CN112117029B - 一种复合导电膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合导电膜及其制备方法，所述复合导电薄膜包括绝缘层，设置于绝缘层两侧的第一增强层和第二增强层，分别设置于第一增强层和第二增强层一侧的第一金属层和第二金属层，在所述绝缘层、第一增强层、第二增强层、第一金属层和第二金属层上贯穿设置的通孔、填充于所述通孔内的导电材料，所得导电膜具有柔性好、抗拉强度高、导电性高的特点，以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率不低于7×104s/m、拉伸强度不低于75MPa。

Description

一种复合导电膜及其制备方法
技术领域
本申请涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种复合导电膜及该复合导电膜的制备方法。
背景技术
随着社会信息化程度的不断发展以及人们生活水平的不断提高，电子产品愈加广泛的出现在人们生活当中，这也由此对电子器件及其所含储能器件的能量密度、导电性以及安全性提出了更高的要求。
当前，针对以上问题较为主流的解决方式即使用高分子基导电膜来替代传统的导电材料，取得了显著成效。然而，当前已有技术中的复合导电薄膜存在着导电性能差、拉伸强度低、金属层贴合不牢，降低了导电薄膜的稳定性等缺点。因而，要得到拉伸强度高、导电性能好、重量轻以及厚度小的导电膜，仍需要进行较多改进。
基于此，我们提出本申请。
发明内容
为解决前述问题，本发明的目的之一在于提供了一种复合导电膜，所述复合导电膜包括：绝缘层，设置于绝缘层两侧的第一增强层和第二增强层，分别设置于第一增强层和第二增强层一侧的第一金属层和第二金属层，在所述绝缘层、第一增强层、第二增强层、第一金属层和第二金属层上贯穿设置的通孔以及填充于所述通孔内的导电材料。
进一步的，所述绝缘层为有机材料与无机材料复合膜，所述有机材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯中的一种以上，所述无机材料包括碳纤维、氧化锌、纳米铝粉、炭黑中的一种以上。
进一步的，所述增强层为包括Zn、Ni、Sn中的一种以上的金属镀膜或包括SiC、Si3N4、Al2O3中的一种以上的非金属镀膜。
进一步的，所述金属层包括Ni、Ti、Cu、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Ge、Sb、Zn中的至少一种。
进一步的，所述通孔的孔径为1μm-100μm，所述通孔的平均孔密度为1个/cm2-500个/cm2。
进一步的，所述导电材料包括金属导电材料、碳基导电材料中的至少一种，所述金属导电材料包括铝、铜、镍、钛、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，所述碳基导电材料包括石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述复合导电膜的制备方法，包括如下步骤：
1)有机/无机复合膜的制备
将有机材料与无机材料混合均匀，在热熔状态下经挤压浇注、冷辊辊轧，并双向拉伸后，获得有机/无机复合膜；
2)导电薄膜的制备
S1.镀层为金属氧化物时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后在通氧气的条件下，利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽与氧气结合在移动的薄膜上形成一层非金属氧化物层，即粘接力增强层；
或者，镀层为金属时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽在移动的薄膜上形成一层金属层，即粘接力增强层；
S2.将S1得到的镀氧化铝膜置入双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，抽真空，采用蒸发的方式将纯度≥99.9％的金属进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，金属在蒸发舟表面持续熔化、蒸发，在移动的薄膜表面形成一层镀金属层，即金属镀层；
S3.最后通过高能激光在复合导电膜表面打孔，其孔径为1-50μm，孔密度为1-100个/cm2，孔在整个复合导电膜表面均匀分布，同时将孔中填充导电层作为导电材料。
进一步的，所述蒸镀工艺参数范围为：沉积电压范围：4-10V；沉积氧分压范围：1000-12000sccm；送丝量范围：60-350mm/min；真空范围：8×10-4-5×10-2mba；膜运转速度：3-10m/s。
本发明的又一目的在于提供一种如前所述复合导电膜的制备方法，包括如下步骤：
1)有机/无机复合膜的制备
将有机材料与无机材料混合均匀，在热熔状态下经挤压浇注、冷辊辊轧，并双向拉伸后，获得有机/无机复合膜；
2)导电薄膜的制备
S1.镀层为金属氧化物时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后在通氧气的条件下，利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽与氧气结合在移动的薄膜上形成一层非金属氧化物层，即粘接力增强层；
