CN115440985A - 复合集流体制备方法及制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合集流体制备方法及制备装置，通过选择性预处理在基材料带表面的中部形成活性区域，预处理的过程中并不会对留白区域进行处理，故基材料带两侧的边缘不会被损伤。而且，在形成金属层的过程中，也只是针对活性区域进行操作，留白区域并不形成金属层。而在形成金属层时对基材料带所造成的穿孔等损伤，往往出现在金属层的边缘位置。可见，制备过程中能够尽量减少对基材料带边缘的损伤，从而保持基材料带较高的机械强度。而且，金属层边缘位置的损伤可后续切除。因此，上述复合集流体制备方法能够显著提升良品率。

Description

复合集流体制备方法及制备装置

技术领域

本发明涉及锂电池设备技术领域，特别涉及一种复合集流体制备方法及制备装置。

背景技术

基于减轻锂电池重量、提高电池的能量密度等方面的考虑，采用聚合物材料作为基材的复合集流体越来越受到关注。复合集流体包括基材及形成于基材的上下表面的金属层，呈“三明治结构”，基材起支撑作用，两侧的金属层则起导电作用。

目前，常见的制备方法是先通过物理气相沉积法在基材的两面沉积一定厚度的金属薄膜，再把双面形成金属薄膜的基材进行电镀或化学镀，从而使两侧的金属薄膜加厚，直至使复合集流体的导电性和物理特性满足锂电池的要求。

真空物理气相沉积伴随着高温，基材在高温环境下很容易出现变形、起皱、窜泡、穿孔、变脆等问题。而且，基材非常轻薄，真空溅射时高能粒子的冲击、化学镀时的腐蚀以及电镀时的边缘电流效应均易导致基材出现穿孔及破损。特别是在卷对卷制备的过程中，由于基材需承受走带的张力，故基材边缘的损伤极易导致料带断带。因此，现有的方法在制备复合集流体时导致良品率较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升良品率的复合集流体制备方法及制备装置。

一种复合集流体制备方法，包括步骤：

提供基材料带；

在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域，所述活性区域及所述留白区域均呈条形并沿所述基材料带的长度方向延伸；

在所述活性区域形成金属层；

切除所述金属层沿宽度方向两侧的边缘部分或所述留白区域，以制得复合集流体。

在其中一个实施例中，在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域的步骤包括：

对所述基材料带表面的中部进行粗化处理；

在粗化处理后的区域涂覆敏化活化液，以形成所述活性区域；

其中，所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘未经粗化处理且未涂覆敏化活化液的区域形成所述留白区域。

在其中一个实施例中，对所述基材料带表面的中部进行粗化处理的步骤包括：对所述基材料带表面的多个条形区域进行粗化处理，所述条形区域位于所述基材料带表面的中部，且沿所述基材料带的宽度方向间隔设置；

其中，在粗化处理后的所述条形区域涂覆敏化活化液以形成所述活性区域，相邻所述条形区域之间未经粗化处理且未涂覆敏化活化液的区域形成所述留白区域。

在其中一个实施例中，所述复合集流体包括负极复合集流体，在所述活性区域形成金属层的步骤包括：

对所述基材料带进行化学镀，以形成附着于所述活性区域的金属膜；

对经过化学镀的所述基材料带进行电镀，以在所述金属膜的表面形成预设厚度的所述金属层。

在其中一个实施例中，采用电刷镀的方式对所述基材料带进行电镀。

在其中一个实施例中，所述复合集流体包括正极复合集流体，在所述活性区域形成金属层的步骤包括：对所述基材料带进行化学镀，以在所述活性区域形成预设厚度的所述金属层。

在其中一个实施例中，在所述活性区域形成金属层的步骤之后，还包括步骤：在所述金属层的背离所述基材料带的表面形成抗氧化层。

在其中一个实施例中，以连续走带的方式对所述基材料带进行放卷；以连续走带的方式对制得的所述复合集流体进行收卷。

一种复合集流体制备装置，包括：

放卷机构，用于提供基材料带；

预处理机构，用于在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域，所述活性区域及所述留白区域均呈条形并沿所述基材料带的长度方向延伸；

镀膜机构，用于在所述活性区域形成金属层；

切边机构，用于切除所述金属层沿宽度方向两侧的边缘部分或所述留白区域，以制得复合集流体。

在其中一个实施例中，所述放卷机构能够连续放卷所述基材料带，所述复合集流体制备装置还包括及收卷机构，所述收卷机构能够连续收卷所述复合集流体。

上述复合集流体制备方法及制备装置，通过选择性预处理在基材料带表面的中部形成活性区域，并在基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域，留白区域为未经过处理的区域，故基材料带两侧的边缘不会被损伤。而且，在形成金属层的过程中，也只是针对活性区域进行操作，留白区域并不形成金属层。而在形成金属层时对基材料带所造成的穿孔等损伤，往往出现在金属层的边缘位置。可见，制备过程中能够尽量减少对基材料带边缘的损伤，从而保持基材料带较高的机械强度。而且，金属层边缘位置的损伤可后续切除。因此，上述复合集流体制备方法能够显著提升良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中所制备的复合集流体的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中复合集流体制备方法的流程示意图；

