一种锂电池复合多孔集流体铜箔及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池复合多孔集流体铜箔及制备方法，制备方法包括将硝酸铜水溶液、聚苯乙烯粉末混合，加表面活性剂后搅拌，脱泡后与无水乙醇混匀得悬浊液；在单晶硅衬底上铺上一层无水乙醇或丙酮溶剂膜，注射悬浊液至无水乙醇或丙酮溶剂膜上；待单晶硅衬底上的溶剂挥发完毕，得到附着在单晶硅衬底上的二元胶体单层膜，转移至无水乙醇或丙酮中使其漂浮在液面上；用固定在载体上的PI薄膜捞取二元胶体单层膜，烘干，在空气中退火后在氢气中退火，制得单面附着多孔铜箔的PI薄膜，将其翻面后再捞取漂浮在液面上的上述二元胶体单层膜，重复烘干，退火步骤。本发明专利技术制备方法得到的铜箔致密且均匀，制成的电芯循环性好。制成的电芯循环性好。制成的电芯循环性好。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池复合多孔集流体铜箔及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池材料制备和加工
，具体涉及一种锂电池复合多孔集流体铜箔及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池由于循环稳定、能量密度高，被广泛应用于消费电子、动力电池及储能等领域。同时由于电动汽车的快速发展对锂电池的安全性、稳定性和能量密度提出了更高的要求。锂电池主要由正极、隔膜、负极、集流体四个部分组成。集流体是锂电池的主要组件之一，用来维持电极和外部电路之间的电力传输，影响电池的电化学性能。
[0003]在锂电池行业中，铜箔和铝箔通常用于锂电池的负极集流体，作为电极材料、粘合剂和导电材料的载体。目前主流使用的负极集流体为厚度6
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9μm左右的纯铜电解铜箔。电池充放电使用过程中，负极材料体积亦会随之进行变化。作为负极集流体的铜箔也会不断拉伸收缩，负极材料可能脱落引起容量降低，性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外，电池由于枝晶生长、外力等原因受损引起热失控后，存在电池爆燃等风险。因此需要对铜箔材料进行改性以稳定电池容量，提升循环性能和降低安全风险。
[0004]复合集流体为“金属
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高分子材料
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金属”的三明治结构，以PET/PP/PI等高分子绝缘材料作为“夹心”层，上下两面沉积金属铝或金属铜。以复合铜箔为代表的复合集流体具有高安全、高比能、长寿命、低成本、强兼容等优势，是传统锂电池集流体（铝箔和铜箔）的良好替代材料。复合铜箔中间的高分子层膨胀率更低，能有效减少金属收缩导致的活性物质脱落，提升电池循环寿命。同时高分子材料受热会发生断路效应，削弱穿刺隔膜影响因素，可以大大降低电池热失控风险。PET/PP/PI复合铜箔具有较好的兼容性，能够匹配现有的电池系统，在提升电池安全性之外，凭借其低密度，减轻集流体重量，增加电池能量密度，降低制造成本。
[0005]当前的复合集流体铜箔的制备多选择“两步法”和“三步法”进行生产，分别采用了“磁控溅射+水电镀”和“磁控溅射+真空镀+水电镀”的工艺策略。例如，“两步法”制备复合集流体铜箔先在高分子层表面磁控溅射一层100纳米以内厚度的金属铜，将薄膜金属化；然后采用水电镀的方式，将铜层加厚到1微米，复合铜箔整体的厚度在10微米以内，来代替传统的电解铜箔。例如公开号为CN108531876A的中国专利申请文献中公开了一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程，其是超薄基材上镀金属膜，以获得具有可提高粘合力的镀膜产品，其工艺流程如下，在超薄基材表面先采用磁控镀膜5
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50nm，再水镀镀膜600
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1000nm；或者工艺流程如下，在超薄基材表面先采用磁控镀膜5
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50nm，然后蒸发镀膜100
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700nm，最后水镀镀膜100
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800nm。当前复合集流体铜箔的制造难点在于有机高分子和无机金属的紧密复合和均匀性。磁控溅射镀铜的不均匀到下一步水电镀的时候会被放大，导致后续延展性有问题，良品率不高的情况。除此之外，如果磁控溅射没有控制好磁场和电场，部分粒子轰击会导致高分子膜损坏。因此迫切需要开发一种新的无损制备方式用于复合集流体铜箔的稳定生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种无损制备复合集流体铜箔的方法，增加有机高分子与无机金属铜复合粘接性能，提升复合多孔集流体铜箔的均匀性，用于增强制备得到的电芯的循环性能。
