[发明专利]一种超轻导电集流体

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种超轻导电集流体，其特征在于：集流体具有层状多孔结构，支撑层和导电增强层贴合而成，支撑层为高分子PTC塑料薄膜，导电增强层为石墨烯薄膜，高分子PTC塑料薄膜沉积石墨烯薄膜后，进行激光打孔，形成层状多孔结构的石墨烯/高分子PTC塑料薄膜集流体。本发明提供集流体能够有效减轻电池集流体质量，又能够降低电池在发生短路或温度过高时出现的热失控概率。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体地讲，是一种超轻导电集流体。

背景技术

传统锂离子电池制造业中，集流体作为电芯的重要组成部分，起到负载正负极活性物质的作用。负极多选用铜箔、正极选用铝箔作为集流体，正负极集流体的总质量约占单体电池总质量的14％-18％左右。随着国家对电池高能量密度的战略规划正式发布，行业内提高能量密度的攻坚战正式打响，集流体的减重即是一种提升单体电池能量密度的行之有效的方案。现有箔材市场，已可以将铜箔厚度减薄到6μm，铝箔减薄到8μm，但仍然不能满足锂离子电池的高能量密度、轻量化的追求。并且厚度的减少使得箔材的机械强度降低，导致加工难度增大。目前可替代传统箔材的轻量化集流体大多是将塑料薄膜上通过加设导电层，此类方法过于依赖支撑层的稳定性，即需要一种耐高温、耐腐蚀、机械强度好的塑料薄膜，综合具备这些条件的塑料薄膜很难找到。并且在危险发生时，由于塑料本身为易燃材料，相比于箔材安全性能更差。因此，设计一款同时具备安全性能和轻量化的集流体则具有十分重要的意义。

专利文献1(CN106558676A)中公开了具有保护功能的锂电池集流体，具体公开了一种金属箔片，该金属箔片的两个表面分别紧密结合具有电阻正温度效应的导电复合材料层，即PTC(positive temperature coefficient)材料，当电池的温度达到一定值时，PTC材料的电阻率迅速增大，阻断集流体电路，从而起到保护电池系统的作用，防止热失控和着火现象。又如专利文献2(CN206349443U)公开了一种锂离子电池极片，公开了集流体和设置与集流体两侧的活性物质层，第一PTC材料层涂覆于集流体与活性物质层之间，第二PTC材料层涂覆于活性物质层的表面，电池极片还设置有若干贯通集流体、第一PTC材料层，活性材料层，第二PTC材料层的通孔，孔径为0.01-10um，通孔的孔隙率为20-60％，集流体为铝箔或铜箔，PTC材料的电阻率为0.05-5Ω，居里温度问80-120℃。但是此类方法，无疑增大了集流体厚度，不能满足电池轻量化的现代需求，这两种专利集流体基材为一种金属箔片，通过结合PTC复合材料层来提高安全性能，但同时带来了集流体质量增大这个弊端。

鉴于此，特提出本申请，设计一款集流体，既能够有效减轻电池集流体质量，又能够降低电池在发生短路或温度过高时出现的热失控概率，提升电池的安全性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种既能够有效减轻电池集流体质量，又能够降低电池在发生短路或温度过高时出现的热失控概率的超轻导电集流体。

本发明的技术方案为：

一种超轻导电集流体，集流体具有层状多孔结构，支撑层和导电增强层贴合而成，支撑层为高分子PTC塑料薄膜，导电增强层为石墨烯薄膜，高分子PTC塑料薄膜沉积石墨烯薄膜后，进行激光打孔，形成层状多孔结构的石墨烯/高分子PTC塑料薄膜集流体。

进一步地，导电增强层、支撑层、导电增强层依次贴合而成。

进一步地，孔径为0.1-50μm，集流体孔隙率为3％-15％。

进一步地，高分子PTC塑料薄膜的厚度为5-12μm。

进一步地，高分子PTC塑料薄膜包括聚合物和导电剂；

聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯中的一种或几种；