或者，镀层为金属时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽在移动的薄膜上形成一层金属层，即粘接力增强层；
S2.将S1得到的镀氧化铝膜置入双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，抽真空，采用蒸发的方式将纯度≥99.9％的金属进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，金属在蒸发舟表面持续熔化、蒸发，在移动的薄膜表面形成一层镀金属层，即金属镀层；
S3.最后通过高能激光在复合导电薄膜表面打孔，其孔径为1-50μm，孔密度为1-100个/cm2，孔在整个复合导电薄膜表面均匀分布，同时将孔中填充导电层作为导电材料；
进一步的，所述蒸镀工艺参数范围为：沉积电压范围：4-10V；沉积氧分压范围：1000-12000sccm；送丝量范围：60-350mm/min；真空范围：8×10-4-5×10-2mba；膜运转速度：3-10m/s。
本发明专利特有地在导电薄膜上设置通孔，并且意外发现该导电薄膜的孔结构的增多能够使导电膜的导电性不断提高，保证电极正反面连为一体，提高电极的倍率性能，基于本发明特有的体系，将导电薄膜的孔径控制为1-50μm，孔密度控制为1-100个/cm2为宜。
本发明相对于现有技术的有益效果是：由于绝缘层为有机/无机复合膜且复合材料具有增强层以及通孔中填充有导电材料，其具有柔性好、抗拉强度高、导电性高的特点，在该基底上镀一层超薄导电金属层和通孔内填充有导电材料后可进一步提高其导电性能和抗拉强度。同时具备制备方法简单，成本低，易规模化生产的特点。该导电膜的多孔结构还可以保证电极正反面连为一体，提高电极的倍率性能。
基于本发明的技术方案所得到的复合极片以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率不低于7×104s/m、拉伸强度不低于75MPa。
附图说明
图1本发明导电膜极片结构示意图
1-绝缘层、2-第一增强层、3-第二增强层、4-第一金属层、5-第二金属层、6-通孔
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种高导电性复合导电膜，包括绝缘层，设置于绝缘层两侧的第一增强层和第二增强层，分别设置于第一增强层和第二增强层一侧的第一金属层和第二金属层，在所述绝缘层、第一增强层、第二增强层、第一金属层和第二金属层上贯穿设置的通孔以及填充于所述通孔内的导电材料，所述绝缘层为聚对苯二甲酸乙二醇酯与25wt％的碳纤维复合薄膜，所述第一增强层和第二增强层为Al2O3层，所述第一金属层和第二金属为Al金属层。
所述复合导电膜的制备方法包括如下步骤：
1.有机/无机复合膜的制备
将聚对苯二甲酸乙二醇酯与25wt％的碳纤维混合均匀，在热熔状态下经挤压浇注、冷辊辊轧，并双向拉伸后，获得有机/无机复合膜。
2.导电薄膜的制备
S1.首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到8.0×10-4mba，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对铝丝的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后在通氧气的条件下，利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的铝蒸汽与氧气结合在移动的薄膜上形成一层镀氧化铝层，即粘接力增强层；
S2.将S1得到的镀氧化铝膜置入双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到8.0×10-4mba，采用蒸发的方式将纯度≥99.9％的铝进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，铝在蒸发舟表面持续熔化、蒸发，在移动的薄膜表面形成一层厚度为1μm镀铝层，即铝金属镀层；
S3.最后通过高能激光在复合导电膜表面打孔，其孔径为20μm，孔密度为3个/cm2，孔在整个复合导电膜表面均匀分布，同时将孔中填充导电层作为导电材料。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7.2×104s/m、拉伸强度约为96MPa。
实施例2
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例1中S3的孔密度为5个/cm2。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7.4×104s/m、拉伸强度约为94MPa。
实施例3
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例1中S3的孔密度为25个/cm2。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为8.1×104s/m、拉伸强度约为78MPa。
实施例4
与实施例1的制备方式相同，不同的地方将实施例1中S2采用真空蒸镀铝层变为采用真空蒸镀0.5μm的金属铜。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7×104s/m、拉伸强度约为94MPa。
实施例6
