【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋰離子電池，具體涉及一種復合集流體。
技術介紹
1、復合集流體的“三明治結構”可實現“短路效應”，同時能顯著提高熱穩定性。當電池受到外力撞擊斷裂時幾乎不產生金屬毛刺，避免刺破電池隔膜，降低電池短路的風險，大大提升了電池安全性。另外即使是電池因穿刺等原因造成了內短路，由于復合集流體的熔斷作用，使得短路不能持續，因而避免了出現電池燃燒、爆炸的風險。但是基于這種策略制備的復合膜作為集流體被應用在鋰離子電池中時，在電解液環境體系下金屬層與高分子層結合力不佳將會引發較嚴重的金屬脫層、金屬層龜裂且不連續、不均勻，這些行為都將大幅度降低電極材料的導電性，增大電池的內阻，從而在電池遇到高溫，產生熱效應時引發電池的安全問題。
2、有鑒于此，如何進一步提升集流體的安全性能，對于提升電池安全性能、降低電池熱風險，具有重要的意義。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的問題與不足，本專利技術提供一種復合集流體，該復合集流體與傳統“三明治結構”的復合集流體實現“短路效應”的原理不同，在遇到高溫時，其可以多位點、大面積地快速斷路，因此可以進一步提高復合集流體以及電池的熱安全性能。同時，本專利技術中的復合集流體還具備較為優異的導電性能和機械強度，可以進一步優化復合集流體以及電池的熱安全性能，延長復合集流體以及電池的使用壽命。
2、本專利技術提供一種復合集流體，依次包括基膜、氧化物涂層、導電層；基膜包括聚合物材料和熱變形片；基膜中，熱變形片被聚合物材料全部包裹；或基膜中，
3、目前復合集流體是熱失控時會快速熔化，形成“斷路效應”，且中間層基材為絕緣層，可包裹金屬層，可以有效阻止正負極短路，如在針刺過程中，復合集流體直接斷開，規避了短路點，從而提升了安全性能。但以上短路通常為點斷路，僅在失效區域發生斷路，而其他區域無法及時切斷，仍存在繼續導通的風險。并且基膜本身的不導電和微米級別的金屬層使得復合集流體沒法進一步降低方阻，短路時的熱效應更為嚴重。
4、而本專利技術從另一個角度出發，通過將聚合物材料和熱變形片以特定的方式結合，使得熱變形片與聚合物材料能夠緊密結合形成一個共同體，優化了基膜乃至復合集流體整體的導電性能以及機械性能，同時在高溫時熱變形片能夠及時發生有效形變，快速形成大區域短路，提高了復合集流體的熱安全性能。具體而言，其一，熱變形片是一種熱變形金屬片或熱變形金屬合金片，其包括雙金屬片或者記憶金屬片，雙金屬片或者記憶金屬片都可以在一定高溫下發生形變，這種形變會給表面的導電金屬層帶來比較大的張力，帶動中間脆性較大的氧化物涂層(如陶瓷打底層)發生連續性微裂紋斷裂，實現多點位、大面積快速斷路，而進一步提高了復合集流體熱安全性。其二，這種熱變形金屬片或者熱變形金屬合金片在基膜中形成金屬網絡，可以增加復合集流體的導電性能，使電池在充放電過程中，復合集流體能夠降低自身過流發熱情況，而進一步降低熱風險，提高復合集流體以及電池的熱安全性能。其三，熱變形金屬片或者熱變形金屬合金片的引入，還可以提升基膜的抗拉強度，這種金屬網絡還可作為連接基膜和鍍層的骨架，提高基膜和鍍層之間的結合強度，因此有效提升了復合集流體的拉伸強度等力學性能，提高了復合集流體和電池的使用壽命。
5、上述所提及的雙金屬片由二種或多種具有合適性能的金屬或其它材料所組成的一種復合材料。雙金屬片也稱熱雙金屬片或雙金屬件，由于各組元層的熱膨脹系數不同，當溫度變化時，主動層的形變要大于被動層的形變，從而雙金屬片的整體就會向被動層一側彎曲，則這種復合材料的曲率發生變化從而產生形變。記憶金屬片中，記憶金屬是指在一定溫度范圍下發生塑性形變后，在另一溫度范圍又能恢復原來宏觀形狀的特殊金屬材料。本專利技術中采用的雙金屬片和記憶金屬片皆為較薄的片狀，這樣有更明顯的形變，能夠在使用較少量的雙金屬或記憶金屬的情況下，在一定高溫下實現明顯的形變，及時、有效地在復合集流體上形成多點位、大面積快速斷路，有效提升復合集流體的熱安全性能，從而提升電池的熱安全性能。
6、另外，這里需說明的是，氧化物涂層的主要作用是提升基膜與導電層的結合強度，同時一般氧化物涂層是脆性較高的陶瓷材質，在電池遭受穿刺、沖擊等外力時，可以發生斷裂、撕裂從而賦予復合集流體一定的抑制熱失控的能力，并且氧化物涂層還能起到一定耐電解液腐蝕的作用。因此，氧化物涂層以及導電層皆是復合集流體不可或缺的一部分，對于復合集流體的相關性能有著重要的作用。
7、優選地，熱變形片在基膜中的質量占比為10～20％。熱變形片在基膜中的質量占比過少，則在一定高溫下不能產生足夠的明顯的熱形變，給導電金屬層提供的張力較小，進而不能有效帶動脆性的氧化物涂層發生連續性斷裂，形成的短路位點少、區域少，而導致復合集流體的熱安全性能提高有限。且熱變形片在基膜中的質量占比過少，在基膜中形成的金屬網絡較少，復合集流體的導電性能以及拉伸強度也會下降，造成復合集流體性能下降，而使電池安全性能和使用壽命不能得到有效提升。若熱變形片在基膜中的質量占比過多，則基膜中金屬含量較高，這樣會造成聚合物材料性能下降，造成聚合物材料硬度、耐化學性以及熱穩定性下降，不利于基膜性能，劣化基膜的使用壽命，而影響到電池的安全性能和使用壽命。且若熱變形片在基膜中的質量占比過多，給導電金屬層提供的張力較大，沒有達到一定高溫復合集流體上就形成連續性的微裂紋斷裂，過早就大面積斷路，即使得電池很快就失效了，這樣不利于電池的使用率，同樣也不利于實際使用。