图3为图2所示复合集流体制备方法对应的加工场景示意图；

图4为图3所示的场景(d)到场景(e)的细节示意图；

图5为本发明一个实施例中复合集流体制备装置的模块示意图；

图6为图5所示复合集流体制备装置中放卷机构的结构示意图；

图7为图5所示复合集流体制备装置中粗化处理机构的结构示意图；

图8为另一个实施例中粗化处理机构的结构示意图；

图9为图5所示复合集流体制备装置中活化处理机构的结构示意图；

图10为图5所示复合集流体制备装置中化学镀机构的结构示意图；

图11为图5所示复合集流体制备装置中电镀机构的结构示意图；

图12为另一个实施例中复合集流体制备装置的模块示意图；

图13为另一个实施例中所制得的复合集流体的俯视图；

图14为图13所示复合集流体的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明提供了一种复合集流体制备方法，该方法用于制备如图1所示的复合集流体200。其中，复合集流体200包括基材料带210及位于基材料带210相对两个表面的金属层220。

基材料带210为绝缘材料，可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯及聚苯乙烯等聚合物材料中的任一种。基材料带210呈薄膜状，起支撑作用，其厚度一般在2μm至12μm之间。金属层220则起导电作用，其厚度一般在700nm至2000nm之间。复合集流体200既可以用于锂电池的正极，也可以用于锂电池的负极，区别在于金属层220的材质不同。

复合集流体200作为负极集流体时，金属层220的材质一般为铜或铜合金。此外，金属层220还可以是铜的质量比不少于80％的多层复合结构。而复合集流体200作为正极集流体时，金属层220的材质一般为铝或铝合金。同样的，金属层220也可以是铝的质量比不少于80％的多层复合结构。

请参阅图2及图3，本发明一个实施例中的复合集流体制备方法包括步骤S110至S140。

步骤S110，提供基材料带210。

具体的，基材料带210一般以料带的形式进行放卷，可预先制备并存储于放卷轴。提供的基材料带210沿预设方向走带，走带方向即为基材料带210的长度方向，与长度向垂直的方向即为基材料带210的宽度方向。该步骤对应图3所示的场景(a)。

步骤S120，在基材料带210表面的中部形成活性区域201，并在基材料带210表面宽度方向的两侧边缘形成留白区域202，活性区域201及留白区域202呈条形并沿基材料带210的长度方向延伸。

由于基材料带210的材料性质与金属存在显著区别，故其表面对金属材料的附着能力较差，直接在基材料带210表面进行镀膜等操作将难以形成符合要求的金属层220。因此，在镀膜之前需要对基材料带210的表面进行预处理，以得到活性区域201，预处理的目的是增强基材料带210表面对金属材料的附着能力。该步骤对应图3所示的场景(b)。

需要指出的是，预处理时并不会对基材料带210表面的整面进行处理。具体的，预处理只针对基材料带210表面的中部区域，处理过的区域即为活性区域201，对金属材料的附着能力得到提升。而对于基材料带210表面宽度方向的两侧边缘并不进行预处理，从而形成留白区域202。这样，基材料带210两侧的边缘在预处理的过程中一般不会被损伤，从而避免或减少基材料带210的边缘出现穿孔等缺陷。其中，中部区域指的是基材料带210两侧的留白区域202之间的区域。

活性区域201及留白区域202均沿基材料带210的长度延伸。通常情况下，活性区域201为一体且位于基材料带210的中间区域，留白区域202则仅分布于基材料带210的两侧，从而制得的复合集流体200为如图3中(e)所示的单条结构。

此外，在其他实施例中，也可以在基材料带210的表面形成多个沿基材料带210的宽度方向间隔设置的活性区域201，除了分布于基材料带210宽度方向两侧的留白区域202，相邻两个活性区域201之间也形成有留白区域202。因此，制得的复合集流体200为如图13及图14所示的类似斑马条纹的多条结构。

在本实施例中，上述步骤120包括：对基材料带210表面的中部进行粗化处理；在基材料带210表面粗化处理后的区域涂覆敏化活化液，以形成活性区域201。

在粗化处理前，必要时还可以进行除油处理。粗化处理的方式可以是物理粗化，也可以是化学粗化，还可以是物理粗化与化学粗化的组合。物理粗化的具体方式包括对预设区域进行激光刻蚀、紫外照射、等离子照射及电晕处理等。化学粗化的具体方式包括采用含有双氧水、硫酸、铬酸、高锰酸钾中的一种或多种水溶液对预设区域进行浸泡。而且，化学粗化后还可视具体情况进行清洗和烘干。

