【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子二次电池材料，尤其是一种复合集流体层结构的快速选择方法。
技术介绍
1、锂离子二次电池因其工作电压高，能量密度大，循环寿命长等优点，目前已经广泛应用于3c电子产品、新能源汽车、储能等领域。集流体是锂离子电池不可或缺的部件之一，复合型集流体是当下研发热点。
2、复合集流体一般为“类三明治”结构，中间基材层是高分子材料，在其一侧或两侧为导电层。研发过程中发现，复合型集流体普遍存在导电层与基材层结合性能差的问题，尤其是当导电层材质是铜或其合金时，其结合性能差的问题更为严重。当复合集流体不同层材料之间的热学、力学性能差异性较大时，复合集流体在制备及使用过程中易产生热失配应力，从而导致金属层出现开裂、剥离、脱落等问题。这些问题将进一步影响锂电池的安全及性能。且高分子基材层材料的选择非常多样化，对于某种特定的基材和特定的导电层材料，是否需要过渡层、选用何种材料作为过渡层难以确定，现有方法主要是通过大量实验进行，会浪费大量的人力物力，并且耗费时间长。
3、因此，需要提供一种复合集流体层结构的选择方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，解决现有的锂离子二次电池用复合集流体在开发过程中材料选择耗时长、浪费人力物力问题，提供一种复合集流体层结构的选择方法。本专利技术针对实验过程中粘接力不能满足需要的无过渡层复合集流体，通过引入过渡层，并同时设置不同层之间材料组合，通过不同层的热膨胀系数、杨氏模量和厚度之间组合得到的特定的经验公式值，可以在一定程度上反
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种复合集流体层结构的选择方法，包括如下步骤：
4、s1.导电层设置于基材层上，制备得到复合集流体a，测量复合集流体a基材层和导电层之间的结合力；
5、s11.当所述复合集流体a的结合力大于0.15n/mm，无需过渡层；
6、s12.当所述复合集流体a的结合力小于等于0.15n/mm，需要过渡层，进入步骤s2快速选择有过渡层的复合集流体b的结构；
7、s2.选择合适的过渡层，在基材层的至少一个表面上依次设置过渡层、导电层，得到复合集流体b，且所述复合集流体b满足：0.3≤b＝[(α3-α1)*e1*h1]/[(α3-α2)*e2*x*h2]≤3；
8、其中，α1、α2、α3依次表示基材层、导电层、过渡层的热膨胀系数值，单位为10-6/℃；e1、e2依次表示基材层、导电层的杨氏模量，单位为gpa；h1、h2依次表示基材层、导电层的厚度，单位为μm；x＝1或2，当过渡层、导电层设置在基材层的单表面上时，x＝1，当过渡层、导电层设置在基材层的双表面上时，x＝2。
9、本专利技术通过不同层的热膨胀系数、杨氏模量和厚度之间组合得到的特定的经验公式值，可以在一定程度上反映出复合集流体中基材层和导电层之间的粘合强度的大小，进而判断是否需要进一步添加过渡层；同时，通过上述参数之间组合得到的特定的经验公式值，进一步快速筛选出合适的过渡层材料与基材和导电金属进行合理匹配，大大降低了筛选的时间。
10、在本专利技术的实施方式中，基材层的热膨胀系数α1在(10～150)×10-6/℃范围内；和/或导电层的热膨胀系数α2在(10～30)×10-6/℃范围内；和/或过渡层的热膨胀系数α3在(0～30)×10-6/℃范围内；相同条件下，不同层之间的热膨胀系数的值越接近，层之间的相对形变量越小，制备得到的复合集流体在使用过程中发生层间缺陷的可能性越低，尤其是在上述合适的范围内，制备得到的二次锂电池的循环稳定性更好。
11、在本专利技术的实施方式中，基材层的杨氏模量e1在2～8gpa范围内；和/或导电层的杨氏模量e2在60～220gpa范围内；所述基材层的杨氏模量e1的测试标准为《gb13022-91-塑料薄膜拉伸性能试验方法》，测试的温度为25℃，拉伸速率为50mm/min；所述导电层的杨氏模量e2的测试标准为《gb 8653-88金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法(静态法)》，测试的温度为25℃，拉伸速率为5mm/min。杨氏模量在上述合适的范围内，有利于不同层之间的合理搭配，进一步提升层间结合力，进而提高制备得到的二次电池的循环稳定性。
12、在本专利技术的实施方式中，基体层的厚度h1在2～20μm范围内，集流体的基材层是在制备过程中给予导电层以支撑，所以基材层需要一定的厚度，但同时集流体厚度减小有助于锂电池提升体积能量密度。
13、在本专利技术的实施方式中，导电层的厚度h2在0.5～1.5μm范围内。由于集流体是锂电池内部负责电子收集的部件，其导电性能直接影响二次电池的电学性能；为保证集流体的导电性能，以及复合集流体的强度，导电层需要一定的厚度，但同时由于减重的需要，导电层的厚度要尽可能薄。
