本發(fā)明屬于鋰離子電池材料，涉及一種集流體，具體地說是一種熱敏斷裂的安全集流體、制備方法及應用。

背景技術：

1、集流體是鋰離子電池的重要組成部分，其主要作用是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出。鋰離子電池正常使用時，溫度一般在室溫，但當電池內(nèi)存在導電異物，或者是受到外部沖擊或應力時，電池內(nèi)部會發(fā)生短路，產(chǎn)生焦耳熱或極化熱，這種熱量會導致易燃有機電解液或金屬鋰發(fā)生化學反應，產(chǎn)生高溫氣體，并增加熱失控的可能性。當發(fā)生熱失控時，可能會冒煙、起火，嚴重時可能會燃爆，危及使用者的人身安全。傳統(tǒng)鋰離子電池中正極集流體通常采用鋁箔、負極集流體通常采用銅箔，但由于鋁箔的熔斷溫度是660℃、銅箔的熔斷溫度是1083.4℃，而電解液、金屬鋰的引燃溫度通常為200℃左右，因此當電池溫度過高，電解液、金屬鋰發(fā)生發(fā)生燃爆時，集流體仍未被破壞，各能量單元仍然能通過集流體的電子導電相互助力，進而造成更加危險的事故。同時，鋁箔和銅箔在鋰離子電池的原材料成本中占比高達15%以上。因此，設計一款具有安全性且成本較低的集流體對于鋰離子電池的發(fā)展具有重要意義。

2、公開號為“cn?111384404?a”、名稱為“一種超輕導電集流體”的中國發(fā)明專利中，公開了一種利用高分子ptc塑料薄膜作為支撐層，沉積石墨烯作為導電增強層，之后進行激光打孔，形成層狀多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯/高分子ptc塑料薄膜集流體。該集流體在電池溫度超過居里溫度時，高分子ptc塑料薄膜體積膨脹，其導電電阻大幅度提高，降低了導電增強層石墨烯的電子通路，減少了電池在發(fā)生短路或溫度過高時出現(xiàn)的熱失控概率，提升電池的安全性。但高分子ptc塑料薄膜和沉積石墨烯導電增強層并未切斷電流，電池熱失控風險依然存在。同時制備該集流體需要先制備ptc塑料、熱壓成膜，再濺射石墨烯成膜，制備過程復雜、對于工藝及設備要求較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，旨在要提供一種熱敏斷裂的安全集流體、制備方法及應用，以解決目前鋰離子電池集流體的熱敏安全性較低、生產(chǎn)成本較高以及制備工藝復雜不適合工業(yè)化生產(chǎn)等問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種熱敏斷裂的安全集流體，它包括具有通孔的高分子層，以及由涂布于高分子層表面的導電漿料干燥后形成的導電層，所述導電漿料涂布于高分子層表面時滲透進通孔內(nèi)，使得上下表面的導電層連接；

4、所述高分子層為在110~190℃下發(fā)生斷裂的高分子材料薄膜或無紡布；

5、所述高分子層的厚度為10~20um，單層導電層的厚度≤5um。

6、作為一種限定，所述高分子材料薄膜或無紡布上通孔的孔徑為100~1000um，高分子層的孔隙率為20%~70%。

7、作為進一步限定，所述導電層和高分子層的粘結(jié)力為3~9mpa，180°剝離強度為9~35n/cm；所述集流體的電導率為102~106s/m。

8、作為另一種限定，所述高分子材料包括聚丙烯（pp）、聚乙烯（pe）、聚氨酯（pu）、聚氯乙烯（pvc）或聚酰亞胺（pi）。

9、作為進一步限定，所述導電漿料由質(zhì)量比為1:（0.1~0.3）：（2.04~24.7）的非金屬導電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合而成；

