CN112234211A - 一种集流体的制备方法及集流体、二次电池 - Google Patents

一种集流体的制备方法及集流体、二次电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种集流体的制备方法及集流体、二次电池，涉及二次电池技术领域。本申请通过用胶粘剂将经过压延的第一箔材和第二箔材复合在基材两侧，再通过碱溶液将第一箔材和第二箔材消薄至所需的厚度，既能够保证基材与箔材之间的紧密复合，也通过压延提高了箔材的致密度，使得复合集流体能够通过电解液浸泡测试，具有较高的安全性能。同时，本申请的技术方案投资小，工艺流程类似于清洗机，设备相比真空镀膜机成本低，依托国内设备厂商可迅速扩产，与现有技术相比更容易实现稳定连续的生产。

Description

一种集流体的制备方法及集流体、二次电池
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及到一种集流体的制备方法及集流体、二次电池。
背景技术
集流体是锂离子二次电池中的主要组成部分，用于承载正负极活性物质、收集并传导电子。常见的配置方式是，负极使用铜箔材料，正极使用铝箔材料。由于使用金属材料的缘故，正负极集流体在电芯全重中占据较大的比例(8％左右)，因此降低集流体的重量是一个提高锂离子电池能量密度(kWh/kg)的有效做法，目前铝箔产品最小厚度为9μm，铜箔最小为6μm，由于工艺限制，其厚度已逼近极限。
对此，公开号为CN106960960A的中国发明专利申请，公开了一种“提高锂离子电池负极材循环性能的柔性集流体”，是通过一个简单的电沉积和高温退火两步法制备的结节型负极集流体材料；该集流体选用碳纤维布作为电沉积的基材材料。其次，公开号为CN109599563A的中国发明专利，公开了“一种锂离子电池集流体”，包括柔性基材和包覆于所述柔性基材表面的导电镀层，所述导电镀层包括由内至外的化学镀层和电镀层。
上述技术方案的缺点在于：1)投资大，且生产效率低，尤其不易实现稳定连续生产；2)电沉积层或电镀层的致密性较难控制，电解液浸泡容易脱落。
发明内容
本申请的目的是提供一种集流体的制备方法，解决现有技术中。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种集流体的制备方法，包括以下步骤：
复合；将胶黏剂涂布在基材的表面，将经过压延的箔材复合在所述表面，得到复合膜；
浸泡刻蚀：将所述复合膜至于碱溶液中浸泡；
喷淋烘干：将经过浸泡刻蚀的复合膜进行喷淋冲洗，烘干收卷；
其中，经过浸泡刻蚀的箔材的厚度为H，H满足下述关系式：0.75μm<H<5μm；
经过浸泡刻蚀的箔材表面具有直径为1-10μm的凹坑。
在上述技术方案中，本申请实施例通过用胶粘剂将经过压延的第一箔材和第二箔材复合在基材两侧，再通过碱溶液将第一箔材和第二箔材消薄至所需的厚度，既能够保证基材与箔材之间的紧密复合，也通过压延提高了箔材的致密度，使得复合集流体能够通过电解液浸泡测试，具有较高的安全性能。同时，本申请的技术方案投资小，工艺流程类似于清洗机，设备相比真空镀膜机成本低，依托国内设备厂商可迅速扩产，与现有技术相比更容易实现稳定连续的生产。
进一步地，根据本申请实施例，其中在所述复合步骤中，通过第一次复合将第一箔材复合在所述基材的第一表面，通过第二次复合将第二箔材复合在所述基材的第二表面，第一次复合和第二次复合中的复合温度均大于或等于90℃，复合压力均大于或等于0.4MPa。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在第一次复合后，将复合后的基材置于50℃下放置24h，进行初步固化。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在第二次复合后，将复合后的基材置于50℃下放置72h。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在浸泡刻蚀步骤之前，将复合膜在80-90℃的温度下熟化72h。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材采用采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种集流体，包括：基材；箔材，该箔材复合在基材两侧，单侧的箔材的厚度为H，H满足下述关系式：0.75μm<H<5μm；所述箔材表面具有直径为1-10μm的凹坑。
进一步地，根据本申请实施例，其中，基材的厚度为1.5-8μm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材和基材之间设置有胶层。
进一步地，根据本申请实施例，其中，胶层的厚度为0.5-2μm。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种电池，电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解质，其中，正极极片和/或负极极片具有如上所述的一种集流体。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种物体，物体具有如上所述的一种电池。
进一步地，根据本申请实施例，物体为电子产品或电动车。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过使用胶粘剂将经过压延的第一箔材和第二箔材复合在基材两侧，再通过碱溶液将第一箔材和第二箔材消薄至所需的厚度，既能够保证基材与箔材之间的紧密复合，也通过压延提高了箔材的致密度，使得复合集流体能够通过电解液浸泡测试，具有较高的安全性能。同时，本申请的技术方案投资小，工艺流程类似于清洗机，设备相比真空镀膜机成本低，依托国内设备厂商可迅速扩产，与现有技术相比更容易实现稳定连续的生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请中一种集流体的制备方法的流程图。
