一种复合集流体及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种复合集流体及其制备方法、应用，涉及电池技术领域；具体而言，包括依次相连的第一导体层、第一粘接层、基材层和第二导体层；第一导体层的致密度高于第二导体层。在本发明专利技术中由于第一导体层经腐蚀减薄处理得到，第二导体层经真空蒸镀工艺制得，因而复合集流体具有特殊的结构与形貌；本发明专利技术的复合集流体厚度较低，具有优异的加工性能和安全性能，制备方法简单可控，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种复合集流体及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种复合集流体及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由基本单元结构卷绕或者叠加构成，基本单元结构包括正极、隔膜、负极和电解液；其中正负极是发生电化学反应的地方，通过正极和负极中的集流体，将电化学反应生成的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出；因此集流体应与正负极活性物质充分接触，内阻尽可能小为佳。此外，集流体在电池中还起到支撑电极层的作用，市售电池用铝箔通常厚度为12μm或13μm，更低厚度的铝箔在涂布、辊压或卷绕时容易断裂。
[0003]中国专利CN107123812A公开了一种正极集流体，包括塑料薄膜及其上下表面依次镀有粘接力增强层、铝金属镀层和防氧化层；在制备工艺中，经粘接力增强层复合后的塑料薄膜置入双面往返蒸发镀膜机真空室内，通过对真空蒸镀的条件参数进行调整并得到铝金属镀层，所得到的正极集流体具有能量密度高、压实密度高等优势。但是，真空蒸镀的过程中，铝在塑料薄膜表面沉积的过程中会释放大量热，塑料薄膜受热产生应力会发生形变，容易引起另一侧在蒸镀时沉积不均，甚至破坏薄膜；因此，在第一面蒸镀后在第二面进行蒸镀时，需要采用更慢的速度和更好的导热方式将热量传递出来，在进行第二面的蒸镀时较第一面更困难，成本更高。
[0004]中国专利CN112234210A公开了一种复合集流体，包括支撑体层、第一导体层、第二导体层和焊接区域；在制备工艺中，将铝箔通过胶黏剂复合在PET薄膜两侧，而后进行化学腐蚀，使两侧的铝箔更加轻薄，所得到的复合集流体具有高拉伸强度，且大大提高了极耳的焊接成功率。但是，其制备工艺需要将5微米以上的铝箔经过化学腐蚀去数个微米，铝材利用率低于60％，严重浪费了材料，导致该工艺材料成本高，不利于产品推广。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种复合集流体，采用如下技术方案实现：
[0007]一种复合集流体，包括依次相连的第一导体层、第一粘接层、基材层和第二导体层；
[0008]所述第一导体层的致密度高于所述第二导体层的致密度。
[0009]其中，所述第一导体层经腐蚀减薄处理得到，所述第二导体层经真空蒸镀工艺制得；其中，真空蒸镀是物理气相沉积(CVD)的一种，是指在真空条件下采用一定的加热方式蒸发镀膜材料并使之气化，粒子沉积至基材表面凝聚成膜的工艺；第一导体层的金属箔片经化学腐蚀后厚度有所降低，但反应后的金属层依旧致密，反之基于蒸镀工艺的特性，第二导体层的结构偏于疏松；
[0010]较为致密的第一导体层具有更高的焊接强度，便于后续加工或组装，同时，由于第一导体层的厚度大于1.5μm，兼具支撑和散热能力，并防止基材层在蒸镀过程中受到热损
伤；当基材层、第一粘接层和第一导体层经复合后再作为蒸镀衬底时，相较于基底层自身材质更厚、更硬，避免了蒸镀过程中打皱、金属沉积不均等现象，对蒸镀设备的要求降低，优品率更高；且与现有技术中基底层两侧均通过蒸镀以实现导体层负载的技术相比，对于同一基底层仅需一次蒸镀，其受到的热损伤更低，因而可以选用更快的蒸镀方式，对基底膜层的热性能需求更低，工艺难度更低，有效降低了工艺成本；此外，蒸镀本身所需的材料成本仅为蒸发用的金属材料，蒸发利用率高，可设计性好，材料成本低廉。
[0011]在本专利技术中将化学腐蚀与真空蒸镀两种方法有效结合，不仅实现了对制备工艺及难度的优化，同时制备得到了一种两侧导体层的致密度和厚度均不同的、具备特殊结构的复合集流体；所述复合集流体的整体厚度较薄，在电池壳体空间相同时，更薄的集流体能够节约空间，使单位面积的集流体能够负载更多的活性物质，进而提升电池能量密度；同时，所述复合集流体具有高安全性，由于复合集流体的导体层很薄，当局部出现短路时，短路电流会导致导体层熔断，从而避免电池短路范围进一步扩大，大大降低电池安全风险。
[0012]优选地，所述第一导体层的致密度＞95％；