粗化处理后，相应区域会形成微结构，微结构能够增大基材料带210表面的粗糙度，从而提升对金属材料的附着能力。粗化处理完成后，便可通过精密涂布的方式在粗化处理后的区域涂覆敏化活化液。具体的，敏化活化液可以是包含有铜、锡、银、铂、钯、锰中的一种或多种离子或胶体的水溶液。经过敏化处理后，基材料带210表面中部的区域与金属材料的附着能力进一步增大，从而得到所需的活性区域201。

在对基材料带210表面的中部进行活化处理后，还可视情况对基材料带210进行清洗和烘干操作。

在另一个实施例中，上述步骤120包括：对基材料带210表面的多个条形区域进行粗化处理，条形区域位于基材料带210表面的中部，且沿基材料带210的宽度方向间隔设置。其中，在粗化处理后的条形区域涂覆敏化活化液以形成活性区域201，相邻条形区域之间的基材料带210未经粗化处理且未涂覆敏化活化液的区域形成留白区域202。

如此，基材料带210表面的活性区域201具有多个且沿基材料带210的宽度方向间隔设置。而留白区域202除了分布于基材料带210宽度方向两侧，相邻两个活性区域201之间也形成有留白区域202。

步骤S130，在活性区域201形成金属层220。

具体的，可以通过物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀、电镀等多种镀膜方式在基材料带210表面的活性区域201形成金属层220。

在本实施例中，上述步骤S130包括：对基材料带210进行化学镀，以形成附着于活性区域201的金属膜221，该步骤对应图3所示的场景(c)；对经过化学镀的基材料带210进行电镀，以在金属膜221的表面形成预设厚度的金属层220，该步骤对应图3所示的场景(d)。

需要指出的是，由于铝的化学性质比较活泼，容易在电镀过程中与氧气结合而快速氧化。因此，上述金属层220的形成方式一般只适用于负极集流体的制备，所制得的金属层220为铜层、铜合金层或含铜的多层复合结构。

进行化学镀时，可将基材料带210一次或多次浸入金属化学镀液中，金属化学镀液可以是镀铜液、镀镍液或镀铜镍合金液。化学镀后可以形成的金属膜221可以为镀镍层、镀铜层、铜镍合金层或它们的组合。金属膜221的厚度远小于金属层220的厚度，一般在20nm与400nm之间，金属膜221的方块电阻可以为200mΩ/方块～1000mΩ/方块。在化学镀之后及电镀之前，一般还需要对金属膜221进行清洗及烘干。此外，还可在必要时对金属膜221进行酸化处理。

电镀的作用是在金属膜221的表面继续沉积金属材料，从而在金属膜221的基础上逐渐加厚，直至得到所需厚度的金属层220。示例的，金属层200的厚度可以为700nm～2000nm。此时，金属层200的方块电阻为1mΩ/方块～180mΩ/方块，具有良好的导电性能。金属膜221与金属层220的材质一致时，最终得到的金属层220将与金属膜221融为一体。

化学镀能够顺利在非金属的基材料带210的表面形成较薄的金属膜221，从而对后续金属层220的成型提供基础。而且，相对于物理气相沉积，化学镀的环境较为温和，且对基材料带210表面的冲击较小。而对相较于化学镀，电镀工艺在金属层220成型时效率更高，且形成的金属层220更加致密，导电性也更佳。因此，上述方式能够结合化学镀及电镀两种工艺的优势。

进一步的，具体在本实施例中，采用电刷镀的方式对基材料带210进行电镀。由于电刷镀不需要镀槽，故设备简单、占地面积小、成本较低。而且，采用电刷镀时非镀膜区域，即留白区域202不需要覆盖保护材料，故能简化操作流程，从而提升制备效率。

需要指出的是，在其他实施例中，在进行化学镀之前，还可在活化区域201形成粘接层，该粘接层起过渡作用，与聚合物及金属材料之间均能够形成较强的结合力。示例的，粘接层可以包括聚氨酯系粘接剂。

如图4所示，由于金属层220只形成于活性区域201，即基材料带210的中部，留白区域202并不形成金属层220。因此，电镀时的边缘电流效应导致的穿孔或破损，将主要集中于基材料带210的中部与金属层220边缘对应的位置，而基材料带210的边缘将保持较好的完整性。基材料带210中部的缺陷相较于边缘的缺陷对基材料带210机械强度的影响较小，故基材料带210不易在走带过程中破损或断带。此外，由于边缘未受损的基材料带210能够承受更大的张力，故在保证不断带的前提下，基材料带210的走带速度能够得到提升，从而还能够进一步提升复合集流体200的制备效率。