图2是本申请中铝箔消薄前的表面形貌图。
图3是本申请中铝箔消薄后的表面形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
图1显示了本申请中的一种集流体的制备方法。如图1所示，所述的集流体制备方法包括以下步骤：
S10、一次复合；将胶黏剂涂布在基材的第一表面，将经过压延的第一箔材复合在第一表面；
S20、二次复合：将胶黏剂涂布在基材的第二表面，将经过压延的第二箔材复合在第二表面；
S30、浸泡刻蚀：将经过一次复合和二次复合步骤获得的复合膜至于碱溶液中浸泡；
S40、喷淋烘干：将经过浸泡刻蚀的复合膜进行喷淋冲洗，烘干收卷。
在上述技术方案中，本申请通过使用胶粘剂将经过压延的第一箔材和第二箔材复合在基材两侧，再通过碱溶液将第一箔材和第二箔材消薄至所需的厚度，既能够保证基材与箔材之间的紧密复合，也通过压延提高了箔材的致密度，使得复合集流体能够通过电解液浸泡测试，具有较高的安全性能。同时，本申请的技术方案投资小，工艺流程类似于清洗机，设备相比真空镀膜机成本低，依托国内设备厂商可迅速扩产，与现有技术相比更容易实现稳定连续的生产。
为了保证具有上述复合膜的电池的安全性能，需要限制浸泡刻蚀厚的第一箔材和第二箔材的厚度。设置经过浸泡刻蚀的第一箔材的厚度为H1，第二箔材的厚度为H2。优选地，H1和H2满足下述关系式：0.75μm<H1<5μm；0.75μm<H2<5μm。对此，若箔材的厚度低于1μm，特别是在0.75μm以下，不利于集流体产生足够的电流；若箔材的厚度大于5μm，会导致电芯的安全性表现恶化。
此外，在步骤S10和S20中，复合温度最好为90℃及以上，复合压力最好为0.4MPa及以上，即在允许的条件下，复合温度和复合压力越高越好，保证第一箔材、第二箔材与基材之间的复合的牢固性。
其次，在步骤S10中，完成一次复合后将基材置于50℃下放置24h，进行初步固化。在步骤S20中，完成二次复合后将基材置于50℃下放置72h，进行进一步的固化。在进行步骤S30之前，将该复合膜在80-90℃的温度下熟化72h。
此外，在步骤S30中，浸泡温度40-50℃，浸泡时间为0.5-2min，碱溶液的Ph为9-10。对此，可以分别通过控制浸泡温度、浸泡时间和碱溶液的浓度来控制箔材的消薄量。具体地，碱溶液优选采用NaOH溶液，浓度控制在10-15％范围内。
以铝箔为例，未浸泡刻蚀前的铝箔表面如图2所示，经过浸泡刻蚀后的铝箔如图3所示，加工后的铝表面相比普通铝箔具有明显的微观形貌变化，具体而言，表面分布1μm～10μm的凹坑结构。
进一步地，基材采用PET、PP、PE、PI、聚芳砜中的一种或多种材料制成，或者也可以采用其他质量轻、强度大的绝缘材料作为替代，以提供支撑力并降低集流体的质量。优选地，基材的厚度为1.5-8μm，过薄的基材容易在步骤S30中受到碱溶液的腐蚀，削弱其支撑能力，影响锂离子电池的安全性能。
进一步地，箔材采用采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。常规的，作为正极集流体的箔材一般采用铝或铝合金压制而成，作为负极集流体的箔材一般采用铜或铜合金压制而成。
进一步地，胶黏剂的厚度为0.5-2μm。在该厚度范围内，胶黏剂能够提供足够的粘结力以保证基材和箔材之间复合的牢固性，同时，不会过度增加集流体的厚度以至于影响电池的性能。其中，胶粘剂采用东莞巨杰新能源厂生产的CY-C612胶。
下面通过实施例1-8来进一步说明本申请的技术方案，但本申请并不限于这些实施例。
实施例1-8中的集流体的具体情况如表1所示。
表1
Figure BDA0002711660460000051
将上述集流体制得锂电池，得到实施例9-14，具体情况如表2所示。
表2
正极集流体 负极集流体
实施例9 实施例1 实施例5
实施例10 实施例2 实施例8
实施例11 实施例3 实施例7
实施例12 实施例4 实施例8
实施例13 实施例1 实施例5
实施例14 实施例3 实施例7
为了体现本申请的效果，现引入下列对比例1-6中的集流体与本申请实施例1-8进行对比。对比例1-6的具体情况如表3所示。
表3
Figure BDA0002711660460000052
将上述对比例中的集流体制成二次电池，具体情况如表4所示
表4
正极集流体 负极集流体
对比例7 实施例1 对比例4
对比例8 实施例2 对比例5
对比例9 实施例1 对比例6
对比例10 对比例1 实施例5
对比例11 对比例2 实施例5
对比例12 对比例3 实施例7
对实施例9-14及对比例7-12中的二次电池进行穿钉测试(Nail)、撞击测试(Impact)、挤压测试(Crush)和电池循环测试(Cycle)，均依照UN38.3锂电池测试标准进行。测试结果如表5所示。
表5
Nail Impact Crush Cycle
实施例9 Pass Pass Pass Pass
实施例10 Pass Pass Pass Pass
实施例11 Pass Pass Pass Pass
实施例12 Pass Pass Pass Pass
实施例13 Pass Pass Pass Pass
实施例14 Pass Pass Pass Pass
对比例7 NG NG NG Pass
对比例8 Pass Pass Pass NG
对比例9 Pass Pass Pass Pass
对比例10 Pass Pass Pass NG
对比例11 NG NG NG Pass
对比例12 Pass Pass Pass Pass
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。

