三维复合集流体、制备方法、电极及二次电池与流程
本公开涉及电池，尤其涉及一种三维复合集流体、制备方法、电极及二次电池。
背景技术：
1、锂离子电池已经成为目前主流的储能器件，在日常的生产生活中起到了举足轻重的作用。随着电动汽车等动力设备的快速发展，锂离子电池的容量和充放电速度也有待于进一步提升。
2、目前锂离子电池的结构通常包括正极片、负极片和位于正极片与负极片之间的隔离膜。正极片通常采用铜箔作为集流体，并在铜箔上涂覆正极活性材料以形成正极活性层。负极片通常采用铝箔作为集流体，并在铝箔上涂覆负极活性材料以形成负极活性层。理论上提升活性层的厚度能够使得集流体上负载的活性材料的量相应得到提升，是一种提升电池容量的有效途径。但是当活性层过厚时，靠近集流体的活性层更难以被电解液浸润，锂离子的迁移路径也会显著增长，靠近表面的活性层的电子也更难以导通至集流体，影响活性物质的实际容量释放。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够提高电极材料的离子传导性能以及电子传导性能的三维复合集流体。
2、根据本公开的一些实施例，提供了一种三维复合集流体，其包括隔离基膜、限位支撑结构以及导电层；
3、所述隔离基膜绝缘且所述隔离基膜中设置有贯穿所述隔离基膜的离子导通孔，所述限位支撑结构设置于所述隔离基膜上，且所述限位支撑结构中设置有露出所述隔离基膜的限位孔，所述导电层层叠设置于所述限位孔的侧壁上。
4、在本公开的一些实施例中，所述限位支撑结构中设置有多个所述限位孔，所述导电层层叠设置于多个所述限位孔的侧壁上且延伸覆盖于所述限位支撑结构的顶端。
5、在本公开的一些实施例中，单个所述限位孔的孔径为50μm~500μm；和/或，
6、所述限位孔的孔深为50μm~500μm。
7、在本公开的一些实施例中，所述隔离基膜的相对两侧表面均设置有所述限位支撑结构。
8、在本公开的一些实施例中，位于所述隔离基膜两侧的所述限位支撑结构中的所述限位孔的位置一一对应。
9、进一步地，本公开还提供了一种三维复合集流体的制备方法，其包括如下步骤：
10、提供隔离基膜；
11、在所述隔离基膜上制备限位支撑结构，所述限位支撑结构中设置有露出所述隔离基膜的限位孔；以及，
12、在所述限位孔的侧壁上形成层叠设置的导电层。
13、在本公开的一些实施例中，制备所述限位支撑结构的步骤包括：
14、采用熔融静电纺丝的方式在所述隔离基膜的预设区域上喷涂限位支撑材料，使所述限位支撑材料固化以形成所述限位支撑结构。
15、在本公开的一些实施例中，在所述限位孔的侧壁上形成层叠设置的导电层的步骤包括：在制备有所述限位支撑结构的所述隔离基膜上溅射沉积覆盖所述限位支撑结构和所述隔离基膜的导电材料，并刻蚀去除附着于所述隔离基膜上的所述导电材料，保留附着于所述限位支撑结构上的所述导电材料并作为所述导电层；或者，
16、在限位孔的侧壁上形成层叠设置的导电层的步骤包括：将制备有所述限位支撑结构的所述隔离基膜设置于溅射腔室中，控制所述隔离基膜相对于溅射靶材的溅射方向倾斜设置，使得所述溅射方向朝向限位支撑结构中限位孔的孔壁，并于所述限位孔的孔壁上溅射沉积导电材料。
17、进一步地，本公开还提供了一种电极，其包括正极活性层、负极活性层以及如上述任一实施例所述的三维复合集流体；
18、所述正极活性层和所述负极活性层分别设置于所述隔离基膜的两侧，且所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者填充于所述限位孔中且接触于所述导电层设置。
19、进一步地，本公开还提供了一种二次电池，其包括多个如上述任一实施例所述的电极，多个所述电极依次并列设置，且在相邻的两个所述电极中，一个所述电极中的所述正极活性层与另一个所述电极中的负极活性层相向设置。
20、在本公开的三维复合集流体中，隔离基膜中设置有离子导通孔，限位支撑结构中设置有限位孔且限位孔的侧壁上设置有导电层。电极活性材料可以填充于限位支撑结构中的限位孔中。在充放电过程中，电极活性材料中的离子不仅能够通过远离隔离基膜的表面向外扩散，还能够通过靠近隔离基膜的底面穿过离子导通孔进行扩散，从而缩短离子扩散所需的路径，因此电极活性材料的离子传导性能能够得到较为有效的提高。电极活性材料中被限位孔侧壁上的导电层包围，导电层能够从侧边将电极活性材料中的电子导出，从而缩短电子扩散所需的路径。因此，该三维复合集流体能够同时提高电极材料的离子传导性能以及电子传导性能，显著改善电极活性材料的容量释放性。
21、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
技术特征：
1.一种三维复合集流体，其特征在于，包括隔离基膜、限位支撑结构以及导电层；
2.根据权利要求1所述的三维复合集流体，其特征在于，所述限位支撑结构中设置有多个所述限位孔，所述导电层层叠设置于多个所述限位孔的侧壁上且延伸覆盖于所述限位支撑结构的顶端。
3.根据权利要求2所述的三维复合集流体，其特征在于，单个所述限位孔的孔径为50μm~500μm；和/或，
4.根据权利要求1~3任意一项所述的三维复合集流体，其特征在于，所述隔离基膜的相对两侧表面均设置有所述限位支撑结构。
5.根据权利要求4所述的三维复合集流体，其特征在于，位于所述隔离基膜两侧的所述限位支撑结构中的所述限位孔的位置一一对应。
6.一种三维复合集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的三维复合集流体的制备方法，其特征在于，制备所述限位支撑结构的步骤包括：
8.根据权利要求6~7任意一项所述的三维复合集流体的制备方法，其特征在于，在所述限位孔的侧壁上形成层叠设置的导电层的步骤包括：在制备有所述限位支撑结构的所述隔离基膜上溅射沉积覆盖所述限位支撑结构和所述隔离基膜的导电材料，并刻蚀去除附着于所述隔离基膜上的所述导电材料，保留附着于所述限位支撑结构上的所述导电材料并作为所述导电层；或者，
9.一种电极，其特征在于，包括正极活性层、负极活性层以及如权利要求1~5任意一项所述的三维复合集流体；
10.一种二次电池，其特征在于，包括多个如权利要求9所述的电极，多个所述电极依次并列设置，且在相邻的两个所述电极中，一个所述电极中的所述正极活性层与另一个所述电极中的负极活性层相向设置。
技术总结
本公开提供了一种三维复合集流体、制备方法、电极及二次电池。该三维复合集流体包括隔离基膜、限位支撑结构以及导电层。隔离基膜绝缘且隔离基膜中设置有贯穿隔离基膜的离子导通孔，限位支撑结构设置于隔离基膜上，且限位支撑结构中设置有露出隔离基膜的限位孔，导电层层叠设置于限位孔的侧壁上。该三维复合集流体能够同时提高电极材料的离子传导性能以及电子传导性能，显著改善电极活性材料的容量释放性。
技术研发人员：易典,王荣福,蔡比亚,袁昌理,朱海峰,王师远,徐茂军,张志鹏,周华伟,曾兴明
受保护的技术使用者：深圳市汉嵙新材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23