CN113150723A - 一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池和物体 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池和物体，涉及二次电池技术领域。所述的导电胶包括胶黏剂和纳米导电材料，纳米导电材料为线状；当导电胶成膜时，纳米导电材料互相搭接形成网状导电层。本申请通过在胶黏剂中添加线状的纳米导电材料，将其涂布在集流体基材的表面，成膜后纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力。

Description

一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池和物体
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及到一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池和物体。
背景技术
传统锂离子电池负极集流体为铜箔，正极集流体为铝箔。随着技术发展，锂离子电池在能量密度，轻量化，柔性特性方向要求越来越高。目前，铜箔量产最低厚度6微米，铝箔最低厚度8微米。虽然对铜箔铝箔的减薄可以有效降低锂离子电池重量，提高能量密度，但由于技术能力瓶颈，厚度的降低会导致机械强度大幅度降低，难以加工成电池。而且做成更薄的箔材从技术上讲变得极为困难。
现有一种技术，使用塑料作为基材，使用真空镀膜将铜镀在基材上做成负极复合集流体来解决上述问题，如公开号为CN109599563A中国发明专利申请，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，通过化学镀工艺在柔性基材表面处理至形成锂离子电池集流体的导电镀层中的化学镀层；通过电镀工艺在化学镀层表面处理至形成锂离子电池集流体的导电镀层中的电镀层。这种集流体很明显的降低了电池重量，提高了能量密度。但是在低于6微米的基材上镀导电层，导电层的附着力不好，且由于真空镀膜设备价值高的原因，不能进行大规模生产。
还有一种技术，将金属微粒作为导电成分，涂覆在塑料表面形成导电层，从而进行一些后续加工。但是金属微粒成膜过程，颗粒与颗粒之间的接触面积非常小，想要达到方阻<0.5 Ω的状态，厚度需要达到100微米以上，然后再进行电镀加工，最终产品厚度无法应用于锂电池行业。
发明内容
本申请的目的是提供一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池，解决现有的复合集流体基材与导电层之间的附着力差的问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种导电胶，包括胶黏剂和纳米导电材料，纳米导电材料为线状；当导电胶成膜时，纳米导电材料互相搭接形成网状导电层。
在上述技术方案中，本申请实施例通过在胶黏剂中添加线状的纳米导电材料，将其涂布在集流体基材的表面，成膜后纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力。
进一步地，根据本申请实施例，其中，胶黏剂为高分子胶类。
进一步地，根据本申请实施例，其中，胶黏剂为粘合性树脂。
进一步地，根据本申请实施例，其中，粘合性树脂选自丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、聚异丁烯类树脂、苯乙烯类树脂、聚酯类树脂及聚烯烃类树脂中的一种或多种。
进一步地，根据本申请实施例，其中，纳米导电材料为纳米金属材料、纳米碳系材料或纳米导电聚合物材料中的一种或多种。
进一步地，根据本申请实施例，其中，纳米导电材料的直径为5-100nm，长度为2-50μm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，胶黏剂与纳米导电材料的重量份之比为5-10:1。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种复合集流体，包括：基材；导电胶层，导电胶层设置在基材的至少一侧表面上，导电胶层采用如上所述的一种导电胶涂布而成；导电层，导电层设置在导电胶层上。
在上述技术方案中，本申请实施例通过在基材与导电层之间设置一层导电胶，该导电胶中添加了线状的纳米导电材料，纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力
进一步地，根据本申请实施例，其中，基材采用PET、PP、BOPP、PE、BOPET中的一种或多种。
进一步地，根据本申请实施例，其中，基材的厚度为1-12μm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，导电胶层的厚度为30-500nm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，导电层采用铝、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，导电层的厚度为700-1300nm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，导电层上设置有保护层。
进一步地，根据本申请实施例，其中，保护层的厚度为20nm。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：
在基材表面涂布如上所述的导电胶，形成导电胶层；
在导电胶层上通过电镀的方式形成导电层。
进一步地，根据本申请实施例，其中，对导电层表面进行钝化处理，形成保护层。
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/或负极极片包括如上所述的复合集流体。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种物体，其特征在于，物体包括如上所述的一种电池。
进一步地，根据本申请实施例，其中，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：本申请通过在胶黏剂中添加线状的纳米导电材料，将其涂布在集流体基材的表面，成膜后纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力。
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。
本申请公开了一种导电胶，包括胶黏剂和纳米导电材料，纳米导电材料为线状；当导电胶成膜时，纳米导电材料互相搭接形成网状导电层。其中，本申请通过在胶黏剂中添加线状的纳米导电材料，将其涂布在集流体基材的表面，成膜后纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力。
对此，上述的胶黏剂为高分子胶类，具体为粘合性树脂，可以选自丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、聚异丁烯类树脂、苯乙烯类树脂、聚酯类树脂及聚烯烃类树脂中的一种或多种，并不限定本申请。
上述的纳米导电材料为纳米金属材料、纳米碳系材料或纳米导电聚合物材料中的一种或多种，优选采用直径为5-100nm、长度为2-50μm的线性纳米材料。
进一步地，胶黏剂与纳米导电材料的重量份之比为5-10:1，在该范围内，能够兼顾导电胶的粘合力和导电性能。具体地，若胶黏剂的含量过多，会导致纳米导电材料在导电胶体系中过于分散，难以形成连续的网状导电层；而若胶黏剂的含量过少，导致导电胶与集流体基材的结合力降低，容易造成导电层脱落，影响电池的使用寿命及安全性能。
此外，本申请还公开了一种复合集流体，包括基材、设置在基材表面的导电胶层和设置在导电胶层上的导电层。其中，导电胶层采用如上所述的一种导电胶涂布而成，该导电胶中添加了线状的纳米导电材料，纳米导电材料互相搭接形成网状导电层，面电阻小，导电性能良好，便于实施后续的电镀工艺形成导电层。同时，胶黏剂沉积在上述网状导电层的孔隙中，与集流体基材紧密结合，能够提高集流体基材与导电层的附着力。
对此，上述的基材层采用轻质绝缘的高分子材料，能够大大降低集流体的重量，减少铝材的用量，提高电池的能量密度。本申请中具体采用PET、PP、BOPP、PE、BOPET中的一种或多种，但不限制本申请。
进一步地，基材的厚度为1-12μm，导电胶层的厚度为30-500nm，导电层的厚度为700-1300nm。其中，采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。该导电层通过电镀的方式形成。
进一步地，本申请还在导电层上设置有一层保护层，用于防止导电层氧化。该保护层通过使用金属钝化剂钝化而成，厚度优选为20nm。
其次，本申请还公开了一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：
在基材表面涂布如上所述的导电胶，形成导电胶层；
在导电胶层上通过电镀的方式形成导电层。
进一步地，本申请还对上述导电层表面进行钝化处理，以形成保护层。
最后，本申请通过列举实施例及对比例对技术方案进行进一步地说明，但本申请并不限于这些实施例。其中的导电胶原料及配比如表1所示，并对导电胶的剥离力进行测试。
表1
Figure RE-GDA0003092376810000051
在上表中，通过测试剥离力来体现导电胶的粘合性能，剥离力通过GB/T 2792-2014中记载的方法进行测量。通过上表中的数据可以看出，导电胶剥离力的大小和胶黏剂与导电材料之间的配比有关，当胶黏剂与导电材料之间的配比为7:1时，导电胶的剥离力最大。
此外，将上述实施例中的导电胶用于制备集流体，制得的集流体的原料及参数汇总至表2。
表2
Figure RE-GDA0003092376810000052
对表2中记载的实施例9-18级对比例3-4进行断裂强度测试，并测试这些集流体在电解液浸泡前后的基材与导电层之间的剥离力，测试结果如表3所示。其中，断裂强度采用GB/T 1040-92中记载的方法进行测量，剥离力采用GB/T 2792-2014中记载的方法进行测量。
表3
Figure RE-GDA0003092376810000053
Figure RE-GDA0003092376810000061
由表3可知，集流体的断裂强度与基材的材料与厚度、导电层的材料与厚度密切相关，导电胶层的设置并不会对其产生过多的影响。此外，导电胶层主要影响的是基材与导电层之间的剥离力，导电层的设置能够大大提高基材与导电层之间的粘合强度，这一优势在电解液浸泡环境中尤为明显。
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 (20)

