CN115579479A - 一种用作集流体的复合导电膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池用集流体技术领域，公开了一种用作集流体的复合导电膜及其制备方法和应用，用作集流体的复合导电膜，包括基膜层和导电层，所述基膜层由高分子聚合物制成，所述导电层由高分子聚合物中掺入导电物质和改性剂制成，所述导电层在熔融状态下复合在基膜层的两侧。本发明的有益效果在于：在基膜上下侧复合导电层以代替传统技术中的金属层，导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，两者在熔融状态下复合具有好的结合牢度，避免因结合牢度不足而出现的分离和脱落现象及在电子传输过程中由于电流不均导致的击穿现象；且在出现锂枝晶和短路现象时，导电层和基膜层会立即发生熔断，避免因短路而产生的火灾现象，有效地确保了电池的安全性。

Description

一种用作集流体的复合导电膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及锂电池用集流体技术领域，尤其涉及一种用作集流体的复合导电膜及其制备方法和应用。

背景技术

集流体是锂离子电池中不可或缺的组成部件之一，它有利于降低锂离子电池的内阻，提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。集流体的作用主要是将活性物质产生的电流汇集输出、将电极电流输入给活性物质。这就要求集流体的纯度较高，并且电导率较好、化学与电化学稳定性好、机械强度高、能够与电极活性物质结合牢固。

随着新能源锂电技术的发展，传统负极集流体（纯铜箔）加工厚度即将到达极限，难以满足锂电技术的进一步发展。近几年来，复合铜箔受到大量集流体生产厂家的关注，目前复合铜箔是以PET或PP为基材，在厚度为4~6 μm的塑料薄膜表面先采用真空沉积（磁控溅射）的方式，制作一层20~80 nm的金属膜层，将薄膜金属化；然后采用水介质电镀（水电镀）的方式，将铜层加厚到1~5 μm，复合铜箔整体厚度在5~8 μm之间，来代替传统铜箔。复合铜箔能节省约2/3的铜，显著降低材料成本，实现量产后进一步扩大电芯的降本空间。

传统的复合铜箔集流体也存在着不足：在基膜上加工制备复合集流体时通常采用两步法，即磁控溅射＋水电镀，但设备成本高且磁控溅射时的高温会熔穿基膜。针对该问题，公布号为CN111129505A的中国发明专利文献公开了一种使用轻量化的集流体的锂电池，该技术在制备集流体时，先对基膜进行导电改性处理，再以镀膜方式实现金属铜层的复合。但上述方法在电镀工艺中，酸溶液处理会对基膜有一定的损伤，导致产品的力学性能不足；金属层与基膜复合的过程中，在高电压的作用下，金属层厚薄不均产生的电导率差异会导致局部电压过高，出现电流击穿的现象，产生明显的缺陷，使用过程中可能会出现短路；且由于基膜也具有良好的导电性，在出现短路现象时，若基膜熔断的微孔较小则无法完全隔绝电流而形成断路，会出现因短路而导致锂电池发生燃烧进而引发火灾，难以保障电池使用的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种用作集流体的复合导电膜，以解决现有技术中集流体的力学性能不足、易发生短路及安全性差的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

本发明第一方面提出一种用作集流体的复合导电膜，包括基膜层和导电层，所述基膜层由高分子聚合物制成，所述导电层由高分子聚合物中掺入导电物质和改性剂制成，所述导电层在熔融状态下复合在基膜层的两侧。

有益效果：本发明在基膜上下侧复合导电层代替传统技术中的金属层，且导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，两者在熔融状态进行复合，使基膜层与导电层之间具有好的结合牢度，避免基膜层与导电层间由于结合牢度不足而出现的分离和脱落现象；同时复合导电膜还具有良好的电导率，能明显降低集流体的质量，从而提升能量密度。

另外，由于导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，熔融状态下复合的导电层厚薄一致、均匀性好，避免在电子传输过程中由于电流不均导致的击穿现象，降低了使用过程中发生短路情况的可能性；即使出现锂枝晶和短路现象，导电层和基膜层会立即发生熔断，以此隔绝电流并形成断路，避免因短路而产生的火灾现象，有效地确保了电池的安全性。

优选的，所述复合导电膜的厚度为6~8 μm，其中单侧导电层的厚度为1~1.5 μm。

本发明第二方面提出一种上述用作集流体的复合导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将高分子聚合物、导电物质、改性剂混合均匀，得到的混合物料为导电层的原料，放置6~12 h后备用；

