一种新型复合集电体及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池正负极集流体技术领域，具体涉及一种新型复合集电体及其制备方法，包括具备承载刚性的基材层、涂布在基材层两侧的特殊接着涂层，并经过双向拉伸、热定型后，进入打孔单元，全幅宽均匀开设通孔，通过特殊接着涂层连接于基材层两侧的金属导电层，且通过通孔连接，还包括电极材料层，电极材料层设置于金属导电层的两侧，且电极材料层的正极采用三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂中的任意一种，电极材料层的负极采用石墨、硅碳中的任意一种，基材层可以为聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰亚胺材料的任意一种。本发明专利技术能够显著降低电池正负极极片内阻，并显著改善金属层与高分子基膜附着力从而显著改善电池长期耐久性的复合集电体。电体。电体。

【技术实现步骤摘要】
一种新型复合集电体及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池正负极集流体
，具体涉及一种新型复合集电体及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、体积小、重量轻等诸多优点，在消费电子领域已被广泛应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高。
[0003]众所周知，锂离子电池一般使用金属箔材(铜箔、铝箔、镍箔或其复合箔材等等)作为集电体，形成电子传导通道，而此种箔材一般为三层结构，中间层为高分子基材层，基材层的两面各设置一层金属层。在锂离子电池的正负极极片的其中一个或全部使用这种复合集电体时，可以大大提高电池的安全性，并显著提高电池的质量能量密度。然而，现有技术中，这种集电体尚存在一些问题有待解决：
[0004]1、上述材料的复合集电体的电阻一般要比普遍使用的纯金属箔大；
[0005]2、上述材料的复合集电体的表面金属导电层厚度非常薄，传统的超声焊接等极耳焊接方式难以保障良好的电子通道畅通；
[0006]3、表面金属镀层在高分子基膜上的附着性能不佳，特别是针对长期性能要求较高的动力、储能或高端3C等应用领域，复合集电体在电解液的长期浸泡下容易脱层，导致电池内阻显著增大。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种新型复合集电体及其制备方法，能够显著降低电池正负极极片内阻，并显著改善金属层与高分子基膜附着力从而显著改善电池长期耐久性的复合集电体。<br/>[0008]本专利技术采取的技术方案具体如下：
[0009]一种新型复合集电体及其制备方法，包括具备承载刚性的基材层、涂布在基材层两侧的特殊接着涂层，并经过双向拉伸、热定型后，进入打孔单元，全幅宽均匀开设通孔，通过特殊接着涂层连接于基材层两侧的金属导电层，且通过通孔连接，构成使两侧金属导电层电路导通，还包括电极材料层，所述电极材料层设置于金属导电层的两侧，且电极材料层的正极采用三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂中的任意一种，所述电极材料层的负极采用石墨、硅碳中的任意一种。
[0010]其中，所述特殊接着涂层为溶剂型马来酸酐接枝改性聚烯烃(MPP)树脂，其分子量为30000Da
‑
300000Da，马来酸酐接枝率在0.1％
‑
5.0％，并且上述涂布液采用丁酮(MEK)、环己烷(CH)、甲基环己烷(MCH)中的任意一种或多种溶剂相混合构成配制溶剂。
[0011]所述基材层可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)材料的任意一种。
[0012]所述特殊接着涂层中的改性聚烯烃树脂的分子量，优选数值单位为80000Da
‑
160000Da，马来酸酐接枝率的优选数值单位为0.5
‑
3.0％。
[0013]所述通孔的孔径为50
‑
1000μm，且通孔的密度为1
‑
20个/cm2。
[0014]所述金属导电层的正极集电体采用金属Al，金属导电层的负极集电体采用金属Cu，并且采用蒸镀、磁控溅射、电镀中的任意一种或多种进行镀膜。
[0015]所述金属导电层厚度为100
‑
2000μm，
[0016]一种新型复合集电体的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一：基材层经干燥、除尘后送入制膜设备供料系统；
[0018]步骤二：后续拉伸工艺为双向同步拉伸时，则在上述基材层熔融、挤出、冷却成膜，并经测厚后，进行特殊接着涂层两面精密涂布；
[0019]后续拉伸工艺为双向异步拉伸时，则在上述基材层粒熔融、挤出、冷却成膜、测厚后，并经过纵向拉伸(MDO)后进行特殊接着涂层精密涂布，再使用专用烘箱烘干溶剂；
[0020]步骤三：基材层经过涂布、烘干后进入双向同步拉伸单元或双向异步拉伸的横向拉伸(TDO)阶段进行拉伸，为保障最终膜材使用强度，两方向拉伸比不低于2.5倍；
