一种复合集流体及其制备方法、负极极片和电池与流程

本公开涉及集流体，尤其涉及一种复合集流体及其制备方法、负极极片和电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其工作电压高，能量密度大，循环寿命长等优点，被广泛应用于3c电子产品（即，计算机、通信和消费类电子产品的统称）、新能源汽车、储能等领域。而更高的能量密度、安全性和稳定性是锂电池生产企业一直在追求的目标。集流体是锂电池中负责电子收集和传输的部件，通过改进集流体来提升锂电池性能是锂电池领域研究热点之一。

2、现有技术方案包括：第一种，如中国专利cn108701817b和中国专利cn110676463b都通过一定的技术手段在集流体表面设计增加凹凸结构，从而增加了活性物质与集流体间的粘结牢度，并进一步提升了锂电池的稳定性。然而，上述两个专利都是在纯金属箔型集流体上做的改进，其面密度较高，无法提升电池能量密度，并且纯金属箔型集流体在硬物穿刺时的安全性较差。第二种，采用高分子-金属复合集流体，虽能一定程度上降低集流体重量，硬物穿刺时的安全性比纯金属型的好，但导电层与活性物质的接触面积小，且结合力差，电池稳定性差。

3、因此，降低集流体重量的同时、降低面密度、使集流体提供更大的接触面积，并最终实现锂电池能量密度、安全性和稳定性是本行业中亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种复合集流体及其制备方法、负极极片和电池，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、第一方面，本申请提供了一种复合集流体，包括：

3、基底层；

4、导电层，至少设于所述基底层的第一表面；

5、所述导电层由第1~n级导电部组成，n为≥2的整数；

6、其中，第n级导电部设有多个，多个第n级导电部沿着第n-1级导电部长度方向相间隔地设置于第n-1级导电部的至少一侧边上；

7、所述第n-1级导电部的宽度大于所述第n级导电部的宽度，所述第n-1级导电部的厚度大于所述第n级导电部的厚度。

8、本申请采用基底层和导电层组成该复合集流体，该复合集流体降低了集流体重量，提升了锂电池能量密度：相较于现有纯金属箔型的集流体以及现有普通复合集流体，本申请导电层由第1~n导电部组成，这些第1~n导电部组成的导电层为图案化导电层，因此本申请复合集流体为图案化复合集流体，这种图案化复合集流体可显著降低集流体的面密度，从而更进一步提升锂电池的能量密度。

9、由于本申请复合集流体为图案化复合集流体且具有一定的长度、宽度和厚度，使得图案化集流体为立体结构，从而含有丰富的侧面面积，能增加与活性物质之间的接触面积以及增加与活性物质之间的粘结牢度，进而提升电池稳定性；具体地，由于第n级导电部沿着第n-1级导电部长度方向相间隔地设置于第n-1级导电部的至少一侧边上，使得这些第n级导电部自第1级导电部上形成丰富的向外延伸的触角，这些向外延伸的触角不仅使图案化复合集流体含有丰富的侧面面积，从而增加与活性物质之间的接触面积，而且这些向外延伸的触角还形成具有类似于“沙漠固沙”的草方格作用，能牢固地抓紧表面的活性物质，增加增加粘结牢度。

10、本申请中，复合集流体由基底层和至少设于基底层的第一表面的导电层组成；该基底层采用不导电的聚合物制备。与传统纯金属型集流体相比，本申请复合集流体依托绝缘聚合物基底层，在硬物穿刺时，既不易产生大尺寸金属毛刺，也不易形成导电通路；该基底层具有“保险丝”功能，能够有效保障并提升锂电池整体安全性能。

11、在一可实施方式中，所述导电层设有一层，并且所述导电层设于所述基底层的所述第一表面；或者，

12、所述导电层设有两层，两层所述导电层分别设于所述基底层的第一表面和第二表面上，所述基底层的第一表面和第二表面相对。

13、在一可实施方式中，位于所述第n-1级导电部同一侧边上的第n级导电部之间相平行设置。

14、在一可实施方式中，多个第n级导电部沿着第n-1级导电部长度方向相间隔地设置于所述第n-1级导电部的第一侧边和第二侧边上，所述第n-1级导电部的第一侧边和第二侧边相对。

