一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用，所述柔性导电薄膜包括柔性基底，以及设置于所述柔性基底两个表面的导电层，且所述导电层的材料嵌入所述柔性基底的体相中。所述柔性导电薄膜的特殊结构增强了导电层和柔性基底在微观尺度上的结合力，使所述柔性导电薄膜在机械变形过程中不易发生基底和导电层的分离，具有更好的柔韧性和机械强度；更为重要的是，导电层材料在柔性基底中形成三维导电网络，实现了柔性导电薄膜的体相导电，使其尤其适用于多层结构的锂离子电池。所述柔性导电薄膜通过化学沉积的方法获得，无需精密昂贵的设备，工艺简单，材料成本低，可实现大规模的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子科技的飞速发展，人们对于电子设备的便携性要求越来越高，从而推动了电子设备向柔性可折叠和便携可穿戴的方向发展。作为柔性电子设备的主要部分，锂离子电池的柔性便携化发展拓展了其应用场景，提高了消费者使用体验。集流体是锂离子电池的基本组成部分，其性能对电池性能起到至关重要的作用。传统锂离子电池的集流体主要为金属铝箔和铜箔，金属箔片具有导电性好的优势，但由于金属的固有性能，更易发生弯折和撕裂，引起电池性能的下降，并带来严重的安全隐患；目前常用的铝箔厚度约为12～15μm，铜箔厚度在8～15μm，面密度较高，不利于电池的能量密度提高；而且，金属箔片的光滑表面使其与活性物质涂层间的结合力较小，特别是发生机械形变时容易造成两者分离。因此，开发更耐弯折和撕裂的柔性材料作为集流体，是集流体研究的重要方向。CN101071860A公开了一种柔性集流体，所述柔性集流体由支撑层和导电层组成，其中，支撑层为可卷绕的有机薄膜材料，导电层为1～500层导电薄膜材料，具体包括金属、过渡金属氧化物或导电聚合物。所述导电层通过脉冲磁控溅射技术镀膜于支撑层上，形成导电层厚度为10nm～10μm、支撑层厚度10～100μm的柔性集流体，但是所述柔性集流体的导电性能欠佳，无法满足高性能锂离子电池的需求。CN108832134A公开了一种柔性集流体及其制备方法以及在锂离子电池中的应用，所述柔性集流体采用聚合物薄膜作为基底，经过表面处理后，采用真空溅射的方法在聚合物薄膜两面溅镀金属导电涂层，之后在金属导电涂层两侧涂覆活性材料涂层。所述柔性集流体具有更好的柔韧性和机械强度，弯折过程中不易产生折痕或脆断，但其无法实现双面导电，而且制备成本高，不利于大规模应用。CN106654285A公开了一种用于锂电池的柔性集流体及其制备方法，所述柔性集流体包括依次紧密结合的柔性基底层、金属导电镀层和导电抗氧化层。所述柔性基底层为聚合物层；所述金属导电镀层为Cu、Al、Ni、Au和Ag中的一种，通过真空镀膜的方式得到；所述导电抗氧化层包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，通过涂覆的方法得到。所述柔性集流体机械可加工性强，具有较强的热稳定性和抗氧化能量，但是制备工艺比较复杂，而且无法实现双面导电。结合上述现有技术可知，目前公开的柔性集流体多数为金属层和聚合物基底组成的多层结构，在发生机械形变时，金属层与基底间由于弯曲应变不同易产生分离；同时，导电层只分布于基底表面，无法实现双面导电，不能作为具有多层结构的锂离子电池的集流体使用；而且，金属层通过离子溅射或真空镀膜的方法得到，所需设备昂贵，环境要求严格，成本较高，而且不利于大面积涂覆，限制了其规模化生产。因此，开发一种适用于多层电池结构的具有良好机械性能和导电性能的柔性集流体材料，是本领域的研究重点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用，所述柔性导电薄膜中的导电层不仅分布于基底表面，而且导电层的材料嵌入和贯穿于基底的体相之中，使导电层和基底之间具有强结合力，并实现了柔性导电薄膜的三维体相导电。所述柔性导电薄膜具有优异的机械性能和导电性能，能够充分满足高性能锂离子电池对柔性集流体的各项要求，尤其适用于多层电池结构的组装。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种柔性导电薄膜，所述柔性导电薄膜包括柔性基底，以及设置于所述柔性基底两个表面的导电层，且所述导电层的材料嵌入所述柔性基底的体相中。本专利技术提供的柔性导电薄膜包括柔性基底和导电层，所述导电层不仅分布于柔性基底的表面，而且导电层的材料还嵌入柔性基底的体相中、贯穿于整个基底的骨架结构。所述柔性导电薄膜的特殊结构不仅赋予了导电层和柔性基底在微观尺度上更强的结合力，使所述柔性导电薄膜在机械变形过程中不易发生基底和导电层的分离，具有更好的柔韧性和机械强度；更为重要的是，导电层材料在柔性基底中形成三维导电网络，实现了柔性导电薄膜的体相导电，使其尤其适用于多层结构的锂离子电池。本专利技术中，所述柔性基底为聚合物微孔膜。优选地，所述柔性基底包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚对苯二甲酸乙二酯膜或聚酰亚胺膜中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述柔性基底的厚度为1～50μm，例如2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、25μm、28μm、30μm、32μm、35μm、38μm、40μm、42μm、45μm、47μm或49μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为2～25μm。本专利技术中，所述导电层为金属导电层。优选地，所述金属导电层的材料包括Cu、Al、Ni、Au、Ag或Sn中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述柔性导电薄膜的厚度为1.01～55μm，例如1.1μm、1.3μm、1.5μm、1.8μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、25μm、28μm、30μm、32μm、35μm、38μm、40μm、42μm、45μm、48μm、50μm、52μm或54μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。另一方面，本专利技术提供一种如上所述的柔性导电薄膜的制备方法，所述制备方法为：柔性基底依次经过表面处理、粗化处理和活化处理，然后置于化学镀液中进行化学沉积，得到所述柔性导电薄膜。本专利技术提供的柔性导电薄膜的制备方法中，导电层通过化学沉积的方式获得，无需精密昂贵的设备，对制备环境也没有苛刻要求，所述制备方法工艺简单，材料成本低，可实现大规模的工业化生产。优选地，所述表面处理的方法为：将柔性基底置于表面处理液中进行浸泡处理。优选地，所述表面处理液为亲水性聚合物溶液。优选地，所述表面处理液中亲水性聚合物的浓度为1～10wt％，例如1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％或9.5wt％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。优选地，所述亲水性聚合物包括聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述表面处理的时间为30～120min，例如35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min、105min、110min或115min，以及上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性导电薄膜，其特征在于，所述柔性导电薄膜包括柔性基底，以及设置于所述柔性基底两个表面的导电层，且所述导电层的材料嵌入所述柔性基底的体相中。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电薄膜，其特征在于，所述柔性导电薄膜包括柔性基底，以及设置于所述柔性基底两个表面的导电层，且所述导电层的材料嵌入所述柔性基底的体相中。