[0021]步骤四：为使基材层在进行极片涂布、裁切、绕卷、裁片等加工时保持尺寸稳定，经两方向拉伸后的基膜应进行热定型处理，控制其热收缩率在2％以下，优选1％以下；
[0022]步骤五：步骤四中的基材层经双向拉伸并经热定型后，再次进行厚度检测，随后进入打孔单元，全幅宽均匀打连通孔；
[0023]步骤六：经过步骤五中处理后的膜材，再经均匀打孔后可先收卷，随后转运至金属镀膜区，也可不经收卷直接进入金属镀膜工艺；
[0024]步骤七：用于负极集电体时镀铜，先在步骤五中的膜材上采用磁控溅射或蒸镀中的任意一种方式进行电镀，也可是上述两种在膜材两面镀铜，首次电镀厚度为1
‑
50nm，随后经溶液电镀将膜材两侧铜层增厚至200
‑
2000nm；
[0025]步骤八：用于电极材料层的正极集电体镀铝时，为更好保障镀层与经过涂布、打孔、定型后的基材层结合牢固度，可先在打孔基材层上采用磁控溅射或蒸镀中的任意一种或两种结合方式，在基材层的两面镀铝，再采用多次连续蒸镀加厚铝层，使最终两面铝层厚度为200
‑
3000nm；
[0026]步骤九：经上述步骤制得的复合集电体可直接用于正极极片或负极极片之涂布工序。
[0027]本专利技术取得的技术效果为：
[0028]本专利技术，通过在基材层上均匀开设通孔，本申请采用电镀工艺使两侧金属导电层实现电路导通，规避了使用超声焊接连通电路的方式，可较好的保障电子通道的畅通
[0029]本专利技术，基材层在制备过程中通过在线涂布方式进行加工，使涂层与基膜间结合紧密，不易脱落，从而保障电池长期耐久性优良
[0030]本专利技术，本申请通过选取不同材质作为基材进行实验，发现从材料热稳定性、刚性及延展性等方面考虑，优选PET膜，以PET膜材质的基材层为进一步的实验对象，经过涂布、压孔、拉伸等工序，再制得正负极与隔膜、铝塑膜等工序制作成品软包电池，经过多次实际测试，发现经过特殊接着涂层涂布的基材层具有较强的韧性，且经过金属镀层的金属导电层与基材层通过马来酸酐接枝率以及其他调整溶剂涂布后，获得较好的粘性附着性能的同
时不会因拉伸强度级层的提高而使得基材层产生裂口，或因电流击穿而产生分层，实现进一步的降低电池内阻。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的复合集电体局部截面结构示意图。
[0032]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0033]1、基材层；
[0034]2、特殊接着涂层；
[0035]3、通孔；
[0036]4、金属导电层；
[0037]5、电极材料层。
具体实施方式
[0038]为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本专利技术的一种或几种具体的实施方式，并不对本专利技术具体请求的保护范围进行严格限定。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型复合集电体，其特征在于，包括：具备承载刚性的基材层1；涂布在基材层1两侧的特殊接着涂层2，并经过双向拉伸、热定型后，进入打孔单元，全幅宽均匀开设通孔3；其中，所述特殊接着涂层2为溶剂型马来酸酐接枝改性聚烯烃(MPP)树脂，其分子量为30000Da
‑
300000Da，马来酸酐接枝率在0.1％
‑
5.0％，并且上述涂布液采用丁酮(MEK)、环己烷(CH)、甲基环己烷(MCH)中的任意一种或多种溶剂相混合构成配制溶剂；通过特殊接着涂层2连接于基材层1两侧的金属导电层4，且通过通孔3连接，构成使两侧金属导电层4电路导通；电极材料层5，所述电极材料层5设置于金属导电层4的两侧，且电极材料层5的正极采用三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂中的任意一种，所述电极材料层5的负极采用石墨、硅碳中的任意一种。2.根据权利要求2所述的一种新型复合集电体，其特征在于：所述基材层1可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)材料的任意一种。3.根据权利要求2所述的一种新型复合集电体，其特征在于：所述特殊接着涂层2中的改性聚烯烃树脂的分子量，优选数值单位为80000Da
‑
160000Da，马来酸酐接枝率的优选数值单位为0.5
‑
3.0％。4.根据权利要求2所述的一种新型复合集电体，其特征在于：所述通孔3的孔径为50
‑
1000μm，且通孔3的密度为1
‑
20个/cm2。5.根据权利要求2所述的一种新型复合集电体，其特征在于：所述金属导电层4的正极集电体采用金属Al，金属导电层4的负极集电体采用金属Cu，并且采用蒸镀、磁控溅射、电镀中的任意一种或多种进行镀膜。6.根据权利要求2所述的一种新型复合集电体，其特征在于：所述金属导电层4厚度为100
‑
200...

【专利技术属性】
技术研发人员：范琼，
申请(专利权)人：杭州允腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：