复合集流体用聚合物基膜、复合集流体及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及复合集流体用聚合物基膜、复合集流体及制备方法和应用，属于集流体技术领域。聚合物基膜的材料为n型导电聚合物，n型导电聚合物结构的重复单元为式(1)所示：R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、C1

【技术实现步骤摘要】
复合集流体用聚合物基膜、复合集流体及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及集流体
，具体涉及复合集流体用聚合物基膜、复合集流体及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]复合集流体包含基膜层和基膜两侧表面的金属层。金属层的材质为铜、铝等金属，其厚度要求一般为1μm左右。通过真空蒸镀或磁控溅射+水电镀工艺在基膜两侧形成金属层，制备复合集流体，适用于锂电池集流体。
[0003]但由于基膜层大多采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子材料，而这些高分子材料几乎都是绝缘体，导电性极差，导致集流体阻值剧增，影响电池内阻和功率性能发挥。为了解决PET等导电性极差高分子基膜引起的上述诸多问题，目前主要采用以下两种方法：一是在基材中中加入无机或有机高分子导电剂；二是在基材上增加导电层。但以上方法都会大大增加复合集流体的制备工序环节数和制备难度、提高制备成本、降低生产效率，不利于大规模量产导入电芯应用。
[0004]除了内阻问题外，PET等含氧基团基膜材料，含有大量的酯基，易发生溶胀现象。电池中的电解液与PET等含氧基团基膜材料接触后，PET等含氧基团基膜材料中的酯基基团与电解液中的酯基基团相遇，发生相溶，导致电池在长期的使用过程中基膜层容易出现溶胀现象，破坏了金属层与基膜客户案号层之间的化学键，从而导致复合集流体的金属层与基膜层之间的剥离力不断变差，容易出现金属层与基膜层发生脱落现象，进而影响电池内部的正负极界面，导致电池的电性能变差，同时也影响电池的安全性。而高分子材料溶解后进入电解液内部后，也会增加电解液的粘度，使得离子传输阻碍增加，导致电池后期电池内阻增加。而改用聚丙烯(PP)作为基膜，虽然可以在一定程度上缓解溶胀问题，但PP材质由于分子结构几乎无含氧基团等其它非CH基团存在，容易出现与金属层结合力不足的情况，导致基膜两侧金属层/金属镀层存在金属镀层剥离、涂布拉伸时金属镀层褶皱，以及与锂电活性物质叠片后活性物质被隔膜剥离等其它问题，造成电池良率大大下降，因此也不利于工业化大规模推广使用。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有PET基膜层存在导电性极差，加入导电剂或增加导电层的方式存在成本高、降低生产效率，以及PET基膜存在溶胀问题，导致电池循环性能较差，PP基膜虽能缓解溶胀但存在与金属层结合力不足的问题，从而提供一种复合集流体用聚合物基膜、复合集流体及制备方法和应用。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种复合集流体用聚合物基膜，其特征在于，所述聚合物基膜的材料为n型导电聚合物，n型导电聚合物结构的重复单元为式(1)所示；
[0008][0009]其中，R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、C1
‑
C10卤素取代的烷基、C2
‑
C10的烯基、C2
‑
C10的炔基和硅保护的乙烯基。
[0010]R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、C1
‑
C5卤素取代的烷基、C2
‑
C5的烯基、C2
‑
C5的炔基和硅保护的乙烯基；优选的，R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基中的一种；更优选的，R选自氢。
[0011]所述n型导电聚合物的结构为式(2)所示；
[0012][0013]其中n选自1
‑
1000000的整数，优选为1
‑
10000的整数，更优选为1
‑
1000的整数。
[0014]一种复合集流体，包括所述的一种复合集流体用聚合物基膜形成的聚合物基膜层和位于所述聚合物基膜层两侧表面的金属层。
[0015]每侧所述金属层的厚度为0.3μm
‑
1.0μm，优选为0.5μm；
[0016]所述金属层的材质为铜、铝或锡中任一种；优选为铜或铝。
[0017]所述复合集流体为复合正极集流体，所述金属层的材质为铝，所述聚合物基膜层的厚度为2.7
‑