（2）熔融、螺杆挤出：将用于制备基膜层的高分子聚合物和上述混合后导电层原料分别进行熔融和挤出，再经过多层共挤出技术在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.1~1 mm的片材；

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成复合导电膜。

有益效果：本发明工艺具有制备工序短、设备投入低、生产效率高、对基膜和导电层无损伤、复合膜厚度可控性强、树脂原料选择性广等优点。

优选的，所述步骤S1的（1）、（2）中高分子聚合物选自PP、PET、PBT、PPS、PA、PS、PLA、PC中的至少一种；且步骤S1的（1）中高分子聚合物干燥至含水量≤0.04%后，再与导电物质、改性剂混合。

优选的，所述步骤S1的（1）中导电物质包括导电聚合物、导电无机粒子中的至少一种；当所述导电物质为导电聚合物时，所述改性剂为交联剂；当所述导电物质为导电无机粒子时，所述改性剂为表面活性剂和偶联剂。

有益效果：本发明的导电物质选择为导电聚合物或导电无机粒子，在短路状态下，高温时导电层会随着基材一起发生熔断，以此隔绝电流并形成断路，避免现有技术短路时金属层相互交联无法完全熔断导致火灾的情况，有效地提升了电池的安全性；尤其是选择导电聚合物作为导电物质时，高温时导电层几乎会随着基膜一起完全熔断，因此无电流通过，使电池具有更高的安全性。

优选的，当所述导电物质为导电聚合物时，导电聚合物的含量为10~40wt%、交联剂的含量为0.5~5wt%；当所述导电物质为导电无机粒子时，导电无机粒子的含量为5~10wt%、表面活性剂的含量为0.5~5wt%、偶联剂的含量为0.1~1wt%。

优选的，所述导电聚合物为聚乙炔、聚吡咯、聚对苯撑乙烯、聚对苯撑、聚苯胺、聚噻吩中的至少一种；所述交联剂为多异氰酸酯、多元胺类、多元醇类或丙烯酸酯类中的至少一种。

优选的，所述导电无机粒子为石墨烯、石墨、碳纳米管、铜粉、铝粉中的至少一种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、油酰氯多缩氨基酸钠雷米邦A、肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的至少一种；所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

优选的，所述步骤S1的（2）中基膜层原料与导电层原料的挤出温度均在285~295℃，所述步骤（3）中流延温度为300~310℃，铸片辊的温度为20~22℃。

优选的，所述步骤S2中双向拉伸方式为异步双向或同步双向拉伸，纵向拉伸温度为100~110℃、横向拉伸温度为120~130℃、热定型温度为230~240℃，纵向拉伸倍率为1~10、横向拉伸倍率为5~15。

本发明第三方面提出一种采用上述用作集流体的复合导电膜组装的锂电池。

本发明的优点在于：

1.本发明在基膜上下侧复合导电层以代替传统技术中的金属层，且导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，两者在熔融状态进行复合，使基膜层与导电层之间具有好的结合牢度，避免了基膜层与导电层间由于结合牢度不足而出现的分离和脱落现象；同时复合导电膜还具有良好的电导率，能明显降低集流体的质量，从而提升能量密度。

2.本发明中导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，熔融状态下复合的导电层厚薄一致、均匀性好，避免在电子传输过程中由于电流不均导致的击穿现象，降低了使用过程中发生短路情况的可能性；即使出现锂枝晶和短路现象，导电层和基膜层会立即发生熔断，避免因短路而产生的火灾现象，有效地确保了电池的安全性。

3.本发明工艺具有制备工序短、设备投入低、生产效率高、对基膜和导电层无损伤、复合膜厚度可控性强、树脂原料选择性广等优点。

4.本发明的导电物质选择为导电聚合物或导电无机粒子，在短路状态下，高温时导电层会随着基材一起发生熔断，以此隔绝电流并形成断路，避免现有技术短路时金属层相互交联无法完全熔断导致火灾的情况，有效地提升了电池的安全性；尤其是选择导电聚合物作为导电物质时，高温时导电层几乎会随着基膜一起完全熔断，因此无电流通过，使电池具有更高的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中制备复合导电膜的工艺流程图。