Claims (13)

1.一种集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
复合；将胶黏剂涂布在基材的表面，将经过压延的箔材复合在所述表面，得到复合膜；
浸泡刻蚀：将所述复合膜至于碱溶液中浸泡；
喷淋烘干：将经过浸泡刻蚀的复合膜进行喷淋冲洗，烘干收卷；
其中，经过浸泡刻蚀的箔材的厚度为H，H满足下述关系式：0.75μm<H<5μm；
经过浸泡刻蚀的箔材表面具有直径为1-10μm的凹坑。
2.根据权利要求1所述的一种集流体的制备方法，其特征在于，在所述复合步骤中，通过第一次复合将第一箔材复合在所述基材的第一表面，通过第二次复合将第二箔材复合在所述基材的第二表面，第一次复合和第二次复合中的复合温度均大于或等于90℃，复合压力均大于或等于0.4MPa。
3.根据权利要求2所述的一种集流体的制备方法，其特征在于，在第一次复合后，将复合后的基材置于50℃下放置24h，进行初步固化。
4.根据权利要求2所述的一种集流体的制备方法，其特征在于，在第二次复合后，将复合后的基材置于50℃下放置72h。
5.根据权利要求1所述的一种集流体的制备方法，其特征在于，所述基材采用PET、PP、PE、PI、聚芳砜中的一种或多种材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种集流体的制备方法，其特征在于，所述第一箔材和所述第二箔材采用采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。
7.一种集流体，其特征在于，包括：
基材；
箔材，所述箔材复合在所述基材两侧，单侧的所述箔材的厚度为H，H满足下述关系式：0.75μm<H<5μm；所述箔材表面具有直径为1-10μm的凹坑。
8.根据权利要求7所述的一种集流体，其特征在于，所述基材的厚度为1.5-8μm。
9.根据权利要求7所述的一种集流体，其特征在于，所述箔材和基材之间设置有胶层。
10.根据权利要求9所述的一种集流体，其特征在于，所述胶层的厚度为0.5-2μm。
11.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解质，其中，所述正极极片和/或负极极片具有如权利要求1-10中的任一项所述的一种集流体。
12.一种物体，其特征在于，所述物体具有如权利要求11所述的一种电池。
13.根据权利要求12所述的一种物体，其特征在于，所述物体为电子产品或电动车。
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CN114695900A (zh) * 2022-05-31 2022-07-01 江苏卓高新材料科技有限公司 复合集流体、正极极片以及正极极片的制备方法

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