与商用集流体（CC）相比，聚合物基集流体（PBCC）可显著提高锂离子电池的能量和安全性。然而，由于传统PBCC固有的横向非导电性，因此在电池组装过程中必须使用复杂的焊接工艺，从而牺牲了能量密度，这源于PBCC中间聚合物层的绝缘性。

在此，华中科技大学黄云辉、许恒辉，浙江锋锂新能源科技有限公司林久等人设计了PI-CNTs-Al和 I-CNTs-Cu PBCC新材料。并通过将高导电性碳纳米管 (CNT) 集成到聚合物中间层中，并在聚合物中间层涂上两层金属以促进纵向导电性。结果显示，碳纳米管的加入在中间层中形成了三维导电网络，大大提高了PI-CNTs-Al和PI-CNTs-Cu的横向导电率。

此外，CNT的加入还增强了金属-聚合物界面的结合强度，有效缓解了传统PI-Al和PI-Cu CCs中常见的分离缺陷。工程PBCC可直接用作电池组装的CC，而无需复杂的导电元件。基于此， 1.5 Ah全电池的能量密度达到235.8 Wh kg-1，提高了9.0%，并成功通过了严格的针刺测试。

图1. 半电池的电化学性能

总之，该工作成功开发出了具有 3D 导电中间层的超轻 PBCC。结果显示，PI-CNTs-Al PBCC 的横向电导率显着增强，从传统 PI-Al 的 2.19×10−9 S m−1 增加到1.02 S m−1。基于此，使用PI-CNTs-Cu和PI-CNTs-Al CC电池的能量密度显着增加，从使用Cu和Al CC的216.3 Wh kg−1上升到使用新型复合材料的235.8 Wh kg−1。

此外，由于掺入的 CNT 的存在，PI-CNTs-Al 复合材料的变形伸长率极小。这一特性使得采用高度稳定的 PI-CNT-Al CC 的电池能够在外部应力期间保持相对整齐的横截面，从而防止电池内导电组件之间的接触。因此，该工作为高能量密度电池的开发提供了新思路。

图2. 软包电池组装及性能

Ultralight Polymer-Based Current Collectors With Enhanced Transverse Conductivity via 3D Conductive Interlayers for Safe and High-Energy Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202419102

文章来源：电池未来

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