2.根据权利要求1所述的柔性导电薄膜，其特征在于，所述柔性基底为聚合物微孔膜；
优选地，所述柔性基底包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚对苯二甲酸乙二酯膜或聚酰亚胺膜中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述柔性基底的厚度为1～50μm，进一步优选为2～25μm。


3.根据权利要求1或2所述的柔性导电薄膜，其特征在于，所述导电层为金属导电层；
优选地，所述金属导电层的材料包括Cu、Al、Ni、Au、Ag或Sn中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述柔性导电薄膜的厚度为1.01～55μm。


4.一种如权利要求1～3任一项所述的柔性导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：柔性基底依次经过表面处理、粗化处理和活化处理，然后置于化学镀液中进行化学沉积，得到所述柔性导电薄膜。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述表面处理的方法为：将柔性基底置于表面处理液中进行浸泡处理；
优选地，所述表面处理液为亲水性聚合物溶液；
优选地，所述表面处理液中亲水性聚合物的浓度为1～10wt％；
优选地，所述亲水性聚合物包括聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述表面处理的时间为30～120min；
优选地，所述表面处理的温度为10～40℃；
优选地，所述表面处理后还包括洗涤的步骤；
优选地，所述洗涤的洗涤液为表面活性剂和碱性化合物的混合溶液；
优选地，所述洗涤液中表面活性剂的浓度为0.1～5wt％；
优选地，所述洗涤液中碱性化合物的浓度为0.3～5wt％；
优选地，所述表面活性剂包括辛苯昔醇和/或硬脂酸；
优选地，所述碱性化合物为碱金属氢氧化物；
优选地，所述洗涤为浸泡洗涤；
优选地，所述洗涤的时间为30～120min。


6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述粗化处理的方法为：将经过表面处理的柔性基底置于粗化溶液中进行浸泡处理；
优选地，所述粗化溶液为酸溶液；
优选地，所述粗化溶液中酸的浓度为1～20wt％；
优选地，所述酸包括盐酸和/或硝酸，进一步优选为盐酸和硝酸的混合物；
优选地，所述粗化溶液为盐酸和硝酸的混合溶液，所述盐酸的浓度为1～10wt％，所述硝酸的浓度为0.2～5wt％；
优选地，所述粗化处理的温度为10～40℃；
优选地，所述粗化处理的时间为30～120min。


7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理的方法为：将经过粗化处理的柔性基底置于活化液中进行浸泡处理；
优选地，所述活化液为氯化钯、氯化钾和酸性物质的混合溶液；
优选地，所述酸性物质为盐酸；
优选地，所述活化液中氯化钯的浓度为0.01～5wt％；
优选地，所述活化液中氯化钾和酸性物质的浓度各自独立地为0.1～5wt％；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志祥，毛立娟，程跃立，卢瑞超，张斌斌，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11