CN109390590A - 一种基于无纺布制备电池集流体的工艺及电池集流体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无纺布制备电池集流体工艺以及集流体，在无纺布的双面采用涂覆工艺均匀涂上金属浆，形成金属电极层，制成锂离子电池集流体，其中无纺布包含PET纤维和芳纶纤维两种材料，且PET纤维与芳纶纤维的比例为6:1，该工艺制得的集流体实现了锂离子电池的轻量化、导电性能的提高、电化学性能稳定性的改善、能量密度的提高、机械强度的提高、成本降低等有益效果。

Description

一种基于无纺布制备电池集流体的工艺及电池集流体
技术领域
本发明涉及一种基于无纺布制备电池集流体的工艺，属于电化学领域。
背景技术
众所周知正极材料和负极材料是组成锂离子电池的其中的两个主要组成部分，而正极和负极分别包括活性物质以及活性物质的负载体，即集流体。
集流体不仅能承载电极活性物质，接触电解液，将电极活性物质产生的电流汇集起来，能为电化学反应提供电子通道，加快电子转移，将电子传输到外电路形成电流，降低锂电子电池的内阻，从而提高锂离子电池的充放电效率，显然集流体的性能与电化学电池的性能密切相关。
因此，继锂离子电池中电极活性物质、隔膜及电解质的热点研究之后，集流体也成为一个重要的研究内容。
伴随着锂离子电池的不断发展，对锂离子电池的追求也不断更新和加强，包括锂离子电池的轻量化、提高能量密度、提高电化学稳定性能等等的追求，集流体通常由导电金属箔片（例如铜箔或者铝箔）构成，现有技术中有减薄铜箔或者铝箔的厚度，实现了锂离子电池的轻量化，提高了能量密度，并且降低成本，但是由于金属箔变薄导致其机械强度降低，难以加工；同时，金属箔片易被电解液腐蚀，影响锂离子电池的使用寿命，又由于金属镀层的比表面积不高、与正负极活性材料的结合力不够，影响锂离子电池的使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于无纺布制备电池集流体的工艺以及电池集流体，带来锂离子电池的轻量化、导电性能的提高、电化学性能稳定性的改善、能量密度的提高、机械强度的提高、成本降低等有益效果。
所采用的技术方案为：
一种基于无纺布制备电池集流体的工艺，在无纺布的双面采用涂覆工艺均匀涂上一种金属浆，金属浆为铜浆或者铝浆，形成金属层，制成锂离子电池集流体，其中无纺布包含PET纤维和芳纶纤维两种材料，且PET纤维与芳纶纤维的比例为6:1；
无纺布为斜网式湿法工艺制成，斜网式湿法工艺制得的无纺布使得其中的PET纤维与芳纶纤维充分且均匀地混合，改进单一纤维无纺布的性能，使得无纺布柔性好，纵横向拉力较好，提高集流体的机械性能强度；
无纺布的克重为8-15g，厚度为10-15μm，无纺布厚度范围相比现有技术缩小了，不仅减少无纺布材料的消耗使用，做到节能环保，而且由无纺布作为基层材料具有较强的拉伸强度，有利于无纺布材料工序的制备并且提高集流体的机械强度；
采用的涂覆工艺为蒸镀、溅射或电镀，使得金属浆厚度均匀地涂布在无纺布上，使得制得的集流体电化学性能比较稳定；
涂覆过程中涂上的金属浆的厚度比形成的金属层的厚度大2-3μm，因为涂覆过程中金属浆会渗入到无纺布的微孔中；
铝浆或者铜浆纯度均为99.00%-99.98%，铝浆和铜浆的纯度较高，能够充分渗入到无纺布的孔隙，因此无须担心无纺布不利于导电，反而使得集流体材料的附着力更强，导电性能更好；
铝浆在无纺布双面形成的金属层厚度分别为5-10μm；
铜浆在无纺布双面形成的金属层厚度分别为1-4μm；
涂覆前无纺布的孔径分布大小均匀，孔隙率为50%-60%，孔径率较大有利于铝浆或者铜浆更好地渗入到无纺布孔隙，形成比较良好的结合，使得制备得到的集流体具有高导电性能。
本发明还公开了由以上工艺制作得到锂离子电池集流体。
本发明带来的有益效果如下：
（1）相比传统的金属层集流体，金属层与无纺布的结合使得集流体的质量降低，实现锂离子电池的轻量化，提高电池能量密度，且降低工艺成本。
（2）无纺布包含PET纤维和芳纶纤维，相比现有技术，芳纶纤维使得无纺布具有较强的耐化学腐蚀以及较高的力学性能，从而也能提高集流体的电化学稳定性以及机械性能。
（3）传统的铝金属层或者铜金属层制得的集流体不具有吸液持液能力，影响锂离子电池内部结构的导电性能，本发明的无纺布柔韧性好，且孔径分布均匀，孔隙率较大，有利于铝浆或者铜浆更好地渗入到无纺布孔隙，形成比较良好的结合，由此制得的集流体具备吸液持液能力，改善锂离子电池的充放电性能。
（4）本工艺制得的电池集流体，实现了锂离子电池的轻量化、导电性能的提高、电化学性能稳定性的改善、能量密度的提高、机械强度的提高、成本降低等有益效果。
附图说明
