CN114361463A - 一种复合集流体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合集流体的制备方法，将两层导电金属箔材与聚合物薄膜复合后形成上层为金属箔层、中层为聚合物薄膜层、下层为金属箔层的叠层材料，然后叠层材料进入烘箱内经过加热，从而使中层即聚合物薄膜层熔融，且烘箱加热的过程中，上层金属箔层和下层金属箔层通过热压的方式与熔融的聚合物薄膜层紧密结合，然后叠层材料从烘箱移出后，进行冷却定型，最后将冷却定型的叠层材料其上层金属箔层和下层金属箔层均进行减薄处理，得到复合集流体。本发明制备得到的复合集流体总厚度小、电阻率低，从而提升了锂电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及锂电子电池技术领域，具体是一种复合集流体的制备方法。
背景技术
随着锂电子电池行业的持续发展，人们越来越追求电池的高能量密度和轻量化。集流体作为电池的重要组成部分，降低集流体的质量是一种有效的方法，目前降低集流体的方法主要是以薄膜支撑层与导电金属层复合制备成复合集流体实现的。对此，公开号为CN207097948U的中国发明专利申请，公开了“一种多层结构集流体”，通过在塑料薄膜的上、下表面依次镀有金属镀层和防氧化层制备的集流体材料。其次，公开号为CN112234211A的中国发明专利，公开了“一种集流体”，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，再通过碱溶液消薄箔材制备的集流体材料。
上述两个公开专利存在如下的缺点：(1)、设备投入大，生产优率低，难以稳定的大规模量产；(2)、受限于粘结层厚度，集流体总厚度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合集流体的制备方法，制备得到的复合集流体总厚度小、电阻率低，从而提升了锂电池的能量密度。
本发明的技术方案为：
一种复合集流体的制备方法，具体包括有以下步骤：
(1)、将两层导电金属箔材与聚合物薄膜同步通过复合压辊复合后形成上层为金属箔层、中层为聚合物薄膜层、下层为金属箔层的叠层材料；
(2)、叠层材料进入烘箱内经过加热，加热温度小于聚合物薄膜熔点以上20℃，从而使中层即聚合物薄膜层熔融，且烘箱加热的过程中，上层金属箔层和下层金属箔层通过热压的方式与熔融的聚合物薄膜层紧密结合，然后叠层材料从烘箱移出后，进行冷却定型；
(3)、将冷却定型的叠层材料其上层金属箔层和下层金属箔层均进行减薄处理，得到复合集流体。
所述的两层导电金属箔材均选用厚度为3-12μm的铝箔或均选用厚度为2-8μm的铜箔。
所述的聚合物薄膜是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种材料混合制成。
所述的聚合物薄膜的厚度为D1,1μm≤D1≤8μm。
所述的聚合物薄膜的厚度为D1,2μm≤D1≤6μm。
所述的步骤(2)中，热压的方式是在烘箱中沿叠层材料输送方向设置多组热辊压，通过多组热辊压进行热压。
所述的聚合物薄膜层进入烘箱经熔融和热压后，其厚度为D2，厚度D2满足如下关系：0.8*D1＜D2＜D1，避免热压后聚合物薄膜层厚度过低，导致聚合物薄膜层强度降低，影响后续电池制程性能的问题。
所述的步骤(3)中，减薄处理的方式选用化学腐蚀、电化学腐蚀和激光减薄式中的一种方式或多种方式复合处理。
所述的上层金属箔层和下层金属箔层减薄后的厚度均为D3，0.5μm≤D3≤5μm。
所述的上层金属箔层和下层金属箔层减薄后的厚度均为D3，1μm≤D3≤2μm，避免减薄后金属箔层厚度过低影响复合集流体导电性能，厚度过高降低锂电池能量密度、不利于提升锂电池安全性的问题。
本发明的优点：
本发明通过叠层、烘箱加热、热压辊热压的方式使得两层金属箔层与聚合物薄膜层紧密结合，且烘箱加热的过程中，聚合物薄膜层经熔融和热压后，降低了厚度，使得复合集流体成品的厚度减小，从而降低了复合集流体的电阻率，提升了锂电池的能量密度；本发明制备过程中的设备简单，投入成本低，生产优率高。
附图说明
图1是本发明制备复合集流体的设备流程图。
附图标记，100-聚合物薄膜层，201-上层金属箔层，202-下层金属箔层，3-放卷设备，4-复合压辊，5-烘箱，6-热压辊，7-收卷设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
见图1，一种复合集流体的制备方法，具体包括有以下步骤：
(1)、将两层导电金属箔材与聚合物薄膜同步通过放卷设备3放卷，再经复合压辊4复合后形成上层为金属箔层201、中层为聚合物薄膜层100、下层为金属箔层202的叠层材料；
(2)、叠层材料进入烘箱5内经过加热，加热温度小于聚合物薄膜熔点以上20℃，从而使中层即聚合物薄膜层熔融，避免加热温度过高导致液态聚合物溢出箔材，同时避免加热温度过低，导致聚合物未熔或流动性不佳，导致聚合物与金属结合力不足的问题，且烘箱加热的过程中，上层金属箔层201和下层金属箔层202通过热压辊6热压的方式与熔融的聚合物薄膜层100紧密结合，然后叠层材料从烘箱5移出后，收卷设备7收卷后，进行冷却定型；
(3)、将冷却定型的叠层材料其上层金属箔层201和下层金属箔层202均进行减薄处理，得到复合集流体。
实施例1
将两层厚度为12μm、纯度为99.8％的铝箔与厚度为6μm的PET薄膜进行复合，复合压力为2000N，得到铝箔/PET薄膜/铝箔的叠层材料；将叠层材料在烘箱中加热，加热温度为270℃，保温时间为1min，热压辊的辊压压力为150N，热压后PET薄膜的厚度为5.8μm，最后在质量分数为25％的NaOH溶液中对双层铝箔进行腐蚀减薄，得到正极复合集流体，其中，减薄后每层铝箔厚度为1.5μm。
