一种复合集流体和电化学装置的制作方法

本技术涉及电池材料，尤其涉及一种复合集流体和电化学装置。

背景技术：

1、锂电池作为高效能源存储装置，广泛应用于电动汽车、消费电子等领域。然而，锂电池的安全风险常源于局部物理冲击（如电芯磕碰、跌落等），而非整体破坏。

2、集流体是锂电池的关键辅材，主要作用是导电，通过将电池的活性物质产生的电流汇集起来以形成较大的电流输出，从而实现化学能转化为电能的过程。集流体既充当正负极活性材料的载体，又充当正负极电子收集与传导体，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以产生更大的输出电流，其在锂电池中起着重要作用。

3、现有技术中集流体主要包括金属集流体和塑基集流体；金属集流体例如铝箔或铜箔等，金属集流体虽然导电性好，但受冲击时易变形，形成尖锐毛刺，进而刺穿隔膜导致内部短路，引发热失控；塑基集流体例如pet基复合集流体或pp基复合集流体等，塑基集流体具有一定韧性，但耐冲击性能仍不足，无法有效分散冲击能量，也易出现破损，产生安全风险；综上所述，现有技术提供的集流体仍具有冲击韧性差，无法满足高安全要求的问题。

4、因此，需要开发一种抗冲击性能优异的集流体。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本实用新型提供一种复合集流体和电化学装置，所述复合集流体能实现冲击能量的有效耗散，从而显著提高集流体的抗冲击性能。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、第一方面，本实用新型提供了一种复合集流体，所述复合集流体包括依次设置的第一导电层、第一粘结层、复合支撑层、第二粘结层和第二导电层；所述复合支撑层包括至少两个聚烯烃层和位于所述至少两个聚烯烃层之间的至少一个能量传递层，任意两个能量传递层不直接相邻。

4、本实用新型中，至少两个聚烯烃层和位于所述至少两个聚烯烃层之间的至少一个能量传递层进行复合形成复合支撑层，形成多层结构复合，构建了多层界面，从而能通过分层、能量传递层变形、阻碍裂纹贯穿等多种机制来有效吸收冲击能量，实现能量耗散机制多样化，使复合集流体的冲击韧性大幅度提升。

5、优选地，任意所述能量传递层的断裂伸长率各自独立地≥50%（例如100%、150%、200%、250%、300%、350%或400%等）。

6、优选地，任意所述能量传递层的弹性模量与任意所述聚烯烃层的弹性模量的比各自独立地为(0.05~1):1，例如0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1或0.9:1等。

7、优选地，所述复合支撑层的层间剥离强度≥1.25 n/25mm（例如5 n/25mm、10 n/25mm、15 n/25mm、20 n/25mm或25 n/25mm等）。

8、本实用新型中，所述复合支撑层具有较高的层间剥离强度，层间结合效果好，能确保能量传递。

9、优选地，任意所述能量传递层各自独立地为含极性基的聚合物膜。

10、优选地，任意所述聚烯烃层的弹性模量各自独立地≥2000 mpa，例如2100 mpa、2200 mpa、2300 mpa、2400 mpa、2500 mpa、2600 mpa、2700 mpa、2800 mpa或2900 mpa等。

11、本实用新型中，所述能量传递层的弹性模量和断裂伸长率意指能量传递层中含极性基的聚合物的弹性模量，采用如下方法测得：按照gb/t 1040.1-2018对厚度为500 μm的含极性基的聚合物膜进行拉伸的测试，拉伸速率为100mm/min，测得弹性模量和断裂伸长率。

12、本实用新型中，所述聚烯烃层的弹性模量意指聚烯烃层中聚烯烃的弹性模量，采用如下方法测得：按照gb/t 1040.1-2018对厚度为3 μm的聚烯烃膜进行拉伸的测试，拉伸速率为100 mm/min，测得弹性模量。

