正极集流体、正极片、二次电池和用电装置的制作方法

本申请涉及电池领域，具体涉及一种正极集流体、正极片、二次电池和用电装置。

背景技术：

1、二次电池能够增强电池的电量持久力，大幅改观电力存储的经济效益，促进消费类电子产品的升级转型，对人类生活具有重大意义。随着二次电池的广泛应用，人们对二次电池能量密度的要求也越来越高。但是，目前电池能量密度的提升主要通过提高电极片压实密度、提高电极片浆料配方中活性材料的占比以及使用高分子材料支撑层的轻质集流体来实现，其中，电极片压实密度过高会导致电极片脆断、生产困难；提高电极片浆料配方中活性材料的占比会导致粘结剂、导电剂等辅料用量减少，电极片在循环过程中易脱膜，电芯内阻增大，影响电池稳定性；使用高分子材料支撑层的轻质集流体存在导电性能较差及机械强度不足的问题，影响电池电性能的发挥和电池安全性能。

2、因此，如何提出一种正极集流体、正极片、二次电池和用电装置以提高二次电池的能量密度是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请提供一种正极集流体、正极片、二次电池和用电装置以提高二次电池的能量密度。

2、第一方面，本申请提供了一种正极集流体，包括基材以及设置于基材表面的改性层，改性层包括基体层和过氧化物层，过氧化物层设置于基体层远离基材的表面，基体层包括金属或金属合金中的至少一种，过氧化物层中的过氧化物为金属或金属合金中的元素形成的过氧化物。

3、本申请实施例的技术方案中，改性层中基体层的表面设置过氧化物层，在使用正极集流体时，正极膜层的粘结剂中的h原子与正极集流体的过氧化物层中电负性大的o原子形成氢键，从而提高正极集流体与正极膜层的粘结力，使得在保证正极集流体和正极膜层之间不脱膜的情况下，减少正极膜层中粘结剂的用量，从而提高正极膜层中正极活性材料的占比，提高二次电池的能量密度。

4、在一些实施例中，基体层包括铝、铝合金、铬、铬合金、银、银合金、镍、镍合金、铂、铂合金、钨、钨合金、镉、镉合金、钛、钛合金、锡、锡合金中的一种或多种。

5、本申请实施例的技术方案中，铝、铝合金、铬、铬合金、银、银合金、镍、镍合金、铂、铂合金、钨、钨合金、镉、镉合金、钛、钛合金、锡、锡合金具有良好的导电性，同时，在沉积过程中，通过对沉积气氛的控制，可以在表面形成过氧键-o-o-，过氧键-o-o-中的o原子与正极膜层中粘结剂中的h原子形成氢键，从而提高正极集流体与正极膜层的粘结力，能够降低正极膜层中粘结剂的用量，进而提高正极活性材料的占比，提高二次电池的能量密度。

6、在一些实施例中，改性层的厚度为10-1000nm。

7、本申请实施例的技术方案中，通过控制改性层的厚度范围，可以改善正极集流体与正极膜层的接触界面，提高正极膜层与正极集流体的结合力。

8、在一些实施例中，正极集流体设置有改性层的表面与n-甲基吡咯烷酮(nmp)的接触角为0-50度。

9、本申请实施例的技术方案中，通过控制正极集流体设置有改性层的表面与n-甲基吡咯烷酮(nmp)的接触角为0-50度，使得正极膜层与正极集流体的润湿性较强，附着力较高，粘结力较大，正极膜层与正极集流体形成较稳定的结合，正极膜层不易从正极集流体上脱膜，提高二次电池的稳定性。

10、在一些实施例中，在20℃时，改性层的体积电阻率小于等于6×10-8ω·m。

11、本申请实施例的技术方案中，在20℃时，改性层的体积电阻率小于等于6×10-8ω·m，具有良好的导电性，在基材和正极膜层之间形成良好的导电作用。

12、在一些实施例中，过氧化物层在基体层表面为非连续分布。

13、本申请实施例的技术方案中，过氧化物层在基体层表面为非连续分布，在提高正极集流体和正极膜层之间粘结力的同时，基体层维持了基材和正极膜层之间形成良好的导电作用。

14、同时，适量的过氧化物层有利于提高粘结力，但过量的过氧化物层会增加电芯副反应的风险，影响电芯性能。因此，控制过氧化物层在基体层表面为非连续分布，在提高粘结力的同时，缓解对电芯性能的影响