步骤S140，切除金属层220沿宽度方向两侧的边缘部分或留白区域202，以制得复合集流体200。

由于留白区域202并不具备导电性能，故无法作为电极，需要在制备电极前进行切除。在进行切除操作时，可以仅将基材料带210对应留白区域202的部分切除，也可在切除留白区域202的同时切除部分金属层220。

如图4及图13所示，具体在本实施例中，切除留白区域202时，切边组件341沿图示虚线进行裁切，故所切除的宽度大于留白区域202的宽度，从而可将金属层220沿宽度方向两侧的边缘部分切除。如此，在对留白区域202进行切除的过程中，金属层220边缘位置的损伤可随之切除，从而能够得到质量更佳的复合集流体200，并能够显著提升复合集流体200的良品率。

在本实施例中，在上述步骤S130之后，还包括步骤：在金属层220的表面形成抗氧化层。抗氧化层可以是经过钝化处理后在金属层220上形成的钝化层，从而使得金属层220具备更好的抗氧化性能。具体的，可将复合集流体200进入学钝化池，并通过含铬或镍的溶液对金属层220进行表面钝化。

在本实施例中，以连续走带的方式对基材料带210进行放卷，并以连续走带的方式对制得的复合集流体200进行收卷。如此，上述方法便可以实现复合集流体200卷对卷的连续制备，有助于提升效率。

收卷后的复合集流体200可以卷料形式存储，在使用时直接放卷即可。显然，在其他实施例中，收卷的步骤可以省略，而制得的复合集流体200则直接进入涂布或切片等下一道工序，以进行锂电池电极的制备。

下面将结合几种具体的负极集流体的制备过程，对上述复合集流体制备方法进行说明：

1、1200mm宽幅的Cu/PET/Cu的负极集流体。

提供厚度为6μm，宽度为1750mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯，即PET料带，PET料带的走带速度约为40m/min；

先使用电晕处理的方式在PET料带的中间1300mm宽度范围内的区域进行粗化处理，电晕功率大致为360W至1200W；再通过喷墨打印的方式，在PET料带中间1300mm宽度范围内的粗化区域涂覆敏化活化液，敏化活化液为含有1g/L～2g/L的AgNO₃的水溶液。敏化活化液涂覆完毕后，再经过双面紫外线照射进行表面活化，便可使PET料带中间1300mm宽度范围内的区域成为活性区域201；

将表面活化后的PET料带浸入金属化学镀液中进行化学镀，化学镀温度一般控制在35℃～53℃之间，金属化学镀液为含有硫酸铜10g/L～15g/L、酒石酸钾钠18g/L～24g/L、EDTA(乙二胺四乙酸)8g/L～12g/L、亚铁氰化钾0.02g/L～0.03g/L、甲醛2.5g/L～3.5g/L、氢氧化钠6g/L～7g/L及碳酸钠3g/L～6g/L及少量其它添加剂的水溶液。经过一定时间后，在PET料带的活性区域201得到含铜的金属膜221；

对化学镀后的PET料带进行电刷镀铜，对金属膜221进行加厚，直至厚度达到700nm至2000nm。其中，刷镀铜的镀液为含有硫酸铜150g/L～250g/L、硫酸50g/L～70g/L和少量其它添加剂的水溶液。电刷镀铜时PET料带的走带速度30m/min～50m/min，故需要设置张力控制机构进行缓存及释放，以使各个工序的走带相匹配；

电刷镀完成后，先采用去离子水对得到的金属层220进行清洗，再浸入含有铬酸盐或重铬酸盐的水溶液中进行钝化，最后用去离子水再次进行清洗并烘干。接着，将PET料带宽度方向的两侧分别切除宽度275mm的材料，便可得到1200mm宽幅的负极集流体。

2、700mm宽幅的Cu/PET/Cu的负极集流体

提供厚度为4.5μm，宽度为1200mm的PET料带；

先采用乙醇在除油清洗池内对PET料带进行除油处理并干燥，再通过凹版涂布的方式将含有硫酸80g/L～120g/L、铬酐100g/L～250g/L且温度在40℃～50℃之间的粗化液涂覆在PET料带的中间800mm宽度范围内的区域进行化学粗化，并在粗化后用40℃～50℃的去离子水进行清洗并热风烘干；再通过凹版涂布的方式在粗化后的区域涂覆敏化活化液，敏化活化液为含有氯化钯0.5g/L～1.5g/L、氯化亚锡30g/L～40g/L、浓盐酸260g/L～320ml/L的钯胶体溶液。经过活化后，再经过含硫酸35g/L～55g/L的水溶液进行清洗，便可使PET料带中间800mm宽度范围内的区域成为活性区域201；