图2为本发明实施例中的复合导电膜的整体结构示意图。

附图标记说明：1、基膜层；2、导电层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

本实施例第一方面提供一种用作集流体的复合导电膜的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

取89.5 kg干燥后的PET树脂原料与10 kg聚苯胺、0.5 kg三羟甲基丙烷通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为导电层2的原料，放置12 h备用。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到聚合物熔体；取上述混合物料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到复合熔体；并通过多层共挤出模头将复合熔体和聚合物熔体在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；其中：中间层为PET基膜层1，上下两层均为PET/聚苯胺导电层2，螺杆挤出温度为285℃。

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.6mm、幅宽为800 mm的多层复合片材；其中：多层流延模头温度为300℃，铸片辊温度为21℃，单侧导电层2的厚度为0.1 mm。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成导电复合膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的用作集流体的复合导电膜，如图2所示，复合导电膜厚度为6 μm、纵向断裂强度为743 MPa、横向断裂强度为711 MPa、纵向断裂伸长率为235%、横向断裂伸长率为267%、电导率为3.5×10¹³ S/m，单侧导电层的厚度为1.0 μm。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

实施例2

本实施例第一方面提供一种用作集流体的复合导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

取69.5 kg干燥后的PET树脂原料与30 kg聚苯胺、0.5 kg三羟甲基丙烷通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为导电层2的原料，放置12 h备用。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到聚合物熔体；取上述混合物料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到复合熔体；并通过多层共挤出模头将复合熔体和聚合物熔体在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；其中：中间层为PET基膜层1，上下两层均为PET/聚苯胺导电层2，螺杆挤出温度为285℃。

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.8mm、幅宽为800 mm的多层复合片材；其中：多层流延模头温度为300℃，铸片辊温度为21℃，单侧导电层2的厚度为0.2 mm。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成导电复合膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的用作集流体的复合导电膜，导电复合膜厚度为6 μm、纵向断裂强度为766 MPa、横向断裂强度为732 MPa、纵向断裂伸长率为257%、横向断裂伸长率为286%、电导率为6.2×10¹³ S/m，单侧导电层的厚度为1.5 μm。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

实施例3

本实施例第一方面提供一种用作集流体的复合导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

取94 kg干燥后的PET树脂原料与5 kg石墨烯、0.5 kg十二烷基苯磺酸钠、0.5 kg的γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为导电层2的原料，放置12 h备用。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到聚合物熔体；取上述混合物料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到复合熔体；并通过多层共挤出模头将复合熔体和聚合物熔体在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；其中：中间层为PET基膜层1，上下两层均为PET/石墨烯导电层2，螺杆挤出温度为295℃。

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.6mm、幅宽为800 mm的多层复合片材；其中：多层流延模头温度为310℃，铸片辊温度为21℃，单侧导电层2的厚度为0.1 mm。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成导电复合膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的用作集流体的复合导电膜，导电复合膜厚度为6 μm、纵向断裂强度为709 MPa、横向断裂强度为670 MPa、纵向断裂伸长率为195%、横向断裂伸长率为219%、电导率为1.2×10¹³ S/m，单侧导电层的厚度为1.0 μm。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

实施例4

本实施例第一方面提供一种用作集流体的复合导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

取59.5 kg干燥后的PET树脂原料与40 kg聚苯胺、0.5 kg三羟甲基丙烷通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为导电层2的原料，放置12h备用。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到聚合物熔体；取上述混合物料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到复合熔体；并通过多层共挤出模头将复合熔体和聚合物熔体在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；其中：中间层为PET基膜层1，上下两层均为PET/聚苯胺导电层2，螺杆挤出温度为285℃。

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为1.0mm、幅宽为800 mm多层复合片材；其中：多层流延模头温度为300℃，铸片辊温度为21℃，单侧导电层2的厚度为0.2 mm。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成导电复合膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的用作集流体的复合导电膜，导电复合膜厚度为6 μm、纵向断裂强度为835 MPa、横向断裂强度为809 MPa、纵向断裂伸长率为295%、横向断裂伸长率为312%、电导率为5.7×10¹⁴ S/m，单侧导电层的厚度为1.5 μm。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

实施例5

本实施例第一方面提供一种用作集流体的复合导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

取89.5 kg干燥后的PET树脂原料与10 kg聚苯胺、0.5 kg三羟甲基丙烷通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为上层导电层2的原料，放置12 h备用。