实施例2
将两层厚度为12μm、纯度为99.8％的铝箔与厚度为6μm的PET薄膜进行复合，复合压力为2000N，得到铝箔/PET薄膜/铝箔的叠层材料；将叠层材料在烘箱中加热，加热温度为265℃，保温时间为1min，热压辊的辊压压力为200N，热压后PET薄膜的厚度为5.5μm，最后在质量分数为25％的NaOH溶液中对双层铝箔进行腐蚀减薄，得到正极复合集流体，其中，减薄后每层铝箔厚度为1.2μm。
实施例3
将两层厚度为12μm、纯度为99.8％的铝箔与厚度为4.5μm的PET薄膜进行复合，复合压力为2000N，得到铝箔/PET薄膜/铝箔的叠层材料；将叠层材料在烘箱中加热，加热温度为270℃，保温时间为1min，热压辊的辊压压力为180N，热压后PET薄膜的厚度为4.2μm，最后在质量分数为25％的NaOH溶液中对双层铝箔进行腐蚀减薄，得到正极复合集流体，其中，减薄后每层铝箔厚度为1.0μm。
实施例4
将两层厚度为6μm、纯度为99.8％的铜箔与厚度为4.5μm的PP薄膜进行复合，复合压力为2500N，得到铜箔/PP薄膜/铜箔的叠层材料；将叠层材料在烘箱中加热，加热温度为200℃，保温时间为1min，热压辊的辊压压力为120N，热压后PP薄膜的厚度为4.2μm，最后在浓度3mol/L的HCl溶液中对双层铜箔进行腐蚀减薄，得到负极复合集流体，其中，减薄后每层铜箔的厚度为1.2μm。
实施例5
将两层厚度为6μm、纯度为99.8％的铜箔与厚度为3μm的PP薄膜进行复合，复合压力为2500N，得到铜箔/PP薄膜/铝箔的叠层材料；将叠层材料在烘箱中加热，加热温度为195℃，保温时间为1min，热压辊的辊压压力为100N，热压后PP薄膜的厚度为2.9μm，最后在浓度3mol/L的HCl溶液中对双层铜箔进行腐蚀减薄，得到负极复合集流体，其中，减薄后每层铜箔的厚度为1.0μm。
对比例1
某商用正极复合集流体，通过胶合方式制成。
对比例2
某商用负极复合集流体，通过真空镀膜与电镀制成。
对实施例1-6和对比例1-2制得的复合集流体进行性能测试。其中结合强度测试标准为：取测试样品置入电解液中浸泡48h，取出后使用拉力机测试结合强度，其中电解液型号为U20，样品尺寸为20*100mm，测试速度为300mm/min。测试结果数据见表1所示；
表1
将表1中实施例1-3和对比例1的测试结果对比可知，本发明制得的正极复合集流体具有较低的方阻和电阻率，且正极复合集流体的厚度更薄；将表1中实施例4、5和对比例2的测试结果对比可知，本发明制得的负极复合集流体具有较低的方阻和电阻率，且负极复合集流体的厚度更薄，结合强度通过测试。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种复合集流体的制备方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、将两层导电金属箔材与聚合物薄膜同步通过复合压辊复合后形成上层为金属箔层、中层为聚合物薄膜层、下层为金属箔层的叠层材料；
(2)、叠层材料进入烘箱内经过加热，加热温度小于聚合物薄膜熔点以上20℃，从而使中层即聚合物薄膜层熔融，且烘箱加热的过程中，上层金属箔层和下层金属箔层通过热压的方式与熔融的聚合物薄膜层紧密结合，然后叠层材料从烘箱移出后，进行冷却定型；
(3)、将冷却定型的叠层材料其上层金属箔层和下层金属箔层均进行减薄处理，得到复合集流体。
2.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的两层导电金属箔材均选用厚度为3-12μm的铝箔或均选用厚度为2-8μm的铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的聚合物薄膜是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种材料混合制成。
4.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的聚合物薄膜的厚度为D1,1μm≤D1≤8μm。
5.根据权利要求4所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的聚合物薄膜的厚度为D1,2μm≤D1≤6μm。
6.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，热压的方式是在烘箱中沿叠层材料输送方向设置多组热辊压，通过多组热辊压进行热压。
7.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的聚合物薄膜层进入烘箱经熔融和热压后，其厚度为D2，厚度D2满足如下关系：0.8*D1＜D2＜D1。
8.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，减薄处理的方式选用化学腐蚀、电化学腐蚀和激光减薄式中的一种方式或多种方式复合处理。
9.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的上层金属箔层和下层金属箔层减薄后的厚度均为D3，0.5μm≤D3≤5μm。
10.根据权利要求9所述的一种复合集流体的制备方法，其特征在于：所述的上层金属箔层和下层金属箔层减薄后的厚度均为D3，1μm≤D3≤2μm。
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