将表面活化后的PET料带浸入金属化学镀液中进行化学镀镍，化学镀镍的温度一般控制在75℃～90℃之间，金属镀液为含有硫酸镍23g/L～30g/L、次磷酸钠25g/L～35g/L、苹果酸15g/L～23g/L、醋酸钠12g/L～24g/L和少量其它添加剂的pH为4.8～5.6的水溶液。进行化学镀镍时，PET料带的走带速度约为35m/min。化学镀镍后，将在活化区域201得到含镍的金属膜221；

PET料带在经过含硫酸35g/L～55g/L的水溶液清洗后，再次浸入金属化学镀液中进行化学镀铜，化学镀铜的温度一般控制在65℃～73℃之间，金属镀液为含有硫酸铜10g/L～15g/L，EDTA二钠盐38g/L～47g/L、甲醛3.5g/L～4.5ml/L、氢氧化钠2.6g/L～3.7g/L的pH为11.5～12.5的水溶液。进行化学镀铜时，PET料带的走带速度在30m/min～50m/min之间。化学镀铜后将在原含镍金属膜的表面再形成一层含铜金属膜；

在将PET料带经过含硫酸35g/L～55g/L的水溶液进行清洗后，按照前述相同的方式进行电刷镀及钝化，便可在活性区域201形成预设厚度的金属层220。接着，将PET料带宽度方向的两侧分别切除宽度250mm的材料，便可得到700mm宽幅的负极集流体。

3、1100mm宽幅的Cu/PP/Cu的负极集流体

提供厚度为8μm，宽度为1600mm的聚丙烯，即PP料带，PP料带的走带速度约为43m/min；

采用飞秒激光刻蚀处理的方式在PP料带的中间1200mm宽度范围内的区域进行表面粗化，再通过喷墨打印的方式在PP料带中间1200mm宽度范围内的粗化区域涂覆敏化活化液，敏化活化液为含有的硫酸铜20g/L～30g/L、明胶8g/L～12g/L、硼氢化钠6g/L～9g/L、正丁醇15g/L～25ml/L的铜胶体溶液。活化后再经过含有浓硫酸35g/L～55g/L的水溶液进行清洗，便可使PP料带中间1200mm宽度范围内的区域成为活性区域201；

采用与制备上述第1种负极集流体相同的方式进行化学镀、电刷镀及钝化，便可在活性区域201形成预设厚度的金属层220。接着，将PP料带宽度方向的两侧分别切除宽度250mm的材料，便可得到1100mm宽幅的负极集流体。

经过实际检测，上述三种负极集流体的产品及加工参数如下：

通过上表可知，采用上述复合集流体制备方法所制备的三种负极集流体的方块电阻率均满足锂电池需求，且直通率达到95％～98％、良品率达到97％以上、制备速度可达到30m/min～50m/min。可见，上述复合集流体制备方法具有高良品率、高效率的优势。

如前所述，由于铝的化学性质特殊，故化学镀与电镀相结合的镀膜方式不适用于形成含铝的金属层220，即不适用于正极集流体的制备。

为了解决这一问题，在另一个实施例中，上述步骤S130步骤包括：对基材料带210进行化学镀，以在活性区域201形成预设厚度的金属层220。与上一个实施例相比，省略了电镀的流程，故化学镀的时间需适当延长。而且，化学镀所使用的金属化学镀液的类型也存在区别。

具体的，金属化学镀液可以是熔融盐镀铝溶液等。经过较长时间的化学镀后，便可直接在活性区域201形成预设厚度的铝层、铝合金层或含铝的多层复合结构。下面将结合一种具体的正极集流体的制备过程，对上述复合集流体制备方法进行说明：

提供厚度为6μm，宽度为1750mm的PET料带，PET料带的走带速度约为40m/min；

先使用电晕处理的方式在PET料带的中间1300mm宽度范围内的区域进行粗化处理，电晕功率360W～1200W；再通过喷墨打印的方式在中间1300mm宽度范围内的粗化区域涂覆敏化活化液，敏化活化液为含有1g/L～2g/L的AgNO₃的水溶液。敏化活化液涂覆完毕后，再经过双面紫外线照射进行表面活化，便可使PET料带中间1300mm宽度范围内的区域成为活性区域201；

将表面活化后的PET料带浸入金属化学镀溶液中进行化学镀铝，化学镀的温度一般控制在15℃～45℃之间，金属化学镀溶液为AlCl3-EMIC，化学镀时PET料带的走带速度同样约为40m/min。经过一定时间后，便可在PET料带的活性区域201得到预设厚度的含铝的金属层220；