13、本实用新型中，通过引入断裂伸长率高、韧性好、粘接性好且与聚烯烃层的弹性模量相匹配的能量传递层，在发生韧性变形和断裂时能进行有效耗能。

14、本实用新型中，所述能量传递层为含极性基的聚合物膜，例如聚氨酯弹性体膜或改性聚丙烯膜，例如极性基为羧基和/或氨基甲酸酯基，只要该含极性基的聚合物膜具备与聚烯烃层良好的界面结合力以及自身的韧性即可。为实现此目的，所述含极性基团的聚合物膜可含有诸如马来酸酐改性的聚丙烯，并可选择性地包含交联组分（如环氧树脂固化剂）以调整其模量与韧性。作为示例，所述改性聚丙烯膜可以参考现有技术中已知的方法进行制备，例如，可采用与专利文献cn118970063a中所述的第一粘结层相类似的原料和工艺来获得具备所需性能的能量传递层。

15、优选地，任意所述聚烯烃层的孔隙率各自独立地为0~40%，例如5%、10%、15%、20%、25%、30%或35%等。

16、优选地，任意所述聚烯烃层各自独立地为聚烯烃膜。

17、优选地，所述聚烯烃膜为超高分子量聚乙烯膜和/或聚丙烯膜。

18、本实用新型中，所述超高分子量聚乙烯膜由超高分子量聚乙烯制成，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量＞100万。

19、优选地，任意所述聚烯烃层的厚度各自独立地为1.5~5 μm，例如2 μm、2.5 μm、3 μm、3.5 μm、4 μm或4.5 μm等。

20、优选地，任意所述能量传递层的厚度各自独立地为0.5~2 μm，例如0.7 μm、0.9 μm、1.1 μm、1.3 μm、1.5 μm、1.7 μm或1.9 μm等。

21、优选地，任意所述聚烯烃层的厚度与任意所述能量传递层的厚度的比各自独立地为3:(0.5~1.5)，例如3:0.6、3:0.7、3:0.8、3:0.9、3:1、3:1.1、3:1.2、3:1.3或3:1.4等。

22、本实用新型中，任意所述聚烯烃层的厚度与任意所述能量传递层的厚度的比各自独立地优选为3:(0.5~1.5)，若能量传递层的厚度过薄，则抗冲击性能下降；若能量传递层的厚度过厚，则抗冲击性能没有明显的进一步提高，且还有影响电芯的能量密度。

23、优选地，所述至少两个聚烯烃层包括第一聚烯烃层和第二聚烯烃层，所述至少一个能量传递层包括第一能量传递层。

24、优选地，所述第一能量传递层设置在第一聚烯烃层和第二聚烯烃层之间。

25、优选地，所述至少两个聚烯烃层包括第一聚烯烃层、第二聚烯烃层和第三聚烯烃层，所述至少一个能量传递层包括第一能量传递层和第二能量传递层。

26、优选地，所述第一能量传递层设置在第一聚烯烃层和第二聚烯烃层之间，所述第二能量传递层设置在第二聚烯烃层和第三聚烯烃层之间。

27、优选地，所述至少两个聚烯烃层包括第一聚烯烃层和第二聚烯烃层，所述至少一个能量传递层包括第一能量传递层和第二能量传递层。

28、优选地，所述复合支撑层还包括基材层。

29、优选地，所述第一能量传递层设置在第一聚烯烃层和基材层之间，所述第二能量传递层设置在基材层和第二聚烯烃层之间。

30、优选地，所述基材层为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚丙烯膜。

31、需要说明的是，本实用新型中，所述第一聚烯烃层、第二聚烯烃层和第三聚烯烃层各自独立，可以采用相同的聚烯烃膜，也可以采用不同的聚烯烃膜；其弹性模量可以相同，也可不同，均优选为≥2000 mpa；其孔隙率可以相同，也可不同，均优选为0~40%。

32、需要说明的是，本实用新型中，所述第一能量传递层和第二能量传递层各自独立，可以采用相同的含极性基的聚合物膜，也可以采用不同的含极性基的聚合物膜；其断裂伸长率可以相同，也可不同，均为≥50%；其弹性模量可以相同，也可不同，所述第一能量传递层和第二能量传递层中任一层的弹性模量均能满足是第一聚烯烃层、第二聚烯烃层和第三聚烯烃层中任一层的弹性模量的5%~100%。

