本申請(qǐng)涉及電池領(lǐng)域，具體地講，涉及一種集流體及其極片和電池。

背景技術(shù)：

鋰離子電池由于具備能量密度大、輸出功率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。然而鋰離子電池在受到擠壓、碰撞或穿刺等異常情況時(shí)很容易發(fā)生著火、爆炸，從而引起嚴(yán)重危害。因此鋰離子電池的安全問(wèn)題很大程度地限制了鋰離子電池的應(yīng)用和普及。

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池內(nèi)短路是造成鋰離子電池安全隱患的根本所在。為了避免發(fā)生電池內(nèi)短路，研究者們?cè)噲D改進(jìn)隔膜結(jié)構(gòu)、電池機(jī)械結(jié)構(gòu)等。其中有些研究是從改善集流體的設(shè)計(jì)方面來(lái)提升鋰離子電池的安全性能。

為提升其安全性能，對(duì)包括安全涂層在內(nèi)的多種安全方案均進(jìn)行了研究。安全涂層的概念是指在電池的正極、負(fù)極或者隔離膜表面涂覆一層絕緣物，通過(guò)提高極片電阻或隔離膜機(jī)械性能降低電流大小或減少短路面積，從而實(shí)現(xiàn)安全性能的提高。安全涂層在鋰離子電池的應(yīng)用起到了一定的效果，但是在大容量電芯尤其是動(dòng)力電芯中，由于能量及體積增大，這些較薄的涂層在應(yīng)用的過(guò)程中無(wú)法有效地抑制短路概率和溫度上升，容易造成熱失控和著火現(xiàn)象。

鑒于此，特提出本申請(qǐng)，以更有效地改善電池在極端情況下的安全性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的首要發(fā)明目的在于提出一種集流體。

本申請(qǐng)的第二發(fā)明目的在于提出采用本申請(qǐng)集流體的極片。

本申請(qǐng)的第三發(fā)明目的在于提出采用本申請(qǐng)極片的電池。

為了完成本申請(qǐng)的目的，采用的技術(shù)方案為：

本申請(qǐng)涉及一種集流體，包括PPTC材料層和金屬層，

所述PPTC材料層用于承載所述金屬層；

所述金屬層用于承載電極活性材料層，且所述金屬層位于所述PPTC材料層的至少一個(gè)表面上。

優(yōu)選的，所述金屬層的厚度為0.5～10μm，優(yōu)選1～3μm。

優(yōu)選的，所述PPTC材料層的厚度為4～20μm，優(yōu)選10～16μm。

優(yōu)選的，所述金屬層的拉伸強(qiáng)度為150N/mm²～250N/mm²。

優(yōu)選的，所述PPTC材料層中的PPTC材料包括聚合物和導(dǎo)電劑；

所述導(dǎo)電劑優(yōu)選金屬導(dǎo)電材料、碳基導(dǎo)電材料、導(dǎo)電陶瓷材料中的至少一種；

所述金屬導(dǎo)電材料優(yōu)選鋁、銅、鎳、鈦、銀、鎳銅合金、鋁鋯合金中的至少一種，所述碳基導(dǎo)電材料優(yōu)選石墨、炭黑、碳纖維中的至少一種，所述導(dǎo)電陶瓷材料優(yōu)選碳化鎢。

優(yōu)選的，所述聚合物的熔點(diǎn)小于160℃，優(yōu)選的，所述聚合物選自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚偏氟乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁烯、醋酸纖維素、聚酰胺中的至少一種。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分比含量為10％～40％，所述聚合物的質(zhì)量百分比含量為60～90％。