[0007]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：一种锂电池复合多孔集流体铜箔的制备方法，包括以下步骤：S1、将硝酸铜水溶液、聚苯乙烯粉末混合形成混合液，加入表面活性剂，搅拌后得到分散液，脱泡后制得金属盐掺杂二元胶体小球原液；其中，所述聚苯乙烯粉末的粒径＜1μm；S2、将金属盐掺杂二元胶体小球原液与无水乙醇混合均匀制得金属盐掺杂二元胶体小球悬浊液；S3、在单晶硅衬底上均匀铺上一层无水乙醇溶剂膜或丙酮溶剂膜，然后注射上述金属盐掺杂二元胶体小球悬浊液至无水乙醇溶剂膜或丙酮溶剂膜上；待单晶硅衬底上的溶剂挥发完毕，得到附着在单晶硅衬底上的二元胶体单层膜；S4、将上述制备得到的二元胶体单层膜转移至无水乙醇或丙酮中，使其漂浮在液面上；用固定在载体上的PI薄膜捞取二元胶体单层膜，制得单面附着胶体单层膜的半成品；S5、将上述单面附着胶体单层膜的半成品烘干，之后退火制得单面附着多孔铜箔的PI薄膜；其中，所述退火依次包括在空气氛围中进行的退火和在氢气氛围中进行的退火；S6、将单面附着多孔铜箔的PI薄膜翻面后再捞取S4中漂浮在液面上的二元胶体单层膜，重复S5后制得所述锂电池复合多孔集流体铜箔。
[0008]优选地，在S1中，所述硝酸铜水溶液中的硝酸铜与聚苯乙烯粉末的质量比为10
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20：20。
[0009]优选地，在S1中，所述硝酸铜水溶液中，硝酸铜的质量分数为20
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40%；所述硝酸铜水溶液、聚苯乙烯粉末按质量比50:20混合形成混合液。
[0010]优选地，在S1中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠中的一种或者多种的混合物。
[0011]优选地，在S1中，所述硝酸铜水溶液是将硝酸铜、去离子水按20
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40:60
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80的质量比进行混合，以400
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800rpm的转速搅拌至完全溶解得到的。
[0012]优选地，在S1中，所述聚苯乙烯粉末的粒径为100
‑
500nm。
[0013]优选地，在S1中，所述表面活性剂的质量为所述混合液质量的0.5
‑
2%。
[0014]优选地，在S2中，所述金属盐掺杂二元胶体小球原液与无水乙醇的体积比为3
‑
5：3
‑
5。
[0015]优选地，在S3中，在形成无水乙醇溶剂膜或丙酮溶剂膜的过程中，无水乙醇或丙酮在单晶硅衬底上的用量为3
‑
5mL/6寸；所述金属盐掺杂二元胶体小球悬浊液的总体积与所用无水乙醇或丙酮的体积比为20μL：3
‑
5mL。
[0016]优选地，在S5中，所述在空气氛围中进行的退火是指在管式炉中230
‑
300℃退火1
‑
3h；所述在氢气氛围中进行的退火的温度为300℃，时间为1
‑
3h。
[0017]优选地，在S1中，所述搅拌的转速为600rpm，时间为30min。
[0018]优选地，在S4中，所述载体为不锈钢板、搪瓷玻璃板、氧化铝板中的一种。
[0019]优选地，在S4中，所述PI薄膜的厚度为6μm，尺寸为10cm
×
10cm。
[0020]优选地，在S5中，所述烘干的温度为80℃，时间为30min。
[0021]本专利技术还提出一种锂电池复合多孔集流体铜箔，采用所述的锂电池复合多孔集流体铜箔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池复合多孔集流体铜箔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将硝酸铜水溶液、聚苯乙烯粉末混合形成混合液，加入表面活性剂，搅拌后得到分散液，脱泡后制得金属盐掺杂二元胶体小球原液；其中，所述聚苯乙烯粉末的粒径＜1μm；S2、将金属盐掺杂二元胶体小球原液与无水乙醇混合均匀制得金属盐掺杂二元胶体小球悬浊液；S3、在单晶硅衬底上均匀铺上一层无水乙醇溶剂膜或丙酮溶剂膜，然后注射上述金属盐掺杂二元胶体小球悬浊液至无水乙醇溶剂膜或丙酮溶剂膜上；待单晶硅衬底上的溶剂挥发完毕，得到附着在单晶硅衬底上的二元胶体单层膜；S4、将上述制备得到的二元胶体单层膜转移至无水乙醇或丙酮中，使其漂浮在液面上；用固定在载体上的PI薄膜捞取二元胶体单层膜，制得单面附着胶体单层膜的半成品；S5、将上述单面附着胶体单层膜的半成品烘干，之后退火制得单面附着多孔铜箔的PI薄膜；其中，所述退火依次包括在空气氛围中进行的退火和在氢气氛围中进行的退火；S6、将单面附着多孔铜箔的PI薄膜翻面后再捞取S4中漂浮在液面上的二元胶体单层膜，重复S5后制得所述锂电池复合多孔集流体铜箔。2.根据权利要求1所述的锂电池复合多孔集流体铜箔的制备方法，其特征在于：在S1中，所述硝酸铜水溶液中的硝酸铜与聚苯乙烯粉末的质量比为10
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20：20。3.根据权利要求1所述的锂电池复合多孔集流体铜箔的制备方法，其特征在于：在S1中，所述硝酸铜水溶液中，硝酸铜的质量分数为20
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40%；所述硝酸铜水溶液、聚苯乙烯粉末按质量比50:20混合形成混合液。4.根据权利要求1所述的锂电池复合多孔集流体铜箔的制备方法，其特征在于：在S1中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辉，蒯贇，沈光宇，
申请(专利权)人：安徽维纳物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：