升了電池的能量密度和熱穩(wěn)定性，促進(jìn)了鋰離子均勻沉積，從而提升了電池的首效和循環(huán)性能。

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，所述聚合物層中的聚合物材料包括聚酰亞胺、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。

11、優(yōu)選地，所述聚合物層中的聚合物的重均分子量為5000~50000，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

12、優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度t1與所述金屬層的厚度t2滿足：2μm≤t1+t2≤6μm。

13、優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度t1與所述金屬層的厚度t2滿足：1/6≤t1/t1+t2≤1/2。

14、優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度t1為1~3μm。

15、優(yōu)選地，所述金屬層的厚度t2滿足：t2為1~3μm。

16、優(yōu)選地，所述通孔結(jié)構(gòu)的孔徑大小為5~20μm。

17、優(yōu)選地，以垂直于所述集流體的厚度方向?yàn)樗椒较?，相鄰的所述通孔在同一水平方向上的孔洞中心距?00~5000μm。

18、優(yōu)選地，所述第一親鋰性聚合物材料包括聚多巴胺、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，所述第一親鋰性聚合物材料于所述孔洞表面接枝有第二親鋰性聚合物材料；所述第二親鋰性聚合物材料包括聚多巴胺、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集流體的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

21、于聚合物層的兩側(cè)表面復(fù)合金屬層，得到復(fù)合結(jié)構(gòu)；

22、沿所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度方向，造孔處理，得到貫穿所述聚合物層和所述金屬層的通孔結(jié)構(gòu)；

23、于所述通孔結(jié)構(gòu)的孔洞中填充第一親鋰性聚合物材料，得到所述集流體。

24、優(yōu)選地，所述復(fù)合金屬層的方法包括真空蒸鍍法。

25、優(yōu)選地，所述第一親鋰性聚合物材料通過原位聚合的方法填充于所述通孔結(jié)構(gòu)的孔洞中。

26、優(yōu)選地，所述第一親鋰性聚合物材料于所述孔洞表面接枝有第二親鋰性聚合物材料，所述接枝的方法包括原位接枝。

27、優(yōu)選地，所述原位接枝的方法包括：

28、以所述第一親鋰性聚合物材料為光引發(fā)劑，通過光照將所述第二親鋰性聚合物材料的單體與所述第一親鋰性聚合物材料進(jìn)行接枝反應(yīng)，使得所述第一親鋰性聚合物材料于所述孔洞表面接枝有第二親鋰性聚合物材料。

29、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集流體或如第二方面所述的制備方法制備得到的集流體。

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

31、本發(fā)明提供的集流體中，兩個(gè)金屬層中間復(fù)合聚合物的結(jié)構(gòu)，使得集流體具有優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，不容易發(fā)生斷裂，即使斷裂，也無法達(dá)到刺穿隔膜的標(biāo)準(zhǔn)，避免了電池短路現(xiàn)象的發(fā)生，降低了熱失控發(fā)生概率；同時(shí)特定的聚合物和金屬層的結(jié)構(gòu)配合，可有效地實(shí)現(xiàn)金屬層的厚度減薄，使得特定的復(fù)合層結(jié)構(gòu)的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純金屬層的密度，顯著提升了電池的能量密度；而第一親鋰性聚合物材料與集流體中的聚合物通過氫鍵和范德華力相互作用，從而牢牢固定于集流體的通孔結(jié)構(gòu)中，一方面起到了促進(jìn)鋰離子均勻沉積的作用，另一方面填孔于通孔結(jié)構(gòu)中，還彌補(bǔ)了開孔造成的導(dǎo)電性；而通孔結(jié)構(gòu)保證了集流體正反兩面導(dǎo)電性的連通，還進(jìn)一步地降低了集流體的重量；即本發(fā)明通過特定結(jié)構(gòu)和材料的協(xié)同作用，保證了集流體的導(dǎo)電性的良好發(fā)揮，又提升了電池的能量密度和熱穩(wěn)定性，促進(jìn)了鋰離子均勻沉積，從而提升了電池的首效和循環(huán)性能。