優(yōu)選的，所述金屬層通過(guò)機(jī)械輥軋、粘結(jié)、氣相沉積法、化學(xué)鍍中的至少一種形成于所述PPTC材料層上。

本申請(qǐng)涉及一種極片，包括本申請(qǐng)的集流體和形成于所述集流體表面的電極活性材料層。

本申請(qǐng)還涉及一種電池，包括正極極片、隔膜和負(fù)極極片，所述正極極片和/或負(fù)極極片為本申請(qǐng)的極片。

本申請(qǐng)的技術(shù)方案至少具有以下有益的效果：

本申請(qǐng)中PPTC材料層不僅僅用于承載金屬層，由于其PPTC材料的特性，在過(guò)充及短路引起的溫度升高階段，能夠起到迅速增大電阻的作用，通過(guò)降低電流值來(lái)抑制焦耳熱的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步提高了電池的安全性能，還可以提高過(guò)充安全性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本申請(qǐng)某一具體實(shí)施方式的正極集流體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請(qǐng)又一具體實(shí)施方式的正極集流體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請(qǐng)某一具體實(shí)施方式的負(fù)極集流體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本申請(qǐng)又一具體實(shí)施方式的負(fù)極集流體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本申請(qǐng)某一具體實(shí)施方式的正極極片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本申請(qǐng)又一具體實(shí)施方式的正極極片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本申請(qǐng)某一具體實(shí)施方式的負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本申請(qǐng)又一具體實(shí)施方式的負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本申請(qǐng)的PPTC材料抑制切斷電流的示意圖；

圖10為本申請(qǐng)極片受異物穿入后產(chǎn)生毛刺的示意圖；

圖11為本申請(qǐng)某一具體實(shí)施方式的鋰離子電池的循環(huán)性能曲線；

其中：

10-正極集流體；

101-正極PPTC材料層；

102-正極金屬層；

11-正極活性材料層；

20-負(fù)極集流體；

201-負(fù)極PPTC材料層；

202-負(fù)極金屬層；

21-負(fù)極活性材料層；

3-PPTC材料；

31-聚合物；

32-導(dǎo)電劑；

33-導(dǎo)電鏈；

4-毛刺；

5-異物。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本申請(qǐng)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本申請(qǐng)而不用于限制本申請(qǐng)的范圍。

本申請(qǐng)涉及一種集流體，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1～4所示，包括PPTC材料層和金屬層，PPTC材料層用于承載金屬層，金屬層用于承載電極活性材料層，且金屬層位于PPTC材料層的至少一個(gè)表面上。可在PPTC材料層的相對(duì)的兩個(gè)表面上均設(shè)置有金屬層，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖3所示；也可在僅PPTC材料層的一面上設(shè)置有金屬層，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2和圖4所示。

在本申請(qǐng)中，PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficent)材料是聚合物基正溫度系數(shù)材料的縮寫，通常由聚合物、導(dǎo)電劑組成。PPTC材料在低溫時(shí)，聚合物結(jié)晶間的導(dǎo)電粒子構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，呈導(dǎo)通狀態(tài)，因而呈現(xiàn)低電阻，約數(shù)mΩ到數(shù)Ω之間。當(dāng)電流過(guò)大，致使溫度升高時(shí)，體積膨脹，聚合物由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)為非結(jié)晶態(tài)，使導(dǎo)電粒子的連系網(wǎng)絡(luò)斷裂，因而不導(dǎo)通或絕緣，從而使電阻大大提高，從而使短路電流大大降低，從而可大大降低短路電流產(chǎn)生的熱量。當(dāng)溫度降低、且不再有大電流后，待一小段時(shí)間恢復(fù)結(jié)晶狀態(tài)，又可導(dǎo)通。在本申請(qǐng)的集流體中，利用了PPTC材料在高溫下具有阻值升高的特性，在短路發(fā)生時(shí)能夠抑制短路電流的產(chǎn)生，過(guò)充時(shí)也能因?yàn)闇囟壬叨袛嚯娮与娐?，從而可提高了電池的安全性能。此外，電池常?jiàn)的過(guò)充測(cè)試中電流不斷涌入將提高電池溫度，在達(dá)到PPTC的作用溫度后也會(huì)起到切斷電流的效果，因此本申請(qǐng)的集流體不僅僅可以用于提高由于異物導(dǎo)致的短路安全性能，還可以提高過(guò)充安全性能。

其中，PPTC材料層抑制切斷電流的示意圖如圖9所示，其中，左圖表示正常狀態(tài)下的PPTC材料3，PPTC材料3中含有聚合物31和導(dǎo)電劑32，形成上文所述的導(dǎo)電鏈33。右圖表示當(dāng)短路或過(guò)充發(fā)生后的PPTC材料3，大量焦耳熱產(chǎn)生，造成的溫度上升將觸發(fā)PPTC材料3的作用機(jī)制，即聚合物31發(fā)生膨脹，將導(dǎo)電劑32的距離拉開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)切斷導(dǎo)電鏈33的目的，繼而避免了進(jìn)一步的焦耳熱產(chǎn)生。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，金屬層的厚度為0.5～10μm，金屬層厚度的上限可為10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm，金屬層厚度的下限可為0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm，金屬層的厚度可有上限和下限的任意數(shù)值構(gòu)成；優(yōu)選的，金屬層的厚度為1～5μm，更優(yōu)選1～3μm。