15、在一些优选实施例中，过氧化物层在基体层表面呈点阵分布、岛状分布或者条带分布。

16、本申请实施例的技术方案中，过氧化物层在基体层表面的分布方式，提高了正极集流体和正极膜层之间的粘结力，维持了基材和正极膜层之间形成良好的导电作用。

17、在一些实施例中，基体层被过氧化物层覆盖的面积占基体层总面积的10％-80％。

18、本申请实施例的技术方案中，通过控制基体层被过氧化物层覆盖的面积占基体层总面积的比例，能够在提高正极集流体和正极膜层之间粘结力的同时，维持了基材和正极膜层之间形成良好的导电作用。

19、另外，通过控制基体层被过氧化物层覆盖的面积，能够在提高粘结力的同时，缓解对电芯性能的影响。

20、第二方面，本申请提供了一种正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极膜层，正极集流体为如前所述的正极集流体，以提升二次电池的能量密度。

21、在一些实施例中，正极膜层包括正极活性材料和粘结剂，正极活性材料与粘结剂质量比大于等于96：2。

22、本申请实施例的技术方案中，正极膜层中粘结剂的含量较小，进而提高正极活性材料的占比，提高二次电池的能量密度。

23、在一些实施例中，粘结剂为聚偏二氟乙烯。

24、本申请实施例的技术方案中，聚偏二氟乙烯中的h原子与电负性大的f原子以共价键结合，同时聚偏二氟乙烯中的h原子又与正极集流体过氧化物层中电负性大、半径小的o原子接近，在粘结剂中的电负性大的f原子与过氧化物层中的o原子之间以氢原子为媒介，生成f-h…o形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，即为氢键，从而提高正极集流体与正极膜层的粘结力，保证二次电池循环过程中正极集流体与正极膜片不脱膜的情况下，可显著减少正极膜层中粘结剂的用量，从而提高正极膜层中正极活性材料的占比，提高二次电池的能量密度。

25、第三方面，本实施例提供了一种二次电池，包括正极片、负极片和隔离膜，隔离膜设置在正极片和负极片之间，正极片为包括以上任一方案的正极片，以得到能量密度优良的二次电池。

26、第四方面，本实施例提供了一种用电装置，包括如前所述的二次电池。

27、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种正极集流体，其特征在于，包括基材以及设置于所述基材表面的改性层，所述改性层包括基体层和过氧化物层，所述过氧化物层设置于所述基体层远离所述基材的表面，所述基体层包括金属或金属合金中的至少一种，所述过氧化物层中的过氧化物为所述金属或金属合金中的元素形成的过氧化物。

2.如权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述基体层包括铝、铝合金、铬、铬合金、银、银合金、镍、镍合金、铂、铂合金、钨、钨合金、镉、镉合金、钛、钛合金、锡、锡合金中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述改性层的厚度为10-1000nm。

4.如权利要求1所述的正极集流体，其特征在于，所述正极集流体设置有改性层的表面与n-甲基吡咯烷酮(nmp)的接触角为0-50度。

5.如权利要求1-4中任一项所述的正极集流体，其特征在于，在20℃时，所述改性层的体积电阻率小于等于6×10-8ω·m。

6.如权利要求1-4中任一项所述的正极集流体，其特征在于，所述过氧化物层在所述基体层表面为非连续分布。

7.如权利要求6所述的正极集流体，其特征在于，所述过氧化物层在所述基体层表面呈点阵分布、岛状分布或者条带分布。

8.如权利要求1-4中任一项所述的正极集流体，其特征在于，所述基体层被所述过氧化物层覆盖的面积占所述基体层总面积的10％-80％。

9.一种正极片，包括正极集流体和设置于所述正极集流体表面的正极膜层，其特征在于，所述正极集流体为如权利要求1-8中任一项所述的正极集流体。

10.如权利要求9所述的正极片，其特征在于，所述正极膜层包括正极活性材料和粘结剂，正极活性材料与粘结剂质量比大于等于96：2。

11.如权利要求10所述的正极片，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。

12.一种二次电池，包括正极片、负极片和隔离膜，所述隔离膜设置在正极片和负极片之间，其特征在于，所述正极片为所述权利要求9-11任一项所述的正极片。

13.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的二次电池。

技术总结本申请公开了一种正极集流体，包括基材以及设置于基材表面的改性层，改性层包括基体层和过氧化物层，过氧化物层设置于基体层远离基材的表面，基体层包括金属或金属合金中的至少一种，过氧化物层中的过氧化物为金属或金属合金中的元素形成的过氧化物。本申请还提供了正极片、二次电池和用电装置。本申请通过在正极集流体表面设置改性层，改性层表面为过氧化物层，正极膜层粘结剂中的H原子与过氧化物层中的O原子形成氢键，提高正极集流体与正极膜层的粘结力，在保证正极集流体和正极膜层之间不脱膜的情况下，减少正极膜层中粘结剂的用量，提高正极膜层中正极活性材料的占比，从而提高二次电池的能量密度。技术研发人员：方小明,吴燕英,王星会受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1