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例6中S3的孔径为25μm。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7.4×104s/m、拉伸强度约为92MPa。
实施例7
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例6中S3的孔径为50μm。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7.8×104s/m、拉伸强度约为87MPa。
对比例1
与实施例1的制备方式相同，不同的地方在进行到S3步骤时，不进行打孔。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为6.5×104s/m、拉伸强度约为97MPa。
对比例2
与实施例1的制备方式相同，不同的地方在进行到S1步骤时，不蒸镀增强层。
将制备的柔性多孔导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折大于300次、电导率大约为7.2×104s/m、拉伸强度约为68MPa。

Claims (8)

1.一种复合导电膜，所述复合导电膜用作集流体，其特征在于：所述复合导电膜包括绝缘层，设置于绝缘层两侧的第一增强层和第二增强层，分别设置于第一增强层和第二增强层一侧的第一金属层和第二金属层，在所述绝缘层、第一增强层、第二增强层、第一金属层和第二金属层上贯穿设置的通孔以及填充于所述通孔内的导电材料，所述导电材料包括金属导电材料、碳基导电材料中的至少一种，所述金属导电材料包括铝、铜、镍、钛、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，所述碳基导电材料包括乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
2.一种如权利要求1所述的复合导电膜，其特征在于：所述绝缘层为有机材料与无机材料复合膜，所述有机材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯中的一种以上，所述无机材料包括碳纤维、氧化锌、纳米铝粉、炭黑中的一种以上。
3.一种如权利要求1所述的复合导电膜，其特征在于：所述增强层为包括Zn、Ni、Sn中的一种以上的金属镀膜或包括SiC、Si3N4、Al2O3中的一种以上的非金属镀膜。
4.一种如权利要求1所述的复合导电膜，其特征在于：所述金属层包括Ni、Ti、Cu、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Ge、Sb、Zn中的至少一种。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的复合导电膜，其特征在于：所述通孔的孔径为1-50μm，所述通孔的平均孔密度为1-100个/cm2。
6.一种如权利要求5所述的复合导电膜，其特征在于：所述复合导电膜以1cm弯曲半径弯折180°，其可以弯折的次数大于300次、电导率不低于7×104s/m、拉伸强度不低于75MPa。
7.一种如权利要求5所述的复合导电膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)有机/无机复合膜的制备
将有机材料与无机材料混合均匀，在热熔状态下经挤压浇注、冷辊辊轧，并双向拉伸后，获得有机/无机复合膜；
2)复合导电膜的制备
S1.镀层为金属氧化物时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后在通氧气的条件下，利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽与氧气结合在移动的薄膜上形成一层非金属氧化物层，即粘接力增强层；
或者，镀层为金属时：首先将卷筒塑料薄膜置入镀膜机上，将真空室密封，抽真空，随后加热电极对蒸发舟进行加热，实现对金属的预熔，预熔结束后，对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后利用真空蒸镀在塑料薄膜上双面往返高效镀膜，纯度≥99.9％，调整好放卷速度、收卷速度，蒸发的金属蒸汽在移动的薄膜上形成一层金属层，即粘接力增强层；
S2.将S1得到的镀氧化铝膜置入双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，抽真空，采用蒸发的方式将纯度≥99.9％的金属进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，金属在蒸发舟表面持续熔化、蒸发，在移动的薄膜表面形成一层镀金属层，即金属镀层；
S3.最后通过高能激光在复合导电膜表面打孔，其孔径为1-50μm，孔密度为1-100个/cm2，孔在整个复合导电膜表面均匀分布，同时将孔中填充导电层作为导电材料。
8.一种如权利要求7所述的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述蒸镀工艺参数范围为：沉积电压范围：4-10V；沉积氧分压范围：1000-12000sccm；送丝量范围：60-350mm/min；真空范围：8×10-4-5×10-2mba；膜运转速度：3-10m/s。
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