CN110600745A - 一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的制备方法，所述新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体包括聚酰亚胺薄膜以及覆盖在聚酰亚胺薄膜上的金属，本发明通过涂覆手段、化学气相沉积、真空镀膜、磁控溅射等方法将金属铜与聚酰亚胺薄膜紧密结合在一起制成聚酰亚胺复合负极集流体，该负极集流体上铜离子排列紧密，导电性能好，不仅能提高锂电池的倍率、循环性能、能量密度以及有效防止锂电池热失控从而提高锂电池的安全性能，而且还能增强锂电池的稳定性；且本发明除了应用在负极集流体上外，还可用作覆铜板，与已有的覆铜板相比，本发明更加轻薄，且具有优异的强韧性。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池集流体制备技术领域，具体涉及一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的制备。
背景技术
锂离子电池已经在消费电子、电动车等领域大规模应用，并且正在大型能源存储领域崭露头角。高能量密度、高功率密度、长寿命等是对锂离子电池的基本要求。作为锂离子电池的重要组成部分；集流体在电池中起着传输电子及附着正极或负极活性物质的作用；工业生产上一般以铝箔作为正极集流体，铜箔用作负极集流体。早期的锂离子电池多采用压延铜箔作为负极集流体，但随着电池生产技术的发展和电解铜箔性能的提高，目前，国内大多数企业采用电解铜箔作为负极集流体。
与现有的负极集流体相比，本发明不仅在原有的基础上提高了锂电池的倍率、循环性能、能量密度；并且由于聚酰亚胺本有的性质，同时也能大幅度提高锂电池的稳定性能以及有效防止锂电池热失控从而提高锂电池的安全性能。而且本发明还能用作覆铜板，该覆铜板具有优异的强韧性，厚薄较之以往的覆铜板更加轻薄。
发明内容
本发明提供一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的制备方法，所述聚酰亚胺复合负极集流体不仅能在原有的基础上提高了锂电池的倍率、循环性能、能量密度；并且还能大幅度提高锂电池的稳定性能以及有效防止锂电池热失控从而提高锂电池的安全性能；与此同时，本发明还能用作覆铜板，该覆铜板具有优异的强韧性，厚薄较之以往的覆铜板更加轻薄。本发明的具体操作步骤如下：
1)将一种或多种有机单体按一定比例混合加入到极性溶剂中得到溶液 A；
2)将步骤1中得到的溶液A置于低温下反应，得到PAA溶液；
3)将有机碱加入到步骤2中的PAA溶液中搅拌混合后得到溶液B；
4)将步骤3中得到的溶液B加入到极性溶剂中反应，得到PAAS溶液
5)将步骤4中得到的PAAS溶液进行完全亚胺化处理，得到PI膜；
6)以步骤5中得到的PI膜作为基体，采用热压合、等离子体喷涂、静电喷涂、网纹涂布、真空镀膜、热喷涂、气相沉积、磁控溅射等中的一种或几种方法将权利2所述的金属铜覆盖在PI膜的表面，即得到一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体。
本发明中的有机单体可以为4，4’-二氨基二苯醚、二苯醚、甲基醚、乙基醚、聚苯醚、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲、对苯二胺、苯酸酐、苯四甲酸酐、乙酸酐、马来酸酐、联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、铬酸酐、二本四甲酸二醚，4,4’-联苯醚二酐等有机单体中的一种或几种。
本发明中的极性溶剂可以为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡络烷酮、二甲基亚砜、乙腈,二甲基甲酰胺，六甲基磷酰三胺、甲酰胺、三氟乙酸、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、异丙醇、吡啶、四甲基乙二胺、丙酮、三乙胺、正丁醇、二氧六环、四氢呋喃、甲酸甲酯、三丁胺、甲乙酮、乙酸乙酯、氯仿、三辛胺、碳酸二甲酯、乙醚、异丙醚、正丁醚、三氯乙烯、二苯醚、二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、环己烷、己烷等中一种或几种。
本发明中的有机碱可以为甲醇钠、甲醇钾，烃基钠、烃基锂、丁基锂，丁基钠，氨基锂，氨基钠、季铵碱、酚钠，羧酸钠、三乙胺、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇甲、丁基锂，苯基锂、二异丙基胺基锂、六甲基二硅胺基锂等中的一种或几种。
本发明中PAAS亚胺化的气体氛围可以为氢气、空气、氧气、氮气、氩气等。本发明中PAAS亚胺化的温度可以为为80～400℃之间的任一具体值，时间为 0.5～5h。
本发明中金属铜的厚度可以为0.01～20um。
本发明中聚酰亚胺复合负极集流体的厚度可以为5～40um。
本发明公开的新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，首次以聚酰亚胺作为基体，将金属铜镀到聚酰亚胺的表面组成锂电池负极集流体，不仅能在原有的基础上提高了锂电池的倍率、循环性能、能量密度；并且还能大幅度提高锂电池的稳定性能以及有效防止锂电池热失控从而提高锂电池的安全性能；与此同时，本发明还能用作覆铜板，该覆铜板具有优异的强韧性，厚薄较之以往的覆铜板更加轻薄。
附图说明
