一种复合集流体及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，涉及一种复合集流体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、集流体是指汇集电流的结构或零件，通常为金属箔材料，如铜箔、铝箔。在非水性二次电池即可充电电池（如锂离子电池或钠离子电池等）的制造过程中，由于一般金属箔的轧制表面比较平滑，涂覆活性材料时会产生一些问题，如浸润性差、结合不紧密、结合强度小、结合面积小、不容易粘附等，从而导致活性材料与集流体之间界面电阻大，容易脱落，并且涂覆难度大。

2、在电池的制作过程中，为降低活性材料和集流体的接触电阻，通常在集流体和活性物质间加入一层导电碳层。如cn113140706a提供了一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法，将质量百分比为10%-20%的导电碳黑、70%-80%的去离子水、5%-10%的丁苯橡胶和2%-4%的分散剂制成涂炭浆料，喷涂到锂离子电池的小尺寸圆柱钢壳或圆柱铝壳的内表面，得到涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳。通过涂炭层的处理，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻。再如cn102832392a公开了一种集流体覆碳铝箔及其制备方法，制备的集流体覆碳铝箔是在铝箔上涂覆一层分散性良好的复合导电碳，复合导电碳包括经过分散剂预分散处理后的颗粒状导电炭黑和纤维状导电碳，颗粒状导电炭黑与填充在颗粒状导电炭黑之间的纤维状导电碳构成网状节点形式的导电网络，从而使集流体覆碳铝箔具备良好的导电效果。上述文献中均在集流体和活性物质间加入一层导电碳层，虽然一定程度上可以降低接触电阻，但是目前导电涂层依然存在导电性不稳定、附着力差、不耐溶剂性等问题。

3、因此，如何在保证降低活性材料与集流体之间接触电阻的基础上，进一步地提升集流体的导电稳定性、附着力和耐溶剂性，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种复合集流体及其制备方法和应用。本发明提供的复合集流体，通过第一涂层中复合材料的引入，在碳点和具有共轭结构的聚合物的协同作用下，即降低了复合集流体与活性物质层的接触电阻，又提升了复合集流体的导电性、导电稳定性、附着力、耐腐蚀性和耐溶剂性，减少了电池极化和热效应，还提高了电池的倍率性能。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种复合集流体，所述复合集流体包括基材以及位于所述基材至少一侧表面的第一涂层；所述第一涂层包括复合材料，所述复合材料包括碳点和具有共轭结构的聚合物。

4、本发明提供的复合集流体，通过第一涂层中的碳点和具有共轭结构的聚合物协同配合组成的复合材料对基材的改性，提升了复合集流体的导电性和导电稳定性，一方面可降低复合集流体与活性物质层的接触电阻；另一方面，由于碳点的复合，具有共轭结构的聚合物的耐蚀性能也有所提升，进一步地还提升了复合集流体的耐溶剂性，进而减少了电池极化和热效应，还提高了电池的倍率性能。

5、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

6、优选地，所述具有共轭结构的聚合物原位生长于所述碳点表面。

7、优选地，所述碳点的平均粒径为1~6nm。

8、优选地，所述碳点表面还具有功能化基团，所述功能化基团包括亲水基团；

9、优选地，所述具有共轭结构的聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚苯乙炔中的任意一种或至少两种的组合。

10、优选地，所述第一涂层中还包括聚多巴胺，所述聚多巴胺通过所述碳点与所述具有共轭结构的聚合物相互耦合。

11、优选地，所述第一涂层中还包括第一粘结剂。

12、优选地，所述第一涂层远离所述基材一侧的表面还设置有第二涂层，所述第二涂层包括导电涂层，所述导电涂层包括导电材料和第二粘结剂。

13、优选地，所述第一涂层的厚度为0.5~2μm。

14、优选地，所述导电涂层的厚度为1~5μm。

15、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的复合集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

16、将第一混合液设置于基材至少一侧表面，得到第一涂层，所述第一混合液包括复合材料，所述复合材料包括碳点和具有共轭结构的聚合物。

17、优选地，所述复合材料的制备方法包括：

18、混合碳点、具有共轭结构的单体、引发剂和酸性溶液，进行第一聚合反应，得到原位生长于所述碳点表面的具有共轭结构的聚合物的复合材料。

19、优选地，所述碳点表面还具有功能化基团，具有功能化基团的所述碳点的制备方法如下：

20、混合碳源和氮源，水热反应，得到具有功能化基团的碳点。

21、优选地，所述第一混合液还包括聚多巴胺，包括聚多巴胺的所述第一混合液的制备方法包括：

22、将多巴胺单体、所述复合材料和碱性金属引发剂溶液混合，得到所述第一混合液，将所述第一混合液设置于所述基材至少一侧表面，得到所述第一涂层。

23、优选地，将所述第一混合液设置于所述基材至少一侧表面的制备方法包括：

24、将所述基材置于所述第一混合液中，采用摇床震荡的方法将所述第一混合液设置于所述基材至少一侧表面。

25、优选地，于所述第一涂层远离所述基材一侧的表面进行第二涂层的制备，所述制备方法包括：

26、将导电材料、第二粘结剂和溶剂混合，得到导电浆料，将混合后的所述导电浆料涂覆于所述第一涂层表面，得到所述第二涂层。

27、第三方面，本发明还提供一种电池，所述电池中包括如第一方面所述的复合集流体或如第二方面所述的制备方法制备得到的复合集流体。

28、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

29、本发明提供的复合集流体，其中的复合材料具有溶剂的可分散性及分散稳定性，碳点表面具有丰富的发光陷阱更有利于电子交换，还具有大量sp2团簇可以提高具有共轭结构聚合物的电荷转移能力，两者协同配合，大大提升了复合材料的导电性和导电稳定性，同时还提升了复合材料的耐腐蚀性和耐溶剂性，因此含有复合材料的第一涂层设置于基材表面后，一方面可降低复合集流体与活性物质层的接触电阻；另一方面，复合集流体的耐蚀性能和耐溶剂性也有所提升，进而减少了电池极化和热效应，还提高了电池的倍率性能。

1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体包括基材以及位于所述基材至少一侧表面的第一涂层；所述第一涂层包括复合材料，所述复合材料包括碳点和具有共轭结构的聚合物。

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述复合材料满足以下条件（a）至（d）中的至少一个：

3.根据权利要求1或2所述的复合集流体，其特征在于，所述第一涂层满足以下条件（e）至（f）中的至少一个：

4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一涂层远离所述基材一侧的表面还设置有第二涂层，所述第二涂层包括导电涂层，所述导电涂层包括导电材料和第二粘结剂。

5.根据权利要求4所述的复合集流体，其特征在于，所述复合集流体满足以下条件（g）至（h）中的至少一个：

6.一种如权利要求1-5任一项所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备方法包括：

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述碳点表面还具有功能化基团，具有功能化基团的所述碳点的制备方法如下：

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合液还包括聚多巴胺，包括聚多巴胺的所述第一混合液的制备方法包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将所述第一混合液设置于所述基材至少一侧表面的制备方法包括：

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，于所述第一涂层远离所述基材一侧的表面进行第二涂层的制备，所述制备方法包括：

12.一种电池，其特征在于，所述电池中包括如权利要求1-5任一项所述的复合集流体或如权利要求6-11任一项所述的制备方法制备得到的复合集流体。