取89 kg干燥后的PET树脂原料与10 kg石墨烯、0.5 kg十二烷基苯磺酸钠、0.5 kg的γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）通过V型混料机进行均匀性混合，得到的混合物料为下层导电层2的原料，放置12 h备用。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到聚合物熔体；取上述混合物料经螺杆挤出机进行熔融和挤出，得到复合熔体；并通过多层共挤出模头将复合熔体和聚合物熔体在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体，其中：中间层为PET基膜层1，上层为PET/聚苯胺导电层2，下层为PET/石墨烯导电层2，螺杆挤出温度为295℃。

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.8mm、幅宽为800 mm的多层复合片材，其中：多层流延模头温度为310℃，铸片辊温度为21℃，单侧导电层2的厚度为0.1 mm。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成导电复合膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的用作集流体的复合导电膜，导电复合膜厚度为6 μm、纵向断裂强度为722 MPa、横向断裂强度为698 MPa、纵向断裂伸长率为225%、横向断裂伸长率为258%、电导率为3.2×10¹³S/m，单侧导电层的厚度为1.0 μm。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

对比例1

现有技术常采用在高分子聚合物基膜上，通过磁控溅射＋水电镀的方式镀金属层，得到复合集流体。本对比例第一方面提供一种基膜上镀金属层制备复合集流体的方法，包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）备料：将PET树脂在烘箱中干燥，除去树脂原料中的水分，直至含水量≤0.04%。

（2）熔融、螺杆挤出：取干燥后的PET树脂原料在螺杆挤出机进行熔融和挤出，形成初步的单层PET聚合物熔体，其中：螺杆挤出温度为285℃。

（3）流延和铸片：流延出的单层PET聚合物熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.6 mm、幅宽为800 mm的片材，其中：多层流延模头温度为300℃，铸片辊温度为21℃。

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成PET基膜；其中：双向拉伸方式为异步双向拉伸，纵拉温度为110℃、横拉温度为130℃、热定型温度为240℃，纵向拉伸倍率为5、横向拉伸倍率为7。

得到PET基膜的厚度为4 μm、纵向断裂强度为208 MPa、横向断裂强度为231 MPa、纵向断裂伸长率为103%、横向断裂伸长率为87%、电导率为1.1×10^-14 S/m。

S3、复合金属膜：先采用磁控溅射工艺在PET基膜表面制作金属铜层，两侧金属铜层的厚度均为50 nm，使PET基膜金属化；再采用水电镀工艺对金属化后的基膜进行电镀，将两侧金属铜层的厚度均加厚到1 μm，其中：水电镀选用0.5 mol/L的硫酸铜溶液，电流密度为7 ASD。

本实施例第二方面提供一种上述制备方法制备的基膜镀金属层的复合集流体，集流体的厚度为6μm、纵向断裂强度为257MPa、横向断裂强度为281MPa、纵向断裂伸长率为91%、横向断裂伸长率为84%、电导率为5.8×10¹³S/m。

本实施例第三方面提供一种采用上述复合导电膜组装的锂电池，将上述制备的复合导电膜经正负极匀浆、涂布、碾压、分切、烘烤、卷绕、入壳、电焊、注液、焊盖帽、化成等工序制成磷酸铁锂体系的锂电池。

试验例1

选用实施例1、实施例3、实施例5和对比例1组装的锂电池进行放电安全性能测试，测试方法如下：

将集流体安装在电芯上并组装成电池组进行安全性能测试，其中电池组容量为135 Ah，额定电压569.6 V，充电截止电压667.5 V，放电截止电压356 V，标准放电电流32A，最大持续放电电流135 A，峰值放电电流663 A，放电温度-30~60℃。设置如下电池工作场景：

测试1：首先将安培表、电池组和用电器（电动机）进行串联，观察此时安培表的示数。

测试2：将安培表和电池组进行串联，造成电池的短路，在短路状态下保持电池工作5 min，记录过程中开始时电流的最大值和5 min后电流的最小值，具体数值的大小通过安培表的示数来体现，同时记录降低为电流最小值所用的时间。

测试结果如下表1所示。

表1 电池放电的安全性能测试结果

对比实施例1、实施例3、实施例5和对比例1，在5 min的短路处理过程中，实施例3体系中的电流205 s后降低为0，实施例5体系中的电流157 s后降低为0，实施例1体系中的电流2 s后降低为0，而对比例1体系中的电流300 s后降低为6.3 A，说明在短路状态下实施例1、实施例3和实施例5体系中的复合集流体均会发生完全熔断，从而造成电池组的断路；其中：实施例1体系下的电池组能够瞬间（2s）对异常短路现象做出反应，使电池组处于断路状态，从而阻止了电池组的持续燃烧，安全性能显著提升，避免了火灾的发生。