图1为新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的简单示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明，下面给出实施例来说明，在下属实例中，提供了本发明若干实施方式和组成，然而本发明并不局限于采用下述方式实施，本领域技术人员在理解本发明的基础上对本发明所进行的变更、替换、改进依旧属于本发明的保护范围。
实施例1：
1)将对苯二胺和联苯四甲酸二酐以5:4的比例混合，并将其加入到2mol的 DMF溶剂中，得到溶液a；
2)将步骤1的溶液a置于10℃的温度氛围下搅拌30min，得到棕色的PAA 溶液；
3)将1.5mol的三乙胺加入到步骤2中得到的PAA溶液中，搅拌5min后缓慢倒入至3mol的DMF溶剂中得到棕色的PAAS溶液；
4)将步骤3中得到的PAAS在N2+200℃的氛围下进行完全亚胺化反应，反应时长为60min,得到棕色的PI膜；
5)以步骤4中的到的PI膜为基体，使用直流磁控溅射仪将金属铜镀到PI膜的表面，即得到新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其厚度为20±0.5um。
实施例2：
1)将对苯二胺和联苯四甲酸二酐以5:6的比例混合，并将其加入到2mol的 DMAC溶剂中，得到溶液b；
2)将步骤1的溶液b置于15℃的温度氛围下搅拌30min，得到淡棕色的PAA 溶液；
3)将2mol的三乙胺加入到步骤3中得到的PAA溶液中，搅拌5min后缓慢倒入至3mol的DMAC溶剂中得到淡棕色的PAAS溶液；
4)将步骤3中得到的PAAS在Ar+180℃的氛围下进行完全亚胺化反应，反应时长为60min,得到淡棕色的PI膜；
5)以步骤4中的到的PI膜为基体，使用直流磁控溅射仪将金属铜镀到PI膜的表面，即得到新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其厚度为19±0.5um。
Claims (9)
1.一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其特征在于，所述一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体由聚酰亚胺薄膜及覆盖在聚酰亚胺薄膜上的金属组成。
2.根据权利1要求所述的一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其特征在于，所述的金属所述的金属为铜；所述的金属的厚度在0.01～20um。
3.根据权利要求1所述的一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其特征在于，所述的集流体的厚度在5～40um。
4.根据权利1～3任一项所述的一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体的制备方法，包括如下具体步骤：
1)将一种或多种有机单体按一定比例混合加入到极性溶剂中得到溶液A；
2)将1)中得到的溶液A置于低温下反应，得到PAA溶液；
3)将有机碱加入到2)中的PAA溶液中搅拌混合后得到溶液B；
4)将3)中得到的溶液B加入到极性溶剂中反应，得到PAAS溶液；
5)将4)中得到的PAAS溶液进行完全亚胺化处理，得到PI膜；
6)以5)中得到的PI膜作为基体，采用热压合、等离子体喷涂、静电喷涂、网纹涂布、真空镀膜、热喷涂、气相沉积、磁控溅射等中的一种或几种方法将权利2所述的金属铜覆盖在PI膜的表面，即得到一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体。
5.根据权利要求4所述的制备方法中，其特征在于，所述有机单体为：4，4，-二氨基二苯醚、二苯醚、甲基醚、乙基醚、聚苯醚、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲、对苯二胺、苯酸酐、苯四甲酸酐、乙酸酐、马来酸酐、联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、铬酸酐、二本四甲酸二醚，4,4，-联苯醚二酐等有机单体中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的制备方法中，其特征在于，所述极性溶剂为：二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡络烷酮、二甲基亚砜、乙腈,二甲基甲酰胺，六甲基磷酰三胺、甲酰胺、三氟乙酸、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、异丙醇、吡啶、四甲基乙二胺、丙酮、三乙胺、正丁醇、二氧六环、四氢呋喃、甲酸甲酯、三丁胺、甲乙酮、乙酸乙酯、氯仿、三辛胺、碳酸二甲酯、乙醚、异丙醚、正丁醚、三氯乙烯、二苯醚、二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、环己烷、己烷等中一种或几种。
7.根据权利要求4所述的制备方法中，其特征在于，所述有机碱为：甲醇钠、甲醇钾，烃基钠、烃基锂、丁基锂，丁基钠，氨基锂，氨基钠、季铵碱、酚钠，羧酸钠、三乙胺、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇甲、丁基锂，苯基锂、二异丙基胺基锂、六甲基二硅胺基锂等中的一种或几种。
8.根据权利要求4所述的制备方法中，其特征在于，所述PAAS亚胺化的气体氛围为：氢气、空气、氧气、氮气、氩气等；所述PAAS亚胺化的温度为80～400℃，时间为0.5～5h。
9.根据权利1～3所述的一种新型锂离子用聚酰亚胺复合负极集流体，其特征在于，所述集流体既可用作负极集流体，也可用作覆铜板。
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