复合集流体及其制备方法和应用与流程

本发明涉及集流体，具体涉及一种复合集流体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、与传统的纯铜/铝不同，复合集流体是基膜和铜/铝的复合材料。以pet铜箔为例，其结构为4.5μm pet基膜+两侧1μm铜层，其优点是：1)pet层和磁控溅射形成的阻燃结构，降低了电池燃烧、着火、爆炸的可能性；2)pet材料重量轻，降低了电池的整体质量，从而提高了能量密度；3)减少了铜箔/铝箔的用量，成本低。

2、与传统的箔制造工艺不同，传统的铝箔和铜箔主要采用轧制或电解工艺生产。复合铝/铜箔是在塑料薄膜表面通过磁控溅射和真空蒸发制成的金属层，然后通过水电镀将金属层加厚，制成复合金属箔，以替代传统集流体。而采用水电镀的方式，有如下缺陷：1)电镀材料单一，不导电的基材表面需要导电处理；2)镀膜容易产生色差，没有真空镀膜色泽稳定；3)电镀层的致密度差；4)存在废水、废气等环保问题，对环境不友好。

3、但是，现有的复合集流体中，一般是在柔性聚合物基材上真空沉积金属，来获得导电层+聚合物层+导电层这种“三明治”结构，而真空沉积这一块，由于基材存在“热损伤”的问题，需要在柔性基材反复成膜20次以上，通过这种方式得到的复合集流体，刚性过强，复合集流体薄膜脆性大，断裂伸长率非常低，同时基材与导电层之间的连接强度不足，导致导电层容易从基材上脱落，而在导电层上方，没有做任何的保护措施。

4、因此，亟待提供一种高效成膜而不出现“热损伤”等产品问题的、具有高结合力、高机械强度和高导电性的复合集流体产品。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的复合集流体机械强度低、导电性低、基材存在热损伤及基材与导电层之间连接强度低的问题，提供一种复合集流体及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种复合集流体，所述复合集流体按顺序包括：保护层i、导电层i、粘结层i、基材、粘结层ii、导电层ii和保护层ii；

3、其中，当导电层i和导电层ii为铝时，所述保护层i和保护层ii的材料分别独自地选自镍、铬、导电聚吡咯和导电聚苯胺中的一种或多种；当导电层i和导电层ii为铜时，所述保护层i和保护层ii的材料分别独自地选自镍、铬和改性苯并三氮唑中的一种或多种；

4、所述粘结层i和粘结层ii的材料分别独自地选自镍、铜、铬、镍铬合金、镍铜合金、氧化钴、氧化铬、氧化镍和铝氧化物中的一种或多种。

5、本发明的第二方面提供了一种复合集流体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

6、(1)在基材的上表面上制备粘结层i，在基材的下表面上制备粘结层ii，得到第一中间体；

7、(2)在所述粘结层i上制备导电层i，在所述粘结层ii上制备导电层ii，得到第二中间体；

8、(3)在所述导电层i上制备保护层i，在所述导电层ii上制备保护层ii，得到复合集流体。

9、本发明的第三方面提供了一种本发明第一方面所述的复合集流体或利用本发明第二方面所述的制备方法制得的复合集流体在锂离子电池中的应用。

10、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

11、在本发明中，通过在复合集流体中设置粘结层，可以明显改善导电层与基材之间的连接强度，避免导电层在使用过程中出现的脱落。本发明中的复合集流体还具有机械强度高、导电性高、基材不存在热损伤的优点。利用本发明中的复合集流体制备得到锂离子电池具有高稳定性、高安全性及更长的使用寿命。

技术特征：

1.一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体按顺序包括：保护层i、导电层i、粘结层i、基材、粘结层ii、导电层ii和保护层ii；

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其中，所述基材选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、双向拉伸聚丙烯、聚丙乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯醚、聚对苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的复合集流体，其中，所述粘结层i和粘结层ii的材料中，所述镍铬合金中镍的质量分数为70-90％，铬的质量分数为10-30％。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的复合集流体，其中，所述导电层i与基材之间和所述导电层ii与基材之间的结合力分别独自地为0.5-20n/15mm，优选为2-15n/15mm；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的复合集流体，其中，所述导电层i和导电层ii的晶粒尺寸为10nm-2000nm；

6.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述粘结层i和粘结层ii的材料分别独自地选自镍和/或镍铬合金，粘结层i和粘结层ii的制备方法为溅射或蒸镀；

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述保护层i和保护层ii的材料为镍，所述保护层i和保护层ii的制备方法为溅射；

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述溅射为磁控溅射；

10.权利要求1-5中任意一项所述的复合集流体或利用权利要求6-9中任意一项所述的制备方法制得的复合集流体在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及集流体技术领域，公开了一种复合集流体及其制备方法和应用。所述复合集流体按顺序包括：保护层I、导电层I、粘结层I、基材、粘结层II、导电层II和保护层II。所述方法包括：在基材的上表面上制备粘结层I，在基材的和下表面上制备粘结层II，在所述粘结层I上制备导电层I，在所述粘结层II上制备导电层II，在所述导电层I上制备保护层I，在所述导电层II上制备保护层II，得到复合集流体。利用本发明中的复合集流体制备得到锂离子电池具有高稳定性、高安全性及更长的使用寿命。

技术研发人员：公秀凤,孙欣森,刘钢,李东亮,姜艳茹,李其其格
受保护的技术使用者：安迈特科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15