本发明的实施原理为：本发明在基膜上下侧复合导电层以代替传统技术中的金属层，且导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，两者在熔融状态进行复合，使基膜层与导电层之间具有好的结合牢度，避免了基膜层与导电层间由于结合牢度不足而出现的分离和脱落现象；同时复合导电膜还具有良好的电导率，能明显降低集流体的质量，从而提升能量密度。

本发明中导电层和基膜层的主体均为高分子聚合物，熔融状态下复合的导电层厚薄一致、均匀性好，避免在电子传输过程中由于电流不均导致的击穿现象，降低了使用过程中发生短路情况的可能性；即使出现锂枝晶和短路现象，导电层和基膜层会立即发生熔断，避免因短路而产生的火灾现象，有效地确保了电池的安全性。

本发明工艺具有制备工序短、设备投入低、生产效率高、对基膜和导电层无损伤、复合膜厚度可控性强、树脂原料选择性广等优点。

本发明的导电物质选择为导电聚合物或导电无机粒子，在短路状态下，高温时导电层会随着基材一起发生熔断，以此隔绝电流并形成断路，避免现有技术短路时金属层相互交联无法完全熔断导致火灾的情况，有效地提升了电池的安全性。尤其是选择导电聚合物作为导电物质时，高温时导电层几乎会随着基膜一起完全熔断，因此无电流通过，使电池具有更高的安全性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用作集流体的复合导电膜，其特征在于：所述复合导电膜包括基膜层和导电层，所述基膜层由高分子聚合物制成，所述导电层由高分子聚合物中掺入导电物质和改性剂制成，所述导电层在熔融状态下复合在基膜层的两侧。

2.一种权利要求1所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、流延成型

（1）混料：将高分子聚合物、导电物质、改性剂混合均匀，得到的混合物料为导电层的原料，放置6~12 h后备用；

（2）熔融、螺杆挤出：将用于制备基膜层的高分子聚合物和上述混合后导电层原料分别进行熔融和挤出，再经过多层共挤出技术在熔融状态下进行叠层，形成初步的多层复合熔体；

（3）流延和铸片：流延出的多层复合熔体经铸片辊进行冷却成型，形成厚度为0.1~1 mm的片材；

S2、双向拉伸：将步骤S1得到的片材通过双向拉伸工艺形成复合导电膜。

3.根据权利要求2所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的（1）、（2）中高分子聚合物选自PP、PET、PBT、PPS、PA、PS、PLA、PC中的至少一种；且步骤S1的（1）中高分子聚合物干燥至含水量≤0.04%后，再与导电物质、改性剂混合。

4.根据权利要求2所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的（1）中导电物质包括导电聚合物、导电无机粒子中的至少一种；当所述导电物质为导电聚合物时，所述改性剂为交联剂；当所述导电物质为导电无机粒子时，所述改性剂为表面活性剂和偶联剂。

5.根据权利要求4所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：当所述导电物质为导电聚合物时，导电聚合物的含量为10~40wt%、交联剂的含量为0.5~5wt%；当所述导电物质为导电无机粒子时，导电无机粒子的含量为5~10wt%、表面活性剂的含量为0.5~5wt%、偶联剂的含量为0.1~1wt%。

6.根据权利要求4所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述导电聚合物为聚乙炔、聚吡咯、聚对苯撑乙烯、聚对苯撑、聚苯胺、聚噻吩中的至少一种；所述交联剂为多异氰酸酯、多元胺类、多元醇类或丙烯酸酯类中的至少一种。

7.根据权利要求4所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述导电无机粒子为石墨烯、石墨、碳纳米管、铜粉、铝粉中的至少一种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、油酰氯多缩氨基酸钠雷米邦A、肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的至少一种；所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

8.根据权利要求2所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的（2）中基膜层原料与导电层原料的挤出温度均在285~295℃，所述步骤（3）中流延温度为300~310℃，铸片辊的温度为20~22℃。

9.根据权利要求2所述用作集流体的复合导电膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中双向拉伸方式为异步双向或同步双向拉伸，纵向拉伸温度为100~110℃、横向拉伸温度为120~130℃、热定型温度为230~240℃，纵向拉伸倍率为1~10、横向拉伸倍率为5~15。

10.采用权利要求1所述用作集流体的复合导电膜组装的锂电池。

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