CN108390068A - 一种双极性集流体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极性集流体，包括中间层以及设置在中间层两侧的第一金属层和第二金属层，所述中间层为聚合物层，所述第一金属层为铝材质结构，所述第二金属涂层为材质为铜、镍中的一种或两种，本发明的有益效果是：本发明结构简单，且集流体内部绝缘，保证了电池单元的使用安全性，同时该集流体结构超薄且更加轻量化，并且柔性高，此外本发明中的集流体制备方法简单高效，可以实现快速的规模化生产，因而提高了集流体的生产效率和生产质量，增加才生产的效益。

Description

一种双极性集流体及其制备方法
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体是一种双极性集流体及其制备方法。
背景技术
双极性电池是指在集流体的两侧涂覆有不同极性的锂离子电池活性物质组成双极性电极，通过叠加实现内部结构串联，从而得到高电压的电池。此类电池具有能量密度高、过流能力强的特点。要制作该类电池，首先必须有双极性的集流体，该集流体必须满足一侧耐氧化，一侧耐还原。并且还必须保证电池单元在电子导电的同时，集流体内部绝缘，电解液不会在中间渗透，否则将从内短路。
目前的双极性集流体一般都是讲金属箔直接复合到一起或者将金属箔粘接到具有粘性聚合物层的顶侧和两侧（公开专利CN103219521A，CN102668225A）。但是金属箔，特别是铝箔是压延出来的，无法将厚度做到超薄，即使做到超薄，其表面的将增多，产生微孔，导致电解液泄露。故无法实现轻量化和柔性。公开号CN104577132A专利中虽然采用了图案化设计的双极性集流体，但是本身工艺复杂，增加了后续制作电池的难度。并且降低的最终电池的能量密度，不利于后续的大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双极性集流体及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双极性集流体，包括中间层以及设置在中间层两侧的第一金属层和第二金属层，所述中间层为聚合物层，所述第一金属层为铝材质结构，所述第二金属涂层为材质为铜、镍中的一种或两种。
作为本发明进一步的方案：所述中间层所用聚合物材质为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺、聚氯乙烯中的一种，其厚度为3-10μm。
作为本发明进一步的方案：所述第一金属层和第二金属层的加工方法为蒸发镀、磁控溅射、大功率电子束、分子束外延方式、脉冲激光中的一种
作为本发明进一步的方案：所述第一金属涂层和第二金属涂层的厚度为0.005-2μm。
作为本发明进一步的方案：所述述第二金属涂层为一层或两层结构。
一种双极性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1).将中间层放置到真空环境中
2).将金属靶材中的金属铝镀到中间层的一侧形成第一金属层
3).将金属靶材中的金属铜、镍中的一种或两种镀到中间层的另一侧形成第二金属层
作为本发明进一步的方案：所述第一金属层和第二金属层在制备的过程中需要对中间层进行冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，且集流体内部绝缘，保证了电池单元的使用安全性，同时该集流体结构超薄且更加轻量化，并且柔性高，此外本发明中的集流体制备方法简单高效，可以实现快速的规模化生产，因而提高了集流体的生产效率和生产质量，增加才生产的效益。
附图说明
图1为本发明的实施例一结构示意图。
图2为本发明的实施例二结构示意图。
图中：1-中间层、2-第一金属层、3-第二金属层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例中，一种双极性集流体，包括苯二甲酸乙二醇酯（PET）材质的聚合物中间层1，中间层1的厚度为8μm，中间层1一侧的第一金属层2为1μm厚的铝材质金属层，中间层1另一侧的第二金属层3为1μm厚的铜材质金属层。
在制备过程中，首先选用卷材结构的苯二甲酸乙二醇酯（PET）材质的聚合物中间层1，然后通过卷对卷设备经中间层1通入真空环境中，真空环境的真空度为不高于10-4Pa，将中间层放置到真空环境中以后，通过加热使铝蒸发，进而得到气态的金属铝，然后将气态的金属铝沉积到中间层1一侧并形成1μm厚的金属层，进而可以得到第一金属层2，在第一金属层2进而蒸发渡的过程中，由于气态铝温度过高，因而需要对中间层1进行冷却，以防止中间层1在蒸发渡的过程中发生变形，冷却的温度为-185℃，在第一金属层3蒸发渡完成以后，再次使用蒸发渡的方法进而第二金属层3的蒸渡，第二金属层3为1μm厚的金属铜，蒸发渡完成后即可得到双极性的集流体。
实施例二
请参阅图2，本发明实施例中，一种双极性集流体，包括苯二甲酸乙二醇酯（PET）材质的聚合物中间层1，中间层1的厚度为6μm，中间层1一侧的第一金属层2为1μm厚的铝材质金属层，中间层1另一侧设有第二金属层2，第二金属层2包括50nm厚的纳米镍层和设置在纳米镍层外侧的1μm厚的金属铜层。
在制备过程中，首先选用卷材结构的苯二甲酸乙二醇酯（PET）材质的聚合物中间层1，然后通过卷对卷设备经中间层1通入真空环境中，真空环境的真空度为不高于10-4Pa，将中间层放置到真空环境中以后，通过加热使铝蒸发，进而得到气态的金属铝，然后将气态的金属铝沉积到中间层1一侧并形成1μm厚的金属层，进而可以得到第一金属层2，在第一金属层2进而蒸发渡的过程中，由于气态铝温度过高，因而需要对中间层1进行冷却，以防止中间层1在蒸发渡的过程中发生变形，冷却的温度为-185℃，在第一金属层2蒸发渡完成以后，再次使用蒸发渡的方法进而第二金属层3的蒸渡，对第二金属层3首先设有蒸发渡的方法进行50nm后的镍蒸渡，然后再通过蒸发渡的方法在镍金属层上进行1μm的金属层蒸渡，蒸发渡完成后即可得到双极性的集流体。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种双极性集流体，包括中间层(1)以及设置在中间层(1)两侧的第一金属层(2)和第二金属层(3)，其特征在于，所述中间层(1)为聚合物层，所述第一金属层(2)为铝材质结构，所述第二金属涂层(3)材质为铜、镍中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种双极性集流体，其特征在于，所述中间层(1)所用聚合物材质为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺、聚氯乙烯中的一种，其厚度为3-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种双极性集流体，其特征在于，所述第一金属层(2)和第二金属层(3)的加工方法为蒸发镀、磁控溅射、大功率电子束、分子束外延方式、脉冲激光中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种双极性集流体，其特征在于，所述第一金属涂层(2)和第二金属涂层(3)的厚度为0.005-2μm。
5.根据权利要求1所述的一种双极性集流体，其特征在于，所述第二金属涂层(3)为一层或两层结构。
6.如权利要求1所述的一种双极性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1).将中间层(1)放置到真空环境中
2).将金属靶材中的金属铝镀到中间层(1)的一侧形成第一金属层(2)
3).将金属靶材中的金属铜、镍中的一种或两种镀到中间层(1)的另一侧形成第二金属层(3)。
7.根据权利要求6所述的一种双极性集流体的制备方法，其特征在于，所述第一金属层(2)和第二金属层(3)在制备的过程中需要对中间层(1)进行冷却。
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