CN112436152A - 一种集流体的制备方法及集流体、二次电池 - Google Patents
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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。本申请先将箔材与离型膜或减粘膜复合，再对箔材进行减薄至所需的厚度，既能够保证箔材的致密度和强度，避免在箔材与基材复合的过程中发生损坏箔材的情况，降低复合集流体的制备难度。这样制得的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
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：
将箔材与离型膜或减粘膜复合；
将箔材至于碱溶液中浸泡；
将箔材与基材复合，获得复合膜；
将复合膜中的离型膜或减粘膜剥离。
在上述技术方案中，本申请实施例先将箔材与离型膜或减粘膜复合，再对箔材进行减薄至所需的厚度，既能够保证箔材的致密度和强度，避免在箔材与基材复合的过程中发生损坏箔材的情况，降低复合集流体的制备难度。然后再将箔材与基材复合，这样制得的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，箔材采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。
进一步地，根据本申请实施例，其中，离型膜或减粘膜的剥离力为10g以下。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材与离型膜或减粘膜的复合压力为0.4～0.6MPa。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材浸泡后的厚度为0.75-5μm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材复合在所述基材的两侧表面上。
进一步地，根据本申请实施例，其中，箔材与所述基材的复合压力大于或等于0.4MPa，复合温度为大于或等于90℃。
进一步地，根据本申请实施例，其中，将制得的复合膜于50℃下放置72h。
进一步地，根据本申请实施例，其中，基材采用PET、PP、PE、PI、聚芳砜中的一种或多种材料制成。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种集流体，采用如上所述的制备方法制成。
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：本申请先将箔材与离型膜或减粘膜复合，再对箔材进行减薄至所需的厚度，既能够保证箔材的致密度和强度，避免在箔材与基材复合的过程中发生损坏箔材的情况，降低复合集流体的制备难度。这样制得的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、将箔材与离型膜或减粘膜复合；
S20、将S10中复合后的箔材至于碱溶液中浸泡；
S30、将S20中浸泡后的箔材与基材复合，获得复合膜，其中箔材的金属面与基材的一侧表面贴合；
S40、将S30中获得的复合膜中的离型膜或减粘膜剥离。
在上述技术方案中，本申请先将箔材与离型膜或减粘膜复合，再对箔材进行减薄至所需的厚度，既能够保证箔材的致密度和强度，避免在箔材与基材复合的过程中发生损坏箔材的情况，降低复合集流体的制备难度。这样制得的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后的箔材厚度。设置经过浸泡刻蚀的箔材厚度为H。优选地，H满足下述关系式：0.75μm<H<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中，箔材与离型膜或减粘膜的复合压力为0.4～0.6MPa，离型膜或减粘膜的剥离力为10g以下。一方面，离型膜或减粘膜与箔材之间要具有足够的复合强度，保证在制备过程中离型膜或减粘膜与箔材不会脱离；另一方面，要保证离型膜或减粘膜易于剥离，否则将容易在步骤S40中拉坏复合膜。
在步骤S20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。
此外，在步骤S30中，箔材复合在所述基材的两侧表面上，箔材与所述基材的复合压力大于或等于0.4MPa，复合温度为大于或等于90℃，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。具体地，步骤S30包括以下子步骤：
S31、将胶黏剂(凹版)涂布于基材的第一表面，将一片箔材的金属面与基材复合；
S32、将胶黏剂(凹版)涂布于基材的第二表面，将另一片箔材的金属膜与基材复合；
S33、将步骤S32的产物置于温度50℃下，放置72h；然后再85度熟化72h得到复合膜。
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
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
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
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：
将箔材与离型膜或减粘膜复合；
将箔材至于碱溶液中浸泡；
将箔材与基材复合，获得复合膜；
将所述复合膜中的离型膜或减粘膜剥离。
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，所述箔材采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。
3.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，所述离型膜或减粘膜的剥离力为10g以下。
4.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，所述箔材与所述离型膜或减粘膜的复合压力为0.4～0.6MPa。
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，所述箔材浸泡后的厚度为0.75-5μm。
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，所述箔材复合在所述基材的两侧表面上。
7.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，所述箔材与所述基材的复合压力大于或等于0.4MPa，复合温度为大于或等于90℃。
8.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，将制得的所述复合膜于50℃下放置72h。
9.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。
10.一种集流体，其特征在于，所述集流体采用如权利要求1-9中的任一项所述的制备方法制成。
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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| CN118054021A (zh) * | 2024-04-15 | 2024-05-17 | 广东宏伙控股集团有限公司 | 一种柔性电池集流体及其制备方法 |
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2020
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