图1为一种基于无纺布制备锂电池工艺制得的集流体示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明进一步说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
本发明所采用的无纺布采用斜网式湿法工艺制成，将PET纤维混合芳纶纤维，再一起加入水进行搅拌使之混合均匀，采用斜网设备把浆料拉网成型，加工形成无纺布，其中，PET纤维与芳纶纤维的用量比例为6:1。
一种基于无纺布制备电池集流体的制备工艺，选取适合的无纺布，无纺布克重在8-15g的范围内，厚度在10-15μm的范围内，在无纺布双面采用涂覆工艺均匀涂上金属浆，金属浆为铜浆或者铝浆，形成一定厚度的金属层，待金属浆渗透至无纺布的微孔中，即形成正（负）电池集流体。
其中，涂覆工艺为蒸镀、溅射或电镀；铝浆或者铜浆的纯度均为99.00-99.98%。
实施例1
对于负极集流体的制备工艺，包括以下步骤：选取一种厚度大约为12μm的无纺布，孔隙率在55%左右，其中，无纺布包含PET纤维和芳纶纤维，且比例为6:1，将无纺布进行预处理，预处理方式为本领域技术人员公知技术，所以在本发明内不再赘述，将纯度为99.97%的铜浆采用蒸镀的方法均匀地涂在在无纺布双面，设置涂布厚度为7μm左右，待铜浆通过微孔慢慢渗入到无纺布内部，使得无纺布双面的金属层的最终厚度分别为4μm左右，即可形成集流体。
实施例2
对于正极集流体的制备工艺，包括以下步骤：选取一种厚度大约为12μm的无纺布，孔隙率在55%左右，其中，无纺布包含PET纤维和芳纶纤维，且比例为6:1，将纯度为99.97%的铝浆采用蒸镀的方法均匀地涂在在无纺布双面，设置涂布厚度为10μm左右，待铝浆通过微孔慢慢渗入到无纺布内部，使得无纺布双面金属层的最终厚度分别为7μm左右，即可形成集流体。
实施例3
对于负极集流体的制备工艺，包括以下步骤：选取一种厚度大约为15μm的无纺布，孔隙率在60%左右，其中，无纺布包含PET纤维和芳纶纤维，且比例为6:1，将纯度为99.97%的铜浆采用溅射的方法均匀地涂在在无纺布双面，设置涂布厚度为6μm左右，待铜浆通过微孔慢慢渗入到无纺布内部，使得无纺布双面的金属层的最终厚度分别为3μm左右，即可形成集流体。
实施例4
对于正极集流体的制备工艺，包括以下步骤：选取一种厚度大约为15μm的无纺布，孔隙率在60%左右，其中，无纺布包含PET纤维和芳纶纤维，且比例为6:1，将纯度为99.97%的铝浆采用电镀的方法均匀地涂在在无纺布双面，设置涂布厚度为12μm左右，待铝浆通过微孔慢慢渗入到无纺布内部，使得无纺布双面金属层的最终厚度分别为9μm左右，即可形成集流体。
上文所列的详细说明并非用于限制本发明的保护范围，凡未脱本发明精神所在的等效实施例或变更均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：在无纺布的双面采用涂覆工艺均匀涂上一种金属浆，金属浆为铜浆或者铝浆，形成金属层，制成锂离子电池集流体，其中无纺布包含PET纤维和芳纶纤维两种材料，且PET纤维与芳纶纤维的比例为6:1。
2.根据权利要求1所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：无纺布为斜网式湿法工艺制成。
3.根据权利要求1或2所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：无纺布的克重为8-15g，厚度为10-15μm。
4.根据权利要求1所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：涂覆工艺为蒸镀、溅射或电镀。
5.根据权利要求1所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：涂覆过程中涂上的金属浆的厚度比形成的金属层的厚度大2-3μm。
6.根据权利要求5所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：铝浆或者铜浆纯度均为99.00%-99.98%。
7.根据权利要求5所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：铝浆在无纺布双面形成的金属层厚度分别为5-10μm。
8.根据权利要求5所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：铜浆在无纺布双面形成的金属层厚度分别为1-4μm。
9.根据权利要求1所述的基于无纺布制备电池集流体的工艺，其特征在于：涂覆前无纺布的孔径分布大小均匀，孔隙率为50%-60%。
10.由权利要求1至9中任一项所述工艺制作得到的锂离子电池集流体。
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