14、在本专利技术的实施方式中，过渡层的厚度h3在0.005～0.05μm范围内。过渡层是为了提高基材层和导电层的层间结合力，所以，过渡层的厚度不宜过厚。
15、上述各层的厚度共同决定了复合集流体层的厚度。一般来说，集流体越薄，集流体在电池中所占的体积越小，电池的能量密度随之升高；但是当集流体太薄时，复合集流体强度太小，无法满足生产需要，且电池极片电阻会增大，电池循环性能降低，各层的厚度共同决定了复合集流体的厚度以及电阻等性能。因此，各层的厚度在上述合适的范围内，不仅可以提升各层的匹配度，提升层间结合力，还可以进一步提高制备得到的二次电池的循环稳定性。
16、在本专利技术的实施方式中，所述复合集流体b满足：0.55≤b＝[(α3-α1)*e1*h1]/[(α3-α2)*e2*x*h2]≤1.25。所述经验公式的计算值b越接近数值1，则表示结合性能越好，更有利于电池循环性能的提升。所述b更进一步优选为1。
17、在本专利技术的实施方式中，所述基体层的材料、导电层的材料和过渡层的材料均可选自本领域常见的原料。
18、其中，所述基体层的材料一般选自易于成膜的高分子聚合物，所述高分子聚合物包括但不限于聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)及聚苯乙烯磺酸钠(pss)，或其改性聚合物中的至少一种，所述改性聚合物中的改性可以是共聚改性、共混改性、多层共挤改性、表面涂层改性、纳米材料改性。
19、所述导电层的材料一般选自电阻率<2.8μω·cm的金属或其合金中的至少一种，所述导电层的材料优选铜或铜合金。
20、所述过渡层的材料一般选自金属单质、金属合金、金属氧化物、金属氮化物中的至少一种，过渡层的材料不同于导电层。所述过渡层的材料优选包括ni、cr、ti、al、nicr中的至少一种。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，热膨胀系数满足如下条件中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，杨氏模量满足如下条件中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，各层的厚度满足如下条件中的至少一种：
5.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，步骤S2中，所述复合集流体B满足：0.55≤B＝[(α3-α1)*E1*h1]/[(α3-α2)*E2*x*h2]≤1.25。
6.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述基体层的材料为有机聚合物，所述有机聚合物包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯磺酸钠，或其改性聚合物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选
8.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述导电层的材料包括金属单质、金属合金中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述导电层的材料的电阻率<2.8μΩ·cm。
10.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体的层间结合力>0.15N/mm。
...【技术特征摘要】
1.一种复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，热膨胀系数满足如下条件中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，杨氏模量满足如下条件中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，所述复合集流体中，各层的厚度满足如下条件中的至少一种：
5.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征在于，步骤s2中，所述复合集流体b满足：0.55≤b＝[(α3-α1)*e1*h1]/[(α3-α2)*e2*x*h2]≤1.25。
6.根据权利要求1所述的复合集流体的层结构的选择方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，谢先龙，奎明红，黄金华，邱建美，虞凯皓，
申请(专利权)人：广东冠豪新材料研发有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。