本申請(qǐng)的集流體由于使用了PPTC材料層作為基材，因而可在保證集流體導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上減小金屬層的厚度。以常規(guī)鋰離子電池(以Al箔作為陰極集流體，以Cu箔作為陽(yáng)極集流體，其厚度大于10μm)為例，發(fā)生短路的原因包括以下的四種情況：

1、Al箔與Cu箔接觸；

2、Al箔與陽(yáng)極活性材料接觸；

3、Cu箔與陰極活性材料接觸；

4、陰極活性材料與陽(yáng)極活性材料接觸。

常規(guī)鋰離子電池中作為集流體的Al箔、Cu箔，由于其厚度較大，因此當(dāng)外部異物刺入時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生金屬毛刺。尤其是由于Al箔較軟，更易產(chǎn)生毛刺并且Al毛刺的長(zhǎng)度較長(zhǎng)(至少可達(dá)10μm以上)，從而直接與陽(yáng)極活性材料接觸而形成短路。如圖10所示，Al箔在異物3的帶動(dòng)下形成了毛刺4。因此，以第2種情況最易發(fā)生，這也是提高電池安全性能所需要克服的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

其中，Al箔的裸露原因可能由以下原因造成：

1、制造過(guò)程中的毛刺引入；

2、活性材料與Al箔的接觸不緊密；

3、制造過(guò)程中的異物引入；

4、外部異物的刺入。

其中前三種原因在生產(chǎn)廠家制作時(shí)均有方法進(jìn)行檢測(cè)篩選，淘汰掉不良品，但是第四種外部異物的突然刺入是在使用過(guò)程中出現(xiàn)的，具有偶然性和突然性，一旦發(fā)生異物刺入，將直接導(dǎo)致Al毛刺的生成，從而引發(fā)Al箔與陽(yáng)極活性材料接觸。本申請(qǐng)的集流體大大降低了金屬層的厚度，從而大大降低了金屬層產(chǎn)生毛刺的概率，從而進(jìn)一步提高了安全性能。尤其是當(dāng)本申請(qǐng)中的金屬層為5μm以下，甚至3μm以下時(shí)，異物刺入的情況下產(chǎn)生毛刺的長(zhǎng)度大大降低，很難刺穿厚度十幾μm的隔膜與陽(yáng)極接觸，從而避免了最嚴(yán)重的短路接觸方式，極大提高了安全性能。即，采用薄鋁箔與PPTC材料層制備得到的復(fù)合材料作為正極集流體，可同時(shí)起到降低Al箔毛刺概率及提高短路電阻的作用，兩種效果協(xié)同作用從而進(jìn)一步提高力鋰離子電池的安全性能。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，PPTC材料層的厚度為4～20μm，PPTC材料層厚度的上限可為10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm，PPTC材料層厚度的下限可為0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm，PPTC材料層的厚度可有上限和下限的任意數(shù)值構(gòu)成，優(yōu)選的，PPTC材料層的厚度為10～16μm。在本申請(qǐng)中，如果PPTC材料層的厚度過(guò)小，其對(duì)金屬層的支撐作用不足，如果PPTC材料層的厚度過(guò)大，則會(huì)損失電池的能量密度。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，金屬層的拉伸強(qiáng)度為150N/mm²～250N/mm²。如果金屬層的拉伸強(qiáng)度過(guò)大，則工藝上難以實(shí)現(xiàn)，會(huì)帶來(lái)成本上的大幅增加，如果金屬層的拉伸強(qiáng)度過(guò)小，則在制作過(guò)程中容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)品優(yōu)率過(guò)低。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，PPTC材料層中的PPTC材料包括聚合物和導(dǎo)電劑；其中，導(dǎo)電劑優(yōu)選金屬導(dǎo)電材料、碳基導(dǎo)電材料、導(dǎo)電陶瓷材料中的至少一種；金屬導(dǎo)電材料優(yōu)選鋁、銅、鎳、鈦、銀、鎳銅合金、鋁鋯合金中的至少一種，碳基導(dǎo)電材料優(yōu)選石墨、炭黑、碳纖維(VGCF)中的至少一種，導(dǎo)電陶瓷材料優(yōu)選碳化鎢。其中，石墨導(dǎo)電劑可選用KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15等，炭黑可選用乙炔黑、350G、科琴黑、Super P等。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，聚合物的熔點(diǎn)小于160℃。如果聚合物的熔點(diǎn)過(guò)大，則其作用溫度較高，無(wú)法及時(shí)在較低溫度時(shí)產(chǎn)生效果，導(dǎo)致高溫下電芯已經(jīng)發(fā)生熱失控，即使生效也無(wú)法控制。如果聚合物的熔點(diǎn)過(guò)小，則在較低溫度下就發(fā)生作用，有可能影響到電芯的正常使用。具體的，聚合物優(yōu)選低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene，簡(jiǎn)稱LDPE)、高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，簡(jiǎn)稱HDPE)、環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy resin)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidenefluoride，簡(jiǎn)稱PVDF)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(Ethylene-ethyl acrylate，簡(jiǎn)稱EEA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer，簡(jiǎn)稱EVA)、聚丁烯(Polybutene，簡(jiǎn)稱PB)、醋酸纖維素(cellulose acetate，簡(jiǎn)稱CA)、聚酰胺(Polyamide，簡(jiǎn)稱PA)中的至少一種。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，PPTC材料中含有質(zhì)量百分比含量為10％～40％的導(dǎo)電劑和質(zhì)量百分比含量為60～90％的聚合物。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，金屬層的材料為銅或鋁。優(yōu)選的，金屬層中金屬的質(zhì)量百分比含量＞99.5％。