将PET料带宽度方向的两侧分别切除宽度275mm的材料，便可得到1200mm宽幅的Al/PET/Al的正极集流体。

上述复合集流体制备方法，通过选择性预处理在基材料带210表面的中部形成活性区域201，并在基材料带210沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域202，留白区域202为未经过处理的区域，故基材料带210两侧的边缘不会被损伤。而且，在形成金属层220的过程中，也只是针对活性区域201进行操作，留白区域202并不形成金属层220。而在形成金属层220时对基材料带210所造成的穿孔等损伤，往往出现在金属层220的边缘位置。可见，制备过程中能够尽量减少对基材料带210边缘的损伤，从而保持基材料带210较高的机械强度。而且，金属层220边缘位置的损伤可后续切除。因此，上述复合集流体制备方法能够显著提升良品率。

与传统的金属箔材集流体相比，采用上述方法制备得到的复合集流体200还具有以下优点：采用聚合物材质的基材料带210作为支撑，减少了金属的使用，可减重40％～70％，提升了电池能量密度，在金属价格高涨的形势下有降成本潜力；并且，还可以提升复合集流体200的柔韧性和加工性能。最后，在异常工况下，如内短路、物理穿刺等情况下，复合集流体200可发生断路、从而提升电池的安全性能。

本发明还提供一种复合集流体制备装置，该复合集流体制备装置能够执行上述复合集流体制备方法，从而制得如图1所示的复合集流体200。

请一并参阅图5，本发明一个实施例中的复合集流体制备装置300包括放卷机构310、预处理机构320、镀膜机构330切边机构340。

放卷机构310用于提供基材料带210；预处理机构320用于在基材料带210表面的中部形成活性区域201，并在基材料带210表面宽度方向的两侧边缘形成留白区域202，活性区域201及留白区域202呈条形并沿基材料带210的长度方向延伸；镀膜机构330用于在活性区域201形成金属层220；切边机构340用于切除金属层220沿宽度方向两侧的边缘部分或留白区域202，以制得复合集流体200。

需要指出的是，放卷机构310、预处理机构320、镀膜机构330及切边机构340的功能分别与上述复合集流体制备方法的步骤S110～S140具体流程相对应，故在此将不再赘述。

在本实施例中，复合集流体制备装置300还包括收卷机构350。其中，放卷机构310能够连续放卷基材料带210；而收卷机构350能够连续收卷复合集流体200。预处理机构320及镀膜机构330设置于放卷机构310与收卷机构350之间。可见，复合集流体制备装置300能够实现复合集流体200卷对卷的连续生产，从而有助于提升效率。

而且，由于预处理机构320和镀膜机构330只对基材料带210的中部进行处理，而在基材料带210两侧的边缘位置保留有留白区域202，故能够保持基材料带210较高的机械强度，从而使得基材料带210在卷绕过程中能够承受更大的张力，不易断带，显著提升良品率。

请一并参阅图6，具体在本实施例中，放卷机构310包括放卷辊311、第一接带装置312、第一纠偏装置313及第一张力调节装置314。

基材料带210可以料卷的形式存储于放卷辊311并由放卷轴311放卷，第一接带装置312能够保证基材料带210放卷的连续性。第一张力调节装置314一般由多个过辊构成，多个过辊之间的相对距离可调。在各个工序的走带速度出现波动时，多个过辊通过相互靠近或远离，能够实现对基材料带210的缓存或释放，从而维持基材料带210张力的稳定。此外，为了改变基材料带210的走带方向，放卷机构310一般还包括多个导向辊(图未标)。

收卷机构350的结构与放卷机构310的结构大致相同，仅走带方向存在区别，故在此不再赘述。此外，收卷机构350中还可设置切边组件341及边料收集组件342(见图4)。切边组件314能够将基材料带210中的留白区域202从复合集流体200上切除，边料收集组件342将切除得到的废料进行收集。切除留白区域202时，所切除的宽度大于留白区域202的宽度，从而可将金属层220边缘存在缺陷的部分一起切除，进而得到质量更佳的复合集流体200。

在本实施例中，预处理机构320包括粗化处理机构321及活化处理机构322。其中，粗化处理机构321用于对基材料带210表面的中部进行粗化处理，以形成微结构；活化处理机构322用于在基材料带210表面粗化处理后的区域涂覆敏化活化液，以形成活性区域201。

粗化处理机构321可采用物理粗化或化学粗化的方式对基材料带210表面进行粗化。譬如，请参阅图7，在一个实施例中，粗化处理机构321包括物理粗化组件3211以及位于物料粗化组件3211上游端及下游端的导辊3212。

物理粗化组件3211一般设置有相对设置的两个，用于同时对基材料带210的两面进行粗化。物理粗化组件3211可以是激光发射器、紫外线发射器、等离子发射器及电晕组件等。放卷机构310放卷的基材料带210能够经过上游端的导辊3212的导向后进入物理粗化组件3211的工作范围，以对基材料带210表面的中部进行粗化，粗化完成后由下游端的导辊3212将基材料带210导出。