15、在一可实施方式中，所述基底层的第一表面上的所述导电层设有一个或多个；其中，一个所述导电层平铺设于所述基底层的所述第一表面；

16、多个所述导电层并列且间隔平铺设于所述基底层的所述第一表面。

17、在一可实施方式中，所述第1~n导电部的自由端与所述基底层之间的厚度距离均在0.05~5μm范围内。

18、在一可实施方式中，所述第1~n级导电部的宽度均在0.1~5mm范围内，且第n级导电部的宽度为第n-1级导电部宽度的10%~50%。

19、在一可实施方式中，覆盖在所述基底层第一表面上的第1~n级导电部的总覆盖面积为所述基底层第一表面面积的30~70%。

20、在一可实施方式中，所述复合集流体还包括粘结增强层和/或防氧化层，所述粘结增强层层叠设于所述基底层和所述导电层之间，所述防氧化层层叠设于所述导电层背向所述基底层的表面。

21、第二方面，本申请提供了复合集流体的制备方法，所述方法包括：

22、提供基材，对所述基材预处理，得到所述基底层；

23、在所述基底层第一表面上磁控溅射一层导电金属层；

24、利用激光加工设备根据预定加工图案对所述导电金属层进行激光刻蚀处理，得到图案化金属层；

25、将所述图案化金属层清洗后进行水平电镀，得到所述导电层；所述水平电镀的运转速度为0.5~3m/min。

26、本申请中，采用激光刻蚀与水平电镀相结合的工艺，并且利用不同线宽处电流密度不同，沉积速率也不同的技术特点，即在相同的电镀时间内，线宽较大处沉积的导电部厚度较大，线宽较小处沉积的导电部厚度较小。相较于先通过增厚完成的复合铜箔再做图案化的处理，本申请制备方法图案化处理速度快，并且节约原材料。通过本申请的制备方法，高效率地获得微观结构一致性较好的具有立体结构的复合集流体。

27、在一可实施方式中，所述方法还包括：在所述导电金属层制备之前，先在所述基底层的第一表面磁控溅射一层粘结增强层，而后在所述粘结增强层背向基底层的表面磁控溅射一层所述导电金属层；和/或，

28、将所述导电层水洗后，在所述导电层背向所述基底层的表面抗氧化处理，得到防氧化层。

29、第三方面，本申请提供了一种负极极片，包括复合集流体。

30、第四方面，本申请提供了一种锂电池，包括复合集流体，或负极极片。

31、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

1.一种复合集流体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述导电层设有一层，并且所述导电层设于所述基底层的所述第一表面；或者，

3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，位于所述第n-1级导电部同一侧边上的第n级导电部之间相平行设置。

4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，多个所述第n级导电部沿着所述第n-1级导电部长度方向相间隔地设置于所述第n-1级导电部的第一侧边和第二侧边上，所述第n-1级导电部的第一侧边和第二侧边相对。

5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述基底层的第一表面上的所述导电层设有一个或多个；其中，一个所述导电层平铺设于所述基底层的所述第一表面；或者，

6.根据权利要求1-5任意一项所述的复合集流体，其特征在于，所述第1~n级导电部的自由端与所述基底层之间的厚度距离均在0.05~5μm范围内。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的复合集流体，其特征在于，所述第1~n级导电部的宽度均在0.1~5mm范围内，且第n级导电部的宽度为第n-1级导电部宽度的10%~50%。

8.根据权利要求6或7所述的复合集流体，其特征在于，覆盖在所述基底层第一表面上的第1~n级导电部的总覆盖面积为所述基底层第一表面面积的30~70%。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的复合集流体，其特征在于，所述复合集流体还包括粘结增强层和/或防氧化层，所述粘结增强层层叠设于所述基底层和所述导电层之间，所述防氧化层层叠设于所述导电层背向所述基底层的表面。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述复合集流体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

12.一种负极极片，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的复合集流体或权利要求10或11所述制备方法制备的复合集流体。

13.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的复合集流体或权利要求10或11所述制备方法制备的复合集流体，或权利要求12所述的负极极片。