作為本申請(qǐng)集流體的一種改進(jìn)，金屬層通過(guò)機(jī)械輥軋、粘結(jié)、氣相沉積法(vapor deposition)、化學(xué)鍍(Electroless plating)中的至少一種形成于PPTC材料層上。

其中，氣相沉積法優(yōu)選物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)；

物理氣相沉積法優(yōu)選蒸發(fā)法、濺射法中的至少一種；所述蒸發(fā)法優(yōu)選真空蒸鍍法(vacuum evaporating)、熱蒸發(fā)法(Thermal Evaporation Deposition)、電子束蒸發(fā)法(electron beam evaporation method，EBEM)中的至少一種，所述濺射法優(yōu)選磁控濺射法(Magnetron sputtering)。

作為本申請(qǐng)的另一方面，本申請(qǐng)還涉及一種極片，包括本申請(qǐng)的集流體以及形成于集流體表面的電極活性材料層。

當(dāng)極片為正極極片時(shí)，包括本申請(qǐng)的正極集流體10和形成于正極集流體10表面的正極活性材料層11，其中正極集流體10包括正極PPTC材料層101和正極金屬層102。其中，正極集流體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示，正極極片結(jié)構(gòu)示意圖如圖5和圖6所示。

當(dāng)極片為負(fù)極極片時(shí)，包括本申請(qǐng)的負(fù)極集流體20和形成于負(fù)極集流體20表面的負(fù)極活性材料層21，其中負(fù)極集流體20包括負(fù)極PPTC材料層201和負(fù)極金屬層202。其中，負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3和圖4所示，負(fù)極極片結(jié)構(gòu)示意圖如圖7和圖8所示。

其中，如圖1和圖3所示，當(dāng)PPTC材料層的雙面設(shè)置有金屬層，集流體雙面涂覆活性物質(zhì)，制備得到的極片如圖5和圖7所示，可直接應(yīng)用于電池中。

如圖2和圖4所示，當(dāng)PPTC材料層的單面設(shè)置有金屬層時(shí)，集流體單面涂覆活性物質(zhì)，制備得到的極片如圖6和圖8所示，可折疊后應(yīng)用于電池中。

