一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜及其制备方法和应用，该适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜包括聚苯硫醚薄膜层，该聚苯硫醚薄膜层的上、下表面分别设有聚合物涂层。制备工艺包括：以不含开口剂的聚苯硫醚树脂为原料，经熔融挤出、冷却定型后得到聚苯硫醚片材；将该聚苯硫醚片材进行纵向拉伸，在纵向拉伸后的薄膜的两面通过均匀涂布制备聚合物涂层；再进行横向拉伸、热定型、冷却处理后收卷。本发明专利技术公开的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其表面平整性大幅提升，表面粗糙度≤0.08μm，从而保证了后续镀层厚度的均匀性，可通过进一步的镀铜处理制备作为储能设备的负极集流体。步的镀铜处理制备作为储能设备的负极集流体。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及聚苯硫醚薄膜的制备领域，具体涉及一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜及其制备方法和在制备负极集流体中的应用。

技术介绍

[0002]传统锂离子电池负极集流体采用的是铜箔，但随着锂电技术的发展，锂离子电池的高能量密度、轻量化和柔性化成为人们追求的方向。减薄铜箔，可实现锂离子电池的轻量化，提高能量密度，降低成本，但由于制备技术的局限，铜箔的厚度很难获得极大的降低；更为重要的是，铜箔变薄之后，机械强度降低，致使加工性能降低。
[0003]现有技术中已经提出了一种新的减薄方向，将铜镀在高分子薄膜(如聚苯硫醚薄膜)上作为集流体来提高电池能量密度、使电池轻量化。但常规的高分子薄膜在堆积及收卷时，由于表面张力的存在，容易使高分子薄膜粘结在一起，不易分离，甚至无法使用。为了防止这种现象的发生，通常在薄膜生产时加入一定量的微米级(1～3μm)开口剂。但微米级开口剂的加入会导致薄膜表面凹凸不平，若直接在该薄膜的两面镀上厚度仅为几微米的铜层制成作为储能设备的负极集流体，则镀层厚度会受到凸起的开口剂的影响而不均匀。镀层厚度的不均匀又会影响集流体的导电性、载流能力，最终影响电池极片的性能。
[0004]针对上述问题，现有技术中通常的解决方法是降低开口剂的粒径尺寸，即以纳米级开口剂代替原微米级开口剂，通过与树脂共混挤出。该方法虽然可以将开口剂引入到薄膜表面，但这些纳米级的粒子同时具有成核剂的作用，在与树脂熔融共混时会加快树脂的结晶速率造成加工困难，比如结晶度快速升高使得铸片时容易断裂，拉伸容易破膜等。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术公开了一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜及其制备方法，该聚苯硫醚薄膜的表面平整性大幅提升，表面粗糙度≤0.08μm，从而保证了后续超薄镀层厚度的均匀性。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，包括：聚苯硫醚薄膜层，所述聚苯硫醚薄膜层的上、下表面分别设有聚合物涂层。
[0008]本专利技术通过在制备聚苯硫醚薄膜的过程中不使用微米级开口剂，而采用上、下各一层高分子聚合物涂层来替代此方案，以解决因微米级开口剂造成的薄膜表面凹凸不平，进而影响后续镀铜加工的镀层厚度不均的问题。
[0009]优选的：
[0010]所述聚苯硫醚薄膜层，其原料组成包括聚苯硫醚树脂，但不含开口剂。
[0011]优选的，所述聚苯硫醚树脂的重均分子量为40000～100000，熔体流动速率为20～80g/10min(参照GB/T 3682方法测试得到)；进一步优选，重均分子量为50000～80000，熔体流动速率为30～50g/10min。
[0012]优选的：
[0013]所述聚合物涂层，以重量百分比计，原料组成包括：
[0014][0015]本专利技术中，所述聚合物涂层的配方是为聚苯硫醚表面镀超薄铜层而专门设计的，以聚苯硫醚树脂与环氧树脂为主体。经试验发现，若单独以聚苯硫醚树脂为主体，或者将环氧树脂替换为较常见的其它高分子树脂，如聚氨酯，均会导致制备得到的聚合物涂层表面的粗糙度上升，进而影响后续镀铜层的厚度均匀性。
[0016]优选的，所述聚苯硫醚树脂的熔体流动速率为3000～4000g/10min(参照GB/T 3682方法测试得到)。经试验发现，所述高流动速率的PPS树脂具有较好的滑移性，更利于薄膜的排气和开卷，降低了薄膜之间的摩擦系数，有助于解决收卷黏连的情况。进一步试验还发现，若选择的聚苯硫醚树脂的熔体流动速率过低，会导致制备得到的聚合物涂层表面的粗糙度上升，进而影响后续镀铜层的厚度均匀性。