10、所述非金屬導電劑包括sp導電劑、碳納米管（cnt）和石墨烯中的至少一種；

11、所述粘結(jié)劑包括聚偏二氟乙烯（pvdf）、羧甲基纖維素鈉（cmc）和聚丙烯酸（paa）中的至少一種；

12、所述溶劑包括n-甲基吡咯烷酮和/或水。

13、本發(fā)明還提供了上述熱敏斷裂的安全集流體的一種制備方法，包括以下步驟：

14、s1.對高分子材料薄膜進行等離子表面處理后，開設通孔，形成高分子層；

15、s2.將非金屬導電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合，制備導電漿料；

16、s3.將導電漿料涂布于高分子層表面，并使導電漿料滲透進通孔內(nèi)，干燥，即得所述安全集流體；

17、所述導電漿料的固含量為5%~35%，察恩粘度為10~20s。

18、作為一種限定，所述開設通孔的方法包括激光打孔。

19、本發(fā)明還提供了上述熱敏斷裂的安全集流體的另一種制備方法，包括以下步驟：

20、s1.對高分子材料無紡布進行等離子表面處理后，形成高分子層；

21、s2.將非金屬導電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合，制備導電漿料；

22、s3.將導電漿料涂布于高分子層表面，并使導電漿料滲透進通孔內(nèi)，干燥，即得所述安全集流體；

23、所述導電漿料的固含量為5%~35%，察恩粘度為10~20s。

24、作為一種限定，所述涂布的方法包括刷涂、浸涂或旋涂。

25、本發(fā)明還提供了上述的一種熱敏斷裂的安全集流體的應用，所述安全集流體用于鋰離子電池正極和/或負極集流體。

26、由于采用了上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，所取得的技術進步在于：

27、①本發(fā)明提供的一種熱敏斷裂的安全集流體，采用在110~190℃下發(fā)生斷裂的、不導電的高分子層作為支撐，在高分子層上開設通孔，之后在其表面涂布導電漿料形成導電層，由于設有通孔，導電漿料也滲透進通孔內(nèi)連接上下導電層，因此集流體元件正常工作時能導電；一旦溫度達到斷裂溫度，作為支撐的高分子材料發(fā)生熔斷，結(jié)構(gòu)完全破壞，由于導電層僅涂覆在高分子層上、并非剛性結(jié)構(gòu)，因此導電層（包括滲透進通孔的導電漿料）也將發(fā)生完全的破壞，此時集流體不再導電，使得鋰離子電池內(nèi)部分成若干個沒有電流聯(lián)系的孤立的能量單元，電池內(nèi)部的溫度就會停止進一步提升，不會達到電解液的燃爆溫度，保證了電池的安全，避免了危險事故的發(fā)生；

28、②本發(fā)明提供的一種熱敏斷裂的安全集流體，在高分子層上開設通孔，使得導電漿料滲透進通孔內(nèi)，一方面能夠使得上下導電層連接，進而使整個集流體能夠?qū)щ?；另一方面，通孔?nèi)的導電漿料和導電層成為一體，使得整個集流體形成三維立體互嵌結(jié)構(gòu)（導電層和高分子層通過通孔內(nèi)的導電漿料嵌合成一體），從而使得導電層與高分子層之間除了范德華力和氫鍵的作用外，還包括導電漿料干燥后的固定連接作用，因此層間粘結(jié)力高，集流體元件更穩(wěn)固；

29、③本發(fā)明提供的一種熱敏斷裂的安全集流體的制備方法，直接使用購買的高分子材料薄膜打孔或無紡布，在表面涂布導電層，制備工藝簡單，對于設備要求不高，且生產(chǎn)成本較銅箔、鋁箔等大大降低，適合工業(yè)化生產(chǎn)；

30、④本發(fā)明提供的一種熱敏斷裂的安全集流體的制備方法，對高分子層進行等離子表面處理，引入極性基團-oh、-cooh等提高表面活性，使得導電層和高分子層間產(chǎn)生氫鍵和范德華力作用，增加層間粘結(jié)力。

31、本發(fā)明提供的安全集流體在110~190℃下發(fā)生斷裂，不再導電，從而使得電池內(nèi)部被分成沒有電流聯(lián)系的孤立能量單元，保證了電池在高溫下的安全，避免了危險事故的發(fā)生，同時制備工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。