8、優選地，基膜中，熱變形片被聚合物材料全部包裹。熱變形片被聚合物材料全部包裹，一方面使得熱變形片與聚合物材料的連接緊密性更強，且熱變形片在基膜內部形成更均勻、穩定的導電網絡，更有利于復合集流體的力學性能和導電性能。另一方面，這樣包裹性強的熱變形片，在高溫時發生的形變更加明顯，更有利于提升復合集流體的熱安全性能。
9、優選地，雙金屬片包括ni-fe合金、fe-co合金、cu-fe合金中的至少一種；記憶金屬片包括tini合金、cuzn合金、cuznal合金、cualni合金中的至少一種。上述類型的雙金屬片以及記憶金屬片，所形成的復合集流體，在電池一定高溫的時候，能夠實現較為快速的多位點、大面積快速斷路，有效提升復合集流體以及電池的熱安全性能。
10、優選地，基膜厚度為4.5～6μm，熱變形片的厚度為0.3～1.5μm。控制基膜厚度與熱變形片的厚度在上述范圍內，可以保證熱變形片有足夠的空間進行熱變形，同時，能夠保證熱變形片能夠與基膜良好的結合，不會出現明顯的分層現象，提高復合集流體的整體強度。
11、優選地，熱變形片包括條狀熱變形片、網狀熱變形片中的至少一種；網狀熱變形片中，網孔形狀包括三角形、菱形、正方形、六角形、矩形、圓形中的至少一種。條狀、網狀的熱變形片更有利于一定高溫下熱變形片能夠快速地發生明顯的形變，不需本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種復合集流體，其特征在于：依次包括基膜、氧化物涂層、導電層；
2.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述熱變形片在所述基膜中的質量占比為10～20％。
3.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述基膜中，所述熱變形片被所述聚合物材料全部包裹。
4.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述雙金屬片包括Ni-Fe合金、Fe-Co合金、Cu-Fe合金中的至少一種；
5.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述基膜厚度為4.5～6μm，所述熱變形片的厚度為0.3～1.5μm。
6.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述熱變形片包括條狀熱變形片、網狀熱變形片中的至少一種；所述網狀熱變形片中，網孔形狀包括三角形、菱形、正方形、六角形、矩形、圓形中的至少一種。
7.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述氧化物涂層厚度為50～55nm，導電層的厚度為0.5～2μm。
8.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述氧化物涂層中，氧化物包括氧化鋁、氧化硅中的至少一種；>
9.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于，當在所述基膜中，所述熱變形片被所述聚合物材料全部包裹，所述基膜的制備方法包括如下步驟：
10.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于，當在所述基膜中，所述熱變形片以內外穿插的方式與所述聚合物材料結合，所述基膜的制備方法包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種復合集流體，其特征在于：依次包括基膜、氧化物涂層、導電層；
2.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述熱變形片在所述基膜中的質量占比為10～20％。
3.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述基膜中，所述熱變形片被所述聚合物材料全部包裹。
4.如權利要求1中所述復合集流體，其特征在于：所述雙金屬片包括ni-fe合金、fe-co合金、cu-fe合金中的至少一種；
5.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述基膜厚度為4.5～6μm，所述熱變形片的厚度為0.3～1.5μm。
6.如權利要求1所述復合集流體，其特征在于：所述熱變形片包括條狀熱變形片、網狀熱變...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張桐，李學法，張國平，
申請(專利權)人：揚州納力新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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