1.一种导电胶，其特征在于，包括胶黏剂和纳米导电材料，所述纳米导电材料为线状；当所述导电胶成膜时，所述纳米导电材料互相搭接形成网状导电层。
2.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于，所述胶黏剂为高分子胶类。
3.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于，所述胶黏剂为粘合性树脂。
4.根据权利要求3所述的一种导电胶，其特征在于，所述粘合性树脂选自丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、聚异丁烯类树脂、苯乙烯类树脂、聚酯类树脂及聚烯烃类树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于，所述纳米导电材料为纳米金属材料、纳米碳系材料或纳米导电聚合物材料中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于，所述纳米导电材料的直径为5-100nm，长度为2-50μm。
7.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于，所述胶黏剂与所述纳米导电材料的重量份之比为5-10:1。
8.一种复合集流体，其特征在于，包括：
基材；
导电胶层，所述导电胶层设置在所述基材的至少一侧表面上，所述导电胶层采用如权利要求1所的一种导电胶涂布而成；
导电层，所述导电层设置在所述导电胶层上。
9.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述基材采用PET、PP、BOPP、PE、BOPET中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述基材的厚度为1-12μm。
11.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述导电胶层的厚度为30-500nm。
12.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述导电层采用铝、铜、镍、银、金、碳、不锈钢或其合金制成。
13.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述导电层的厚度为700-1300nm。
14.根据权利要求8所述的一种复合集流体，其特征在于，所述导电层上设置有保护层。
15.根据权利要求14所述的一种复合集流体，其特征在于，所述保护层的厚度为20nm。
16.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基材表面涂布如权利要求1所述的导电胶，形成导电胶层；
在所述导电胶层上通过电镀的方式形成导电层。
17.根据权利要求16所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于，对导电层表面进行钝化处理，形成保护层。
18.一种电池，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/或所述负极极片包括如权利要求8-17中任一项所述的复合集流体。
19.一种物体，其特征在于，所述物体包括如权利要求18所述的一种电池。
20.根据权利要求19所述的一种物体，其中，所述物体为电子产品或电动车。
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