一种负极集流体、制备负极集流体的方法和电池与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种负极集流体、制备该负极集流体的方法和包括该负极集流体的电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度、高工作电压、长循环寿命等优异的性能而广泛应用于新能源汽车、储能和3c数码等领域。随着社会的发展与企业的竞争，对锂电池的能量密度提出更高要求。因此，提高锂离子电池的质量能量密度是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、在传统的锂电池中，负极集流体使用铜箔，铜箔在电池中的质量占比较高，对其进行减重是提高锂离子电池能量密度的有效途径。目前通过采用复合集流体，即以高分子聚合物为基底膜，利用物理、化学、电化学等手段在薄膜沉积一定厚度的铜箔层的复合集流体，该复合集流体不仅能够提高锂离子电池的能量密度，还能够提高锂电池的安全性能。但是经研究发现，以聚乙烯(pe)和/或聚丙烯(pp)为基材的复合集流体在焊接中存在以下两个问题：第一，基底膜的耐高温性能较差，容易熔融和软化：常用的超声波焊接的原理是通过高频振动摩擦产生热量，使金属局部熔化实现连接，尽管焊接时间极短（毫秒级），但产生的热量仍会通过薄薄的铜层迅速传导至下面的高分子基底膜，而高分子材料的玻璃化转变温度和熔点远低于金属，因此在焊接中基底膜会迅速软化、熔化甚至分解；第二，复合集流体的结构稳定性较差，容易出现层间剥离：复合集流体的“三明治”结构（铜箔-高分子基底膜-铜箔）依赖于高分子基底膜与金属镀层之间的附着力，一旦基底膜熔化，这种附着力会被严重破坏甚至完全丧失，导致焊接点及其周边区域的铜层与基材发生分层或起泡，从而导致焊接良率不足，影响电池的安全性能。

2、为了解决复合集流体的耐高温性能较差、层间结合力较差和焊接良率不足的问题，本发明提供了一种负极集流体、制备该负极集流体的方法和包括该负极集流体的电池。本发明的负极集流体具有较高的耐高温性能和较高的结构稳定性，在焊接过程中，能够降低甚至避免发生熔融和软化以及降低甚至避免出现层间剥离，从而能够提高负极片的耐高温性能和结构稳定性，提升焊接良率，进而提高电池的安全性能。

3、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种负极集流体，所述负极集流体包括基材层和铜箔层，所述基材层由功能层和主体层构成，在所述基材层的厚度方向上，所述功能层位于所述主体层的两侧表面，所述铜箔层位于两侧的所述功能层远离所述主体层一侧的表面；

4、所述功能层的成分包括若干个交联结构，所述交联结构包括链状结构单元和交联结构单元，所述交联结构单元以共价键的形式连接至少两个所述链状结构单元，以所述基材层的总重量为基准，所述交联结构的重量占比为5%-50%。

5、本发明第二方面提供了一种制备本发明第一方面所述的负极集流体的方法，所述方法包括以下步骤：

6、s1：预处理：对基膜进行常压等离子处理，制得亲水性的基膜；

7、s2：改性制备表层为功能层的基材层：将光引发剂、交联单体和第一溶剂进行第一接触形成第一溶液，将所述第一溶液通过第一涂覆工艺涂覆在所述亲水性的基膜的表面并形成包括湿膜的基材层，将所述包括湿膜的基材层置于烘箱中进行第一处理，随后调整烘箱的温度进行第二处理，制得包括干膜的基材层，将所述包括干膜的基材层置于紫外光源下进行照射，使得基材层的表面发生交联反应，制得包括功能层的基材层；

8、s3：在功能层的表面制备金属层：在所述包括功能层的基材层的相对的两侧表面沉积第一铜箔层，通过电镀在第一铜箔层的表面形成第二铜箔层。

9、本发明第三方面提供了一种电池，所述电池包括负极片，所述负极片包括本发明第一方面所述的负极集流体和/或本发明第二方面所述的方法制备得到的负极集流体。

10、通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：

11、在本发明的负极集流体中，基材层由功能层和主体层构成，在基材层的厚度方向上，功能层位于主体层的两侧表面，铜箔层位于两侧的功能层远离所述主体层一侧的表面；功能层的成分包括若干个交联结构，所述交联结构包括链状结构单元和交联结构单元，所述交联结构单元以共价键的形式连接至少两个所述链状结构单元。

12、经研究发现，高分子基底膜耐高温性能较差的原因在于高分子基底膜的成分为链状结构，链状结构之间只有物理纠缠和微弱的范德华力，物理纠缠和微弱的范德华力是瞬态的，可滑移的物理接触点，稳定性较差，宏观上表现为基底膜的熔融温度较低且在熔融状态下具有流动性，因此基底膜的耐高温性较差。而在本发明的负极集流体中，所述功能层的成分包括若干个交联结构，所述交联结构包括链状结构单元和交联结构单元，所述交联结构单元以共价键的形式连接至少两个所述链状结构单元，即1个交联结构单元能够将至少2个链状结构单元连接在一起，形成一个化学交联点，若干个交联结构单元能够将若干个链状结构单元连接在一起，形成若干个化学交联点，从而在功能层中形成稳定的三维网络结构，该三维网络结构能够限制链状结构单元的流动，提高基材层的熔融温度和耐高温性能，降低甚至避免基材层发生熔融和软化的风险，提升焊接良率。但是若功能层中的交联结构过多，链状结构过度交联，三维网络结构容易发生脆化、应力集中等问题，致使功能层的耐高温性能下降，基于此本发明的负极集流体控制基材层中所述交联结构的重量占比为5%-50%，既能够在功能层中构建较稳定的三维网络结构，限制链状结构单元的流动，提高基材层的熔融温度和耐高温性能，又能够避免功能层中的链状结构单元过度交联导致三维网络结构容易发生的问题，反而影响负极集流体的耐高温性能。

13、本发明的其它特点和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

14、在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

1.一种负极集流体，其特征在于，所述负极集流体包括基材层和铜箔层，所述基材层由功能层和主体层构成，在所述基材层的厚度方向上，所述功能层位于所述主体层的两侧表面，所述铜箔层位于两侧的所述功能层远离所述主体层一侧的表面；

2.根据权利要求1所述的负极集流体，其中，所述链状结构单元的重复单元选自-[c(r1r2)-c(r3r4)]-、-[o-ch2-ch2-o-co-c6h4-co]-中的一种或多种，其中，r1、r2、r3、r4各自独立地选自氢原子、甲基、乙基、丙基，表示连接位点；

3.根据权利要求1所述的负极集流体，其中，所述功能层的平均孔径小于所述主体层的平均孔径；

4.根据权利要求1所述的负极集流体，其中，所述负极集流体满足如下关系式：0.05≤d/d≤0.5，其中，d为所述功能层的厚度，单位为μm，d为所述基材层的厚度，单位为μm；

5.根据权利要求1-4中任一项所述的负极集流体，其中，所述交联结构单元来自于交联单体，所述交联单体包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的一种或多种；

6.根据权利要求5所述的负极集流体，其中，在所述基材层的表面交联单体和/或光引发剂的残余量为小于或等于2000ppm；

7.一种制备权利要求1-6中任一项所述的负极集流体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基膜的厚度为2μm-10μm；

9.根据权利要求7所述的方法，其中，常压等离子处理的工艺为电晕，所述电晕的条件包括：功率为1.5kw-3kw，时间为0.1s-10s；

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括负极片，所述负极片包括权利要求1-6中任一项所述的负极集流体和/或权利要求7-9中任一项所述的方法制备得到的负极集流体。