12μm；优选为6μm；所述复合正极集流体的厚度为3.7μm
‑
14μm，优选为6
‑
8μm。
[0018]所述复合集流体为复合负极集流体，所述金属层的材质为铜，所述聚合物基膜层的厚度为2.7
‑
12μm；优选为4μm；所述复合负极集流体的厚度为3.7μm
‑
14μm，优选为5
‑
7μm。
[0019]一种复合集流体的制备方法，采用真空蒸镀法在所述聚合物基膜的两侧表面镀金属层，包括以下步骤：将金属靶材及待镀的聚合物基膜装入真空蒸镀设备内，并对所述真空蒸镀设备进行抽真空至设备内真空度小于1
×
10
‑2Pa；对所述真空蒸镀设备内加热至所述金属靶材的蒸发温度，并在所述聚合物基膜的两侧表面镀上所述金属层，得到所述复合集流体；
[0020]所述复合集流体为复合正极集流体，所述金属靶材为铝靶材；所述聚合物基膜的传输移动速率为50
‑
150m/min，优选为100m/min；
[0021]或，所述复合集流体为复合负极集流体，所述金属靶材为铜靶材，所述金属层为铜层；所述聚合物基膜的传输移动速率为30
‑
120m/min，优选为90m/min。
[0022]所述金属靶材的纯度为99.9％；和/或，所述金属靶材的蒸发温度为600
‑
1600℃，优选为1100℃。
[0023]一种极片，包括极片材料以及所述的复合集流体或所述的制备方法得到的复合集
流体；
[0024]优选的，所述极片材料为正极材料，所述复合集流体为复合正极集流体其压实保持3.0
‑
3.8g/cm3，优选为3.65g/cm3。
[0025]优选的，所述极片材料为负极材料，所述复合集流体为复合负极集流体其压实保持1.5
‑
1.8g/cm3，优选为1.65g/cm3。
[0026]所述的极片在制备锂离子电池中的应用。
[0027]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0028]1、本专利技术的一种复合集流体用聚合物基膜，采用n型高导电聚合物基膜材料，该n型高导电聚合物为苯并二呋喃二酮及其衍生物，其结构的重复单元具有式(1)所示。具有式(1)所示的聚(苯并二呋喃二酮)等n型高导电聚合物的大而刚性的共轭框架，使得(双)极化子和链内载流子能轻松离域，导电性和导热性较高，因此将其用于制备复合集流体的工序中，无需在基膜上额外增加导电层、无需在基膜材料中添加导电剂，可作为一种极简高性能复合集流体基膜材料；同时，聚(苯并二呋喃二酮)等n型高导电聚合物由于含有环内酯上的酮基，与常规碳酸酯类电解液相容性较低，可以很好的避免基膜制备得到的复合集流体在长期锂电循环过程中溶胀的问题，确保循环可以达到锂电设计循环目标值；而且聚(苯并二呋喃二酮)等n型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体用聚合物基膜，其特征在于，所述聚合物基膜的材料为n型导电聚合物，n型导电聚合物结构的重复单元为式(1)所示；其中，R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、C1
‑
C10卤素取代的烷基、C2
‑
C10的烯基、C2
‑
C10的炔基和硅保护的乙烯基。2.根据权利要求1所述的一种复合集流体用聚合物基膜，其特征在于，R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、C1
‑
C5卤素取代的烷基、C2
‑
C5的烯基、C2
‑
C5的炔基和硅保护的乙烯基；优选的，R相同或不同，各自独立的选自氢、卤素、硝基、氰基中的一种；更优选的，R选自氢。3.根据权利要求1或2所述的一种复合集流体用聚合物基膜，其特征在于，所述n型导电聚合物的结构为式(2)所示；其中n选自选自1
‑
1000000的整数，优选为1
‑
10000的整数，更优选为1
‑
1000的整数。4.一种复合集流体，其特征在于，包括由权利要求1
‑
3任一所述的一种复合集流体用聚合物基膜形成的聚合物基膜层，和位于所述聚合物基膜层两侧表面的金属层。5.根据权利要求4所述的一种复合集流体，其特征在于，每侧所述金属层的厚度为0.3μm
‑
1.0μm，优选为0.5μm；所述金属层的材质为铜、铝或锡中任一种；优选为铜或铝。6.根据权利要求5所述的一种复合集流体，其特征在于，所述复合集流体为复合正极集流体，所述金属层的材质为铝，所述聚合物基膜层的厚度为2.7
‑
12μm；优选为6μm。或，所述复合集流体为复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军华，请求不公布姓名，李旭东，林逢建，任梦强，请求不公布姓名，李云明，请求不公布姓名，高飞，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：