请一并参阅图8，在另一个实施例中，粗化处理机构321包括除油池3213、至少两个化学粗化涂布装置3214、第一烘干加热装置3215、第二张力调节装置3216及第一清洗池3217。

化学粗化涂布装置3214可以采用凹版涂布、喷墨打印、挤压涂布、喷涂等方式进行化学粗化液的涂布，化学粗化液可采用含有双氧水、硫酸、铬酸、高锰酸钾中的一种或多种水溶液。第一烘干加热装置3215加热方式可以是热风加热、红外加热、激光加热或它们的组合。

此外，为了实现顺利走带，粗化处理机构321一般还设置有多个导向辊(图未标)，以改变基材料带210的走带方向。而且，为了防止基材料带210将清洗剂带出，每个除油池3213及第一清洗池3217的输出端还设置有截液辊(图未标)，第一清洗池3217中的清洗剂可以为去离子水。

请一并参阅图9，具体在本实施例中，活化处理机构322包括至少两个活化液涂布装置3221、激活和烘干加热装置3222、第三张力调节装置3223、第二清洗池3224。

活化液涂布装置3221可以采用凹版涂布、喷墨打印、挤压涂布、喷涂等方式涂覆活化敏化液，敏化活化液可以是包含有铜、锡、银、铂、钯、锰中的一种或多种离子或胶体的水溶液。激活和烘干加热装置3222进行激活方式可以是加热、紫外线照射，而加热方式可以是热风加热、红外加热、激光加热或它们的组合。此外，活化处理机构322也一般设置有多个导向辊(图未标)，以改变基材料带210的走带方向。而且，每个第二清洗池3224的输出端也设置有截液辊(图未标)，第二清洗池3224中的清洗剂可以为去离子水。

请再次参阅图5，在本实施例中镀膜机构330包括化学镀机构331及电镀机构332。其中，化学镀机构331用于对基材料带210进行化学镀，以形成附着活性区域201的金属膜221；电镀机构332用于对经过化学镀的基材料带210进行电镀，以在金属膜221的表面形成预设厚度的金属层220。

需要指出的是，由于铝的化学性质比较活泼，容易在电镀过程中与氧气结合而快速氧化。因此，上述镀膜机构330一般只适用于负极集流体的制备，所制得的金属层220为铜层、铜合金层或含铜的多层复合结构。

请一并参阅图10，具体在本实施例中，化学镀机构331包括化学镀液池3311、设置于化学镀液池3311内的搅拌装置3312及控温装置3313、第四张力调节装置3314、第三清洗池3315、烘干装置3316及在线测厚装置3317。

搅拌装置3312可以是桨式搅拌、超声搅拌或气流搅拌，在线测厚装置3317采用非接触式测厚，可以是激光测厚、X-ray测厚、β-ray测厚、涡电流或电阻值测厚。此外，为了实现顺利走带，化学镀机构331一般还设置有多个导向辊(图未标)，以改变基材料带210的走带方向。而且，为了防止基材料带210将液体带出，每个化学镀液池3311及第三清洗池3315的输出端还设置有截液辊(图未标)，第三清洗池3315中的清洗剂可以为去离子水。

本实施例中的电镀机构332采用的是电刷镀设备。请一并参阅图11，具体在本实施例中，电镀机构332包括阴极辊装置3321、阳极刷装置3322、电源控制装置3323、镀液供液和回收装置3324及第四清洗池3325、第二烘干装置3326及第二在线测厚装置3327。

阴极辊装置3321、阳极刷装置3322均为两个，用于分别对基材料带210的正反两面进行镀膜。阴极辊装置3321、阳极刷装置3322、电源控制装置3323通过电路进行连接控制。阴极辊装置3321包括不导电的阴极背辊及导电阴极辊；阳极刷装置3322的形状与阴极辊装置3321形状相匹配，包括阳极背辊及阳极包套。其中，阳极包套可以由多孔织物制成。镀液供液和回收装置3324包括镀液存储罐、搅拌组件、温控组件、镀液回收池、过滤装置、供液泵及喷嘴。第二烘干装置3326及第二在线测厚装置3327分别与上述烘干装置3316及在线测厚装置3317的结构及功能相同。

此外，为了实现顺利走带，电镀机构332一般还设置有多个导向辊(图未标)，以改变基材料带210的走带方向。而且，为了防止基材料带210将液体带出，每个第四清洗池3325的输出端还设置有截液辊(图未标)，第四清洗池3325中的清洗剂可以为去离子水。