作為本申請(qǐng)的第三方面，本申請(qǐng)還涉及一種電池，包括正極極片、隔膜和負(fù)極極片。正極極片和/或負(fù)極極片為上述本申請(qǐng)的極片。本申請(qǐng)的電池可為卷繞式，也可為疊片式。本申請(qǐng)的電池可以為鋰離子二次電池、鋰一次電池、鈉離子電池、鎂離子電池中的一種。但并不局限于此。

以鋰離子電池的正極極片為例，電極活性材料層中含有活性材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。

其中，正極活性材料可選自鈷酸鋰(LiCoO₂)、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳金屬氧化物(NCM)中的一種或幾種；

導(dǎo)電劑可選自乙炔黑、導(dǎo)電炭黑(如Super-P、Super-S、350G等)、碳纖維(VGCF)、科琴黑中的一種或幾種。

粘結(jié)劑可選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯腈多元共聚物的一種或幾種。

作為本申請(qǐng)的第四方面，本申請(qǐng)還涉及上述集流體、極片和電池的制備方法。

一、集流體的制備方法至少包括以下步驟：

1、PPTC材料層的制備：按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將60～90％的聚合物熔融后加入10％～40％的導(dǎo)電劑，混合均勻后倒入模具中形成所需厚度的PPTC材料層；優(yōu)選的，反應(yīng)溫度使用聚合物種類不同在70～160℃之間。

2、集流體的制備：將所述PPTC材料層的至少一個(gè)面上通過(guò)機(jī)械輥軋、粘結(jié)、氣相沉積法(vapor deposition)、化學(xué)鍍(Electroless plating)制備金屬層。

二、極片的制備：

1、電極活性材料漿料的制備：將合適比例的電極活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑添加到有機(jī)溶劑中攪拌混合，得到均勻分散的漿料，固含量控制在30％～70％范圍以內(nèi)，粘度控制在500～4000mPa·s之間；

其中，有機(jī)溶劑可選自無(wú)水乙醇、異丙醇、正丁醇、氮甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一種；

攪拌的轉(zhuǎn)速為300～2000r/min，攪拌時(shí)間0.1～4小時(shí)，設(shè)備可采用同時(shí)具有真空、高速、行星功能的攪拌設(shè)備。

2、極片的制備：將制備得到的漿料涂覆在本申請(qǐng)的集流體的金屬層上后干燥，該漿料干燥后形成電極活性物質(zhì)層，之后經(jīng)過(guò)冷壓、切邊、裁片、分條、焊接正極耳后得到極片；

其中，干燥溫度根據(jù)使用溶劑種類不同，可為45～160℃。

以下通過(guò)具體的實(shí)施例和對(duì)比例來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例

(1)電解液的制備

采用1M六氟磷酸鋰(LiPF₆)作為鋰鹽，采用質(zhì)量比為50:50的EC:PC混合非水溶劑混合作為電解液。

(2)正極集流體的制備

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，按照表1所示比例混合導(dǎo)電劑和聚合物，混合均勻后通過(guò)模具壓制成厚度為一定厚度的PPTC材料層；通過(guò)蒸鍍的方法將Al蒸鍍至薄層PPTC材料上，獲得均勻分布、具有一定厚度的金屬層，從而獲得本申請(qǐng)實(shí)施例的集流體。

蒸鍍的具體工藝為：將經(jīng)過(guò)表面清潔處理的PPTC材料層置于真空鍍室內(nèi)，以1600℃至2000℃的高溫將金屬蒸發(fā)室內(nèi)的高純金屬絲熔化蒸發(fā)，蒸發(fā)后的金屬經(jīng)過(guò)真空鍍室內(nèi)的冷卻系統(tǒng)，最后沉積于PPTC材料層的表面，形成金屬層。

(3)正極片的制備

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將96％的正極活性材料LiCoO₂、2％的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯(PVDF)、2％的導(dǎo)電劑Super-P添加到溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合，得到均勻分散的黑色漿料。將該黑色漿料通過(guò)輥涂的方式涂覆到步驟(2)制備的集流體上的正反兩面上后干燥，該黑色漿料干燥后形成正極活性物質(zhì)層，之后經(jīng)過(guò)冷壓、切邊、裁片、分條、焊接正極耳后得到正極片。

