一种耐高温功能集流体及其制备方法、极片和电池与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种耐高温功能集流体及其制备方法、极片和电池。

背景技术：

1、锂离子电池现已广泛应用于新能源汽车、储能设备、数码产品等领域，随着设备大功率、高倍率使用场景不断增多，电池频繁快充放电、高温运行工况占比持续提升，对内部集流体的耐热稳定性、界面结合强度与电化学适配性提出严苛要求。

2、传统复合集流体普遍采用高分子基材直接贴合金属层的结构形式，两类材料热膨胀系数差异较大，长期高温服役、反复充放电产热过程中，层间易出现脱层、剥离问题；同时常规集流体电磁波与超声能量吸收能力偏弱，充放电局域易积聚热量形成热点，不仅容易诱发界面微观损伤，还会加快电解液副反应，造成电池循环容量快速衰减，高温安全性难以保障。

3、此外，电芯极耳超声焊接制程中，集流体耐热不足易在焊接热作用下产生裂纹缺陷，进一步降低极片导电可靠性与电池使用寿命。现有技术多从基材材质、金属镀层厚度方向优化，未能从层间功能结构层面同步兼顾耐热隔热、能量吸收与界面结合性能，难以适配高负荷、高温化的电池使用需求。因此，研发一款耐高温、结构稳定性佳且电化学性能优异的功能型集流体，具备实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有集流体高温易分层、热量积聚明显、电化学性能衰减快的缺陷，提供一种耐高温功能集流体及其制备方法、极片和电池。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供了一种耐高温功能集流体，包括：高分子基材层和金属层，所述的高分子基材层和金属层之间设有吸波层，所述的吸波层为在金属层朝向高分子基材层的一面形成的吸波改性金属网格结构，所述吸波改性金属网格结构为由金属网格与填充于网格空隙内的吸波材料构成的一体化复合功能结构。

4、为优化上述技术方案，采取的具体限定还包括：

5、还设有热缓冲过渡层，所述的热缓冲过渡层位于吸波层与高分子基材层之间。

6、本申请的第二方面提供了耐高温功能集流体的制备方法，包括以下步骤：

7、s1：金属箔预处理；

8、s2：在金属箔的一面涂覆光敏性聚酰亚胺，经过紫外曝光显影形成网格状掩模空隙；

9、s3：在金属箔具有网格状掩模空隙的一面涂布吸波增强层浆料，使浆料填充掩模空隙，形成具有吸波改性金属网格结构的复合金属箔；

10、s4：使具有吸波改性金属网格结构的复合金属箔高温固化；

11、s5：将复合金属箔具有吸波改性金属网格结构一面与高分子基材热压复合。

12、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

13、所述的步骤s1金属箔预处理为等离子清洗，清洗气体为ar、h2的混合气体。

14、进一步地，所述的步骤s2在金属箔的边缘预留50~100μm的无网孔区。

15、所述的吸波增强层浆料包括质量分数10~20%纳米氮化硅、3~8%石墨烯和5~12%有机粘结剂。

16、进一步地，在步骤s4与s5之间还设有以下步骤：在复合金属箔的具有吸波改性金属网格结构一面上涂布热缓冲材料、固化。

17、所述的热缓冲材料包含以下质量分数的组分：40~50%改性有机硅树脂、20~30%氮化硼纳米片、10~15%二氧化硅气凝胶、0.3~0.5%铂金催化剂和2~4.5%环氧基硅烷偶联剂；

18、所述的固化为阶梯式固化，包括以下阶段：

19、空气气氛下75~80℃固化40~45s，使凝胶化；

20、n2气氛下120~130℃固化80~90s，形成交联；

21、真空下60~65℃固化4~5min，使熟化。

22、本申请的第三方面提供了一种极片，包含上述的耐高温功能集流体。

23、本申请的第四方面提供了一种电池，包含上述的极片。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、本发明的吸波改性金属网格结构的网格空隙几何约束，能够使吸波材料纳米氮化硅、石墨烯定向排布，增强局域电场集中效应；本发明将增强抗高温层改为网状结构而非连续层，可兼顾超声波吸收与导电连续性；同时利用金属网格的电容效应增强局域电场，可提升吸波材料对电磁波的捕获效率。

26、本发明的方法规避了使用光刻胶制备网格状掩模空隙，而是采用光敏性聚酰亚胺制备网格状掩模空隙；一方面光刻胶剥离可能产生损伤，容易使吸波层边缘缺损，另一方面采用光敏性聚酰亚胺替代传统光刻胶制备网格状掩模空隙，在曝光后可保留作为粘结层，无需剥离，提高集流体的力学性能。

27、进一步地，本发明在金属层与高分子基材间增设热缓冲过渡层，避免高分子基材与金属层间因热膨胀系数差异，长期高温环境下出现分层的风险。

1.一种耐高温功能集流体，其特征在于，包括：高分子基材层和金属层，所述的高分子基材层和金属层之间设有吸波层，所述的吸波层为在金属层朝向高分子基材层的一面形成的吸波改性金属网格结构，所述吸波改性金属网格结构为由金属网格与填充于网格空隙内的吸波材料构成的一体化复合功能结构。

2.根据权利要求1所述的耐高温功能集流体，其特征在于，还设有热缓冲过渡层，所述的热缓冲过渡层位于吸波层与高分子基材层之间。

3.根据权利要求1所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1金属箔预处理为等离子清洗，清洗气体为ar、h2的混合气体。

5.根据权利要求3所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于，所述的步骤s2在金属箔的边缘预留50~100μm的无网孔区。

6.根据权利要求3所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于：所述的吸波增强层浆料包括质量分数10~20%纳米氮化硅、3~8%石墨烯和5~12%有机粘结剂。

7.根据权利要求3所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于：在步骤s4与s5之间还设有以下步骤：在复合金属箔的具有吸波改性金属网格结构一面上涂布热缓冲材料、固化。

8.根据权利要求7所述的耐高温功能集流体的制备方法，其特征在于：所述的热缓冲材料包含以下质量分数的组分：40~50%改性有机硅树脂、20~30%氮化硼纳米片、10~15%二氧化硅气凝胶、0.3~0.5%铂金催化剂和2~4.5%环氧基硅烷偶联剂；

9.一种极片，其特征在于：包含权利要求1或2所述的或者权利要求3~8任一项所述方法制备的耐高温功能集流体。

10.一种电池，其特征在于：包含权利要求9所述的极片。