33、本实用新型中，所述复合支撑层的层间剥离强度反映了能量传递层对复合支撑层中其他层结构的粘结性能；当复合支撑层包括依次设置的第一聚烯烃层、第一能量传递层和第二聚烯烃层时，层间剥离强度为第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的剥离强度；当所述复合支撑层包括依次设置的第一聚烯烃层、第一能量传递层、第二聚烯烃层、第二能量传递层和第三聚烯烃层时，层间剥离强度为第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的剥离强度与第二聚烯烃层和第三聚烯烃层的剥离强度的平均值；当复合支撑层包括依次设置的第一聚烯烃层、第一能量传递层、基材层、第二能量传递层和第二聚烯烃层时，层间剥离强度为第一聚烯烃层和基材层的剥离强度与第二聚烯烃层和基材层的剥离强度的平均值。

34、优选地，所述第一导电层和第二导电层各自独立地包括1~5（例如2、3或4等）层的金属层。

35、优选地，所述金属层为铝金属层和/或铜金属层。

36、优选地，所述第一导电层和第二导电层的厚度各自独立地为0.3~5 μm（例如0.5 μm、1 μm、1.5 μm、2 μm、2.5 μm、3 μm、3.5 μm、4 μm或4.5 μm等），进一步优选为0.5~2.5 μm。

37、优选地，所述第一粘结层和第二粘结层的厚度各自独立地为0.2~2 μm，例如0.7 μm、0.9 μm、1.1 μm、1.3 μm、1.5 μm、1.7 μm或1.9 μm等。

38、本实用新型中，所述第一粘结层和第二粘结层没有特殊限制，只要能实现复合支撑层与第一导电层和第二导电层的粘结即可。示例性地，所述第一粘结层和第二粘结层各自独立地为聚氨酯弹性体膜、改性聚乙烯膜、乙烯共聚物膜或改性聚丙烯膜中的任意一种。作为示例，所述第一粘结层和第二粘结层各自独立地为改性聚丙烯膜，可以参考现有技术中已知的方法进行制备，例如，可采用与专利文献cn118970063a中所述的第一粘结层相类似的原料和工艺制备得到。

39、优选地，所述复合支撑层的厚度为4~15 μm，例如5 μm、6 μm、7 μm、8 μm、9 μm、10μm、11 μm、12 μm、13 μm或14 μm等。

40、示例性地，所述复合集流体采用如下方法制备得到：按照第一导电层、第一粘结层、复合支撑层、第二粘结层和第二导电层的顺序进行热压贴合，熟化，得到所述复合集流体。

41、优选地，所述热压贴合的压力为0.3~0.8 mpa，例如0.35 mpa、0.4 mpa、0.45 mpa、0.5 mpa、0.55 mpa、0.6 mpa、0.65 mpa、0.7 mpa或0.75 mpa等。

42、优选地，所述热压贴合的温度为70~110℃，例如75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或105℃等。

43、优选地，所述热压贴合的时间为0.05~1 s，例如0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s、0.5s、0.6 s、0.7 s、0.8 s或0.9 s等。

44、优选地，所述熟化的温度为50~80℃，例如55℃、60℃、65℃、70℃或75℃等。

45、优选地，所述熟化的时间为48~120 h，例如50 h、60 h、70 h、80 h、90 h、100 h或110 h等。

46、优选地，所述复合支撑层在压力为0.1~1 mpa（例如0.2 mpa、0.3 mpa、0.4 mpa、0.5 mpa、0.6 mpa、0.7 mpa、0.8 mpa或0.9 mpa等）、温度为50~120℃（例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃或110℃等）的条件下经热压贴合0.05~1 s（例如0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4s、0.5 s、0.6 s、0.7 s、0.8 s或0.9 s等）制备得到。

47、第二方面，本实用新型提供一种电化学装置，所述电化学装置包括如第一方面所述的复合集流体。

48、优选地，所述电化学装置包括锂电池。

49、与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

50、本实用新型所述复合集流体能通过分层、能量传递层变形、阻碍裂纹贯穿等多种机制来有效吸收冲击能量，实现冲击能量的有效耗散，使抗冲击性能大幅度提升，所述复合集流体的比冲击强度≥5.8 j/mm，穿刺强度≥4.8 n/μm，优选情况下，比冲击强度≥10.0j/mm，穿刺强度≥7.5 n/μm。