[0017]所述环氧树脂选自水性环氧树脂，优选的，所述水性环氧树脂的固含量为50～60％。具体如美国瀚森迈图公司生产的EPIKOTE 1007-CT-55。
[0018]优选的，所述纳米开口剂选自纳米铜粉、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化镁中的一种或多种。进一步优选，所述纳米开口剂，D90＝80～100nm。经试验发现，纳米开口剂的D90数值若过大，同样会导致制备得到的聚合物涂层表面的粗糙度上升，进而影响后续镀铜层的厚度均匀性。进一步优选，所述纳米开口剂选自D90＝80nm的纳米铜粉。
[0019]所述固化剂选自本领域的常规种类，如二甲氨基丙胺、聚醚二胺、三乙烯四胺等等。
[0020]所述有机溶剂需要溶解环氧树脂，并与PPS形成分散良好的悬浮液。而且沸点要在PPS树脂的冷结晶温度以下，便于在薄膜拉伸的过程中完全挥发。如在拉伸阶段无法完全挥发掉溶剂，会导致热定型效果不佳。优选为乙醇、乙酸丁酯、异丙醇中的一种或多种。进一步优选为乙醇。
[0021]所述聚合物涂层，在上述优选的原料种类基础上，进一步优选的原料组成包括：
[0022][0023]经试验发现，在上述优选的原料种类与含量下，制备得到的聚合物涂层表面的粗糙度≤0.08μm，从而保证了后续镀层厚度的均匀性，均匀度＜5％。
[0024]本专利技术还公开了所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0025](1)以纯聚苯硫醚树脂为原料，经熔融挤出、冷却定型后得到聚苯硫醚片材；
[0026](2)将步骤(1)制备的聚苯硫醚片材进行纵向拉伸，在纵向拉伸后的薄膜的两面通过均匀涂布制备聚合物涂层；
[0027](3)将步骤(2)制备的涂布有聚合物涂层的薄膜进行横向拉伸、热定型、冷却处理后收卷。
[0028]本专利技术公开的制备方法中，涂布工艺进行的时机非常关键，选择在纵向拉伸之后、横向拉伸之前。经试验发现，无论是将涂布工艺提前到纵向拉伸之前，还是延迟到横向拉伸之后，均会导致制备的聚合物涂层的粗糙度大幅提高，平面性变差。
[0029]步骤(1)中，具体为：
[0030]将聚苯硫醚树脂熔融，利用双螺杆挤出机挤出，挤出后切粒成颗粒状固体，再放入真空干燥，通过控制通入的干燥氮气带走多余的水分，得到薄膜原材料。再将干燥后的聚苯硫醚颗粒送入双螺杆挤出机，控制各区及模头的温度不高于280℃，熔融后被送至模头挤出，再经激冷后成为高平整度低结晶度的片材。
[0031]步骤(2)中，将用于制备聚合物涂层的所有原料共混，搅拌均匀制成聚合物溶液，通过涂布机供液泵将聚合物溶液输送到涂布机狭缝，从狭缝中挤出的溶液喷向纵向拉伸后的薄膜的两面并刮匀。
[0032]优选的，独立地控制所述纵向拉伸与所述横向拉伸的倍率为3～4。
[0033]本专利技术还公开了一种负极集流体，包括所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜；还包括分别镀于所述适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜的上、下表面的铜层。
[0034]所述铜层的制备，可以采用本领域常规的制备工艺，如气相沉积镀铜。
[0035]优选的，所述铜层的厚度为0.5～1.5μm，进一步优选为0.8～1.2μm。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于，包括：聚苯硫醚薄膜层，所述聚苯硫醚薄膜层的上、下表面分别设有聚合物涂层。2.根据权利要求1所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于：所述聚苯硫醚薄膜层，原料组成中不含开口剂；所述聚合物涂层，以重量百分比计，原料组成包括：3.根据权利要求2所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于：所述聚苯硫醚树脂的熔体流动速率为3500～4000g/10min。4.根据权利要求2所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于：所述纳米开口剂选自纳米铜粉、纳米碳酸钙、纳米氧化铝中的一种或多种；所述有机溶剂选自乙醇、乙酸丁酯、异丙醇中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于：所述纳米开口剂的颗粒粒径D90＝80～100nm。6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的适用于超薄镀层的聚苯硫醚薄膜，其特征在于：所述聚合物涂层，以重量百分比计，原...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贵阳，金秉宸，沈金涛，邓杭军，
申请(专利权)人：浙江新和成股份有限公司，
类型：发明
国别省市：