(4)負(fù)極片的制備

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將97％的負(fù)極活性材料石墨、2％粘結(jié)劑聚四偏氟乙烯(PVDF)、1％的導(dǎo)電劑Super-P添加到溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合，得到均勻分散的漿料。將該漿料通過(guò)輥涂的方式涂覆到銅箔上，該黑色漿料干燥后形成負(fù)極活性物質(zhì)層，之后經(jīng)過(guò)冷壓、切邊、裁片、分條、焊接負(fù)極耳后得到負(fù)極片。

(5)鋰離子電池的制備：

將上述正極片、負(fù)極片與聚乙烯隔離膜(PE)一起經(jīng)過(guò)卷繞工藝制作成厚度為4.2mm、寬度為34mm、長(zhǎng)度為82mm的鋰離子電池，其中隔離膜置于正極片和負(fù)極片之間，再于真空下75℃烘烤10小時(shí)，注入電解液、靜置24小時(shí)后，用0.1C(160mA)的恒定電流充電至4.2V，然后以4.2V恒壓充電至電流下降到0.05C(80mA)，然后以0.1C(160mA)的恒定電流放電至3.0V，重復(fù)2次充放電，最后再以0.1C(160mA)的恒定電流將鋰離子電池充電至3.85V，完成鋰離子電池的制備。

其中，對(duì)比例1直接采用厚度為14μm的鋁箔作為集流體；對(duì)比例2采用10μm的低密度聚乙烯涂覆金屬層作為集流體。

表1正極集流體的制備

接下來(lái)說(shuō)明鋰離子電池的性能測(cè)試。

(1)鋰離子電池的針刺測(cè)試

采用直徑為3mm的鋼針，針刺速度為80mm/s，穿透整個(gè)鋰離子電池，來(lái)觀察鋰離子電池是否燃燒或爆炸。

(2)鋰離子電池的過(guò)充測(cè)試

以1.6A的電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充電至SOC達(dá)到200％或電壓達(dá)到兩倍初始電壓為止，觀察鋰離子電池是否燃燒或爆炸。

(3)鋰離子電池的循環(huán)測(cè)試

具體測(cè)試方法如下：

將實(shí)施例1的鋰離子電池于25℃條件下進(jìn)行充放電，即先以1C的電流充電至4.2V，然后再以1C的電流放電至2.8V，記錄下第一周的放電容量；然后使電池進(jìn)行1C/1C充放電循環(huán)250周，記錄第250周的電池放電容量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。從圖中結(jié)果可知，在250cycle左右其容量保持率依然大于95％，展現(xiàn)了十分優(yōu)異的循環(huán)性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2鋰離子電池的性能測(cè)試結(jié)果

在實(shí)施例1中，薄鋁箔僅有2μm厚，針刺后形成的毛刺較短，無(wú)法穿透隔膜與陽(yáng)極接觸，從而避免了這一最嚴(yán)重短路情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了針刺的高安全性。過(guò)充時(shí)由于PPTC材料的存在，在過(guò)充達(dá)到一定程度后溫度上升，達(dá)到PPTC的作用溫度后其阻值上升，切斷導(dǎo)電路徑，從而無(wú)法繼續(xù)過(guò)充，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的安全性。

在實(shí)施例2中，將鋁箔厚度增至6μm厚，形成的毛刺長(zhǎng)度依然較短，但比實(shí)施例1中更長(zhǎng)，增大了短路概率，因此針刺安全性能輕微下降。

實(shí)施例3中將PPTC厚度調(diào)整為16μm厚，對(duì)安全性能的測(cè)試結(jié)果無(wú)影響，但厚度的增加將導(dǎo)致能量密度的下降。

實(shí)施例4中將PPTC材料中的導(dǎo)電劑SP替換為KS-6，由于同屬導(dǎo)電碳，雖然形貌上KS-6為片狀，但不影響其性能發(fā)揮。因此對(duì)安全性能的測(cè)試結(jié)果無(wú)影響。

實(shí)施例5中將PPTC材料中的基底低密度聚乙烯替換為聚偏氟乙烯(PVDF)，其熔點(diǎn)＞150℃，因此作用溫度延遲，PPTC作用的較晚，造成過(guò)充測(cè)試的安全性下降。

實(shí)施例6中將SP含量增加到40％，導(dǎo)電劑的含量提高，導(dǎo)致作用溫度下導(dǎo)電鏈更難斷裂，無(wú)法及時(shí)有效地切斷電流，造成安全性能的下降。