[0013]优选地，所述第二导体层的致密度＞75％；
[0014]致密度是衡量金属堆积密度或空间利用率的属性，相同体积下，具有更高的致密度的导体层则具有更好的导电性，能够充分降低电池内阻；同时，在进行焊接时，导体层会发生熔融变形和扩散，致密度高的导体层，在焊接时产生的变形小、扩散性好，具有焊接强度高、内阻低等优势。
[0015]优选地，所述第一导体层的厚度为1.5μm～5μm；
[0016]优选地，所述第二导体层的厚度为0.5μm～1.5μm；
[0017]优选地，所述复合集流体的厚度为4.5μm～11μm；
[0018]在本专利技术中通过对各层级的厚度进行限定，进一步对强度及焊接效果做出保障；倘若所述第一导体层的厚度低于1.5μm，在后续真空蒸镀的进行过程中，由于热效应很容易导致基材层打皱，进而导致集流体成品弯曲幅度大，不符合相关外观指标而报废；而倘若所述第一导体层或第二导体层的厚度超过上述阈值，且不论对成本和资源的浪费，过厚的集流体会进一步占据有限的电池空间，使正负极所负载的活性物质含量降低，电池性能也会下降。
[0019]优选地，所述第一导体层和所述第二导体层独立地包括铝、铜、镍、银、金、碳，以及铝、铜、镍、银、金、碳的合金中的至少一种。
[0020]优选地，所述基材层包括PET、PP、PE、PI和聚芳砜中的至少一种。
[0021]优选地，所述基材层和所述第二导体层之间还包括：第二粘接层；
[0022]更优选地，所述第一粘接层和所述第二粘接层包括聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯酸PAA、聚丙烯腈PAN、聚丙烯酸酯、羟甲基纤维素盐CMC和丁苯橡胶SBR中的至少一种；
[0023]由于电解液中通常含有少量氢氟酸，会腐蚀金属导体层，导致导体层脱落，常规的无机粘结剂难以抵抗氢氟酸腐蚀，因此选用高分子粘接层，并优选地采用两层粘接层以进一步提高导体层的耐电解液性能。
[0024]本专利技术的第二目的在于提供一种所述的复合集流体的制备方法，主要包括如下步骤：
[0025](1)将薄膜状基材层的一侧依次覆盖粘接剂和金属箔片，复合处理后得到第一复合体；
[0026](2)将所述第一复合体置于碱液或酸液中的一种进行减薄腐蚀处理，得到第二复合体；
[0027](3)通过真空蒸镀处理使金属箔片沉积至所述第二复合体中所述基材层的另一侧；
[0028]优选地，在步骤(3)中，先在所述第二复合体中所述基材层的另一侧涂覆粘接剂，而后进行所述真空蒸镀处理。
[0029]优选地，在步骤(1)中，所述复合处理的温度为80℃～120℃，所述复合处理的压力为105Pa～106Pa；
[0030]更优选地，所述复合处理后还包括静置处理；所述静置处理的温度为60℃～90℃，所述静置处理的时间为60h～84h。
[0031]优选地，在步骤(2)中，所述减薄腐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括依次相连的第一导体层、第一粘接层、基材层和第二导体层；所述第一导体层的致密度高于所述第二导体层的致密度。2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一导体层和所述第二导体层独立地包括铝、铜、镍、银、金、碳，以及铝、铜、镍、银、金、碳的合金中的至少一种；优选地，所述基材层包括PET、PP、PE、PI和聚芳砜中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一导体层的致密度＞95％；和/或，所述第二导体层的致密度＞75％。4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一导体层的厚度为1.5μm～5μm；和/或，所述第二导体层的厚度为0.5μm～1.5μm；和/或，所述复合集流体的厚度为4.5μm～11μm。5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述基材层和所述第二导体层之间还包括：第二粘接层。6.根据权利要求1～5任一项所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将薄膜状基材层的一侧依次覆盖粘接剂和金属箔片，复合处理后得到第一复合体；(2)将所述第一复合体置于碱液或酸液中的一种进行减...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，王晓明，徐强，凌松，魏凤杰，刁建高，
申请(专利权)人：江苏卓高新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：