化学镀机构331及电镀机构332均可以是现有技术中常用的化学镀设备及电镀设备，故在此不再对化学镀机构331及电镀机构332的具体结构及工作过程进行赘述。

化学镀能够顺利在非金属的基材料带210的表面形成较薄的金属膜221，从而对后续金属层220的成型提供基础。而且，相对于物理气相沉积，化学镀的环境较为温和，且对基材料带210表面的冲击较小。而对相较于化学镀，电镀工艺在金属层220成型时效率更高，且形成的金属层220更加致密，导电性也更佳。因此，镀膜机构330能够结合化学镀及电镀两种工艺的优势。

此外，相较于真空物理气相沉积设备，化学镀机构331与电镀机构332的成膜条件差异较小，从而方便连线成为整线的卷对卷生产线。基材料带210的料带可直接由化学镀机构331的输出端进入电镀机构332，期间可避免过长时间的缓存，从而有效地避免了空气中的水氧在基材料带210表面形成氧化薄膜，保证了最终产品的质量。

如前所述，由于铝的化学性质特殊，故化学镀与电镀相结合的镀膜机构330不适用于形成含铝的金属层220，即不适用于正极集流体的制备。

为了解决这一问题，请参阅图12，本发明另一个实施例中的镀膜机构330能够对基材料带210进行化学镀，以在活性区域201形成预设厚度的金属层220。

与上一个实施例相比，镀膜机构330省略了电镀的流程，故适用于正极集流体的制备。镀膜机构330可直接采用现有技术中常用的化学镀设备，且在化学镀工艺所使用的金属化学镀液的类型相较于上一个实施例也存在区别。具体的，金属化学镀液可以是熔融盐镀铝溶液等。经过较长时间的化学镀后，镀膜机构330便可直接在活性区域201形成预设厚度的铝层、铝合金层或含铝的多层复合结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种复合集流体制备方法，其特征在于，包括步骤：

提供基材料带；

在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域，所述活性区域及所述留白区域均呈条形并沿所述基材料带的长度方向延伸；

在所述活性区域形成金属层；

切除所述金属层沿宽度方向两侧的边缘部分或所述留白区域，以制得复合集流体。

2.根据权利要求1所述的复合集流体制备方法，其特征在于，在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域的步骤包括：

对所述基材料带表面的中部进行粗化处理；

在粗化处理后的区域涂覆敏化活化液，以形成所述活性区域；

其中，所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘未经粗化处理且未涂覆敏化活化液的区域形成所述留白区域。

3.根据权利要求2所述的复合集流体制备方法，其特征在于，对所述基材料带表面的中部进行粗化处理的步骤包括：对所述基材料带表面的多个条形区域进行粗化处理，所述条形区域位于所述基材料带表面的中部，且沿所述基材料带的宽度方向间隔设置；

其中，在粗化处理后的所述条形区域涂覆敏化活化液以形成所述活性区域，相邻所述条形区域之间未经粗化处理且未涂覆敏化活化液的区域形成所述留白区域。

4.根据权利要求1至3任一项所述的复合集流体制备方法，其特征在于，所述复合集流体包括负极复合集流体，在所述活性区域形成金属层的步骤包括：

对所述基材料带进行化学镀，以形成附着于所述活性区域的金属膜；

对经过化学镀的所述基材料带进行电镀，以在所述金属膜的表面形成预设厚度的所述金属层。

5.根据权利要求4所述的复合集流体制备方法，其特征在于，采用电刷镀的方式对所述基材料带进行电镀。

6.根据权利要求1至3任一项所述的复合集流体制备方法，其特征在于，所述复合集流体包括正极复合集流体，在所述活性区域形成金属层的步骤包括：对所述基材料带进行化学镀，以在所述活性区域形成预设厚度的所述金属层。

7.根据权利要求1所述的复合集流体制备方法，其特征在于，在所述活性区域形成金属层的步骤之后，还包括步骤：在所述金属层的背离所述基材料带的表面形成抗氧化层。

8.根据权利要求1所述的复合集流体制备方法，其特征在于，以连续走带的方式对所述基材料带进行放卷；以连续走带的方式对制得的所述复合集流体进行收卷。

9.一种复合集流体制备装置，其特征在于，包括：

放卷机构，用于提供基材料带；

预处理机构，用于在所述基材料带表面的中部形成活性区域，并在所述基材料带沿宽度方向的两侧边缘形成留白区域，所述活性区域及所述留白区域均呈条形并沿所述基材料带的长度方向延伸；

镀膜机构，用于在所述活性区域形成金属层；

切边机构，用于切除所述金属层沿宽度方向两侧的边缘部分或所述留白区域，以制得复合集流体。

10.根据权利要求9所述的复合集流体制备装置，其特征在于，所述放卷机构能够连续放卷所述基材料带，所述复合集流体制备装置还包括及收卷机构，所述收卷机构能够连续收卷所述复合集流体。

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