實(shí)施例7中雖然使用了Al箔/PPTC復(fù)合材料，但鋁箔的厚度較厚，針刺時(shí)產(chǎn)生的毛刺較長(zhǎng)，很容易形成與陽(yáng)極的短路，導(dǎo)致針刺實(shí)驗(yàn)效果較差。在過(guò)充測(cè)試中，由于使用了PPTC材料層，能夠在達(dá)到作用溫度后起到切斷電流的效果。但是由于鋁箔的厚度較厚，導(dǎo)致過(guò)流能力大大增強(qiáng)，相同SOC下溫度上升數(shù)值比實(shí)施例1中要更低，導(dǎo)致在達(dá)到PPTC的作用溫度時(shí)SOC更高，增加了鋰離子電池的不穩(wěn)定性，抗過(guò)充效果獲得了一定提成，但總體低于實(shí)施例1。

實(shí)施例8中使用了較薄的金屬層，則產(chǎn)生的金屬毛刺長(zhǎng)度更小，在針刺實(shí)驗(yàn)中效果更佳。同時(shí)在過(guò)充時(shí)能夠在溫度上升后切斷電子傳輸路徑，達(dá)到保護(hù)目的。

實(shí)施例9和實(shí)施例10中分別使用了較薄或較厚的PPTC材料層，兩者的針刺結(jié)果并無(wú)影響，但由于實(shí)施例9中使用了較薄的PPTC材料層，其內(nèi)部導(dǎo)電劑之間的距離更接近，在達(dá)到作用溫度后分開(kāi)的距離有限，無(wú)法很好地起到PPTC作用，導(dǎo)致過(guò)充結(jié)果不如正常厚度的PPTC材料層。而實(shí)施例10中使用了較厚的PPTC材料層，安全性能上的表現(xiàn)會(huì)更好，但損失了一部分能量密度。

實(shí)施例11和實(shí)施例12中分別采用了金屬導(dǎo)電劑和導(dǎo)電陶瓷材料，電池的安全性能良好。

實(shí)施例13中采用了較低含量的導(dǎo)電劑、實(shí)施例14中采用了較高含量的導(dǎo)電劑，較低含量的導(dǎo)電劑會(huì)提高電芯本身的內(nèi)阻，但對(duì)其安全性能是提高的。而較高含量的導(dǎo)電劑雖然降低了電芯的內(nèi)阻，提高其電性能，但是導(dǎo)電劑過(guò)高會(huì)導(dǎo)致PTC強(qiáng)度及響應(yīng)速度的下降，無(wú)法及時(shí)有效地切斷電子回路，導(dǎo)致過(guò)充安全性能下降。

對(duì)比例1中將純Al箔替換掉本申請(qǐng)的含有PPTC材料的集流體，針刺形成的Al毛刺較長(zhǎng)，刺穿隔膜概率增大，與陽(yáng)極接觸導(dǎo)致短路概率增加，因此針刺性能下降嚴(yán)重。同時(shí)由于沒(méi)有使用PPTC復(fù)合材料，在過(guò)充時(shí)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的安全方案以抑制電流的不斷涌入，導(dǎo)致最后的測(cè)試失敗。

對(duì)比例2中將PPTC材料替換為純低密度聚乙烯材料，薄鋁箔的應(yīng)用可以避免長(zhǎng)毛刺的產(chǎn)生，提高針刺時(shí)的安全性能，但過(guò)充測(cè)試并無(wú)針對(duì)性的PPTC方案，導(dǎo)致測(cè)試失敗。

本申請(qǐng)上述實(shí)施例中僅正極集流體采用了本申請(qǐng)的含有PPTC材料層的正極集流體，電芯中的負(fù)極集流體也采用本申請(qǐng)的集流體可使鋰離子電池的安全性能得到進(jìn)一步的提高；同樣，僅負(fù)極集流體采用本申請(qǐng)的負(fù)極集流體也會(huì)提高電池的安全性能，限于篇幅不再贅述。

本申請(qǐng)雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本申請(qǐng)構(gòu)思的前提下，都可以做出若干可能的變動(dòng)和修改，因此本申請(qǐng)的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。