CN115732699A

CN115732699A - 用于复合集流体的聚酯功能母料及其制备方法

Info

Publication number: CN115732699A
Application number: CN202210912931.3A
Authority: CN
Inventors: 吴培服; 吴迪; 周振; 许庚午
Original assignee: Jiangsu Shuangxing Color Plastic New Materials Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shuangxing Color Plastic New Materials Co Ltd
Priority date: 2022-07-31
Filing date: 2022-07-31
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明公开了一种用于复合集流体的聚酯功能母料及其制备方法，所述复合集流体由基材层和附着在基材层的两侧的导电层构成，所述基材层由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，其中，所述聚酯功能母料由包括如下重量份的原料制备而成：聚间苯二亚甲基二酰胺30‑50重量份、新癸酸钴1‑3重量份、二丁基羟基甲苯3‑5重量份、1，4‑二碘苯5～10重量份、二氧化硅20～30重量份、PET 50‑100重量份。通过添加本申请的聚酯功能母料制备的聚酯薄膜，其孔隙率、吸水率、氧气透过率等性能均有大幅提升，而且形成金属导电层之后未见明显裂纹的扩展，而且其两侧结构具有更加优异的一致性。

Description

用于复合集流体的聚酯功能母料及其制备方法

技术领域

本申请涉及储能技术领域的复合集流体，尤其涉及一种用于复合集流体的聚酯功能母料及其制备方法。

背景技术

集流体是锂电池的重要组成部分，通常由金属箔膜组成。锂离子电池在充放电过程中，电解液中的锂离子，在正负极之间往返运动。而集流体作为电池中的非活性成分，不贡献能量。它的作用主要是承载正负极的电极材料，同时收集电流和传导电子。为了提高电池的能量密度，需要尽可能降低集流体的厚度和重量，从而减少电池的体积和重量。常见的正极集流体采用的是铝箔，已经由前几年的16μm降低到了10μm。常见的负极集流体采用的是铜箔，同样已经由之前的12μm降低到了6μm。然而太薄的金属集流体，在机械强度上的问题很大，由于电极材料涂附在集流体上，金属箔膜需要比较好的延展性和强度，否则很容易断裂。除此之外，生产超薄金属集流体，也会导致成本增加。因此，现有技术出现了由非金属的绝缘材料为基材，在其两侧形成导电层的复合集流体。

例如，CN 110165223 A公开了一种集流体、极片、电池及集流体制作方法。该现有技术指出，复合集流体在绝缘层上形成导电层之后，在后续冷压过程中，由于绝缘层和导电层冷压延伸率不一样，容易出现导电层和绝缘层分离的情况，降低了集流体使用稳定性。另外，绝缘层两侧的导电层通常呈分离设置，导致集流体的电阻较大。因而该现有技术的复合集流体在绝缘层上形成有多个贯通孔；导电层包括第一导电层、第二导电层及连接第一导电层及第二导电层的连接层，第一导电层和第二导电层设置在绝缘层的相对两侧，连接层设置在贯通孔的内壁面上。这样设计使得导电层包裹在绝缘层上，可缓解导电层从绝缘层上完全脱落的情况，另外，由于连接层属于导电层的一部分，该连接层也具有导电性，因此，通过连接层连接绝缘层的相对两侧的第一导电层及第二导电层，可以降低集流体的电阻。

上述现有技术提出的解决方案，只是缓解了导电层从绝缘层上完全脱落的情况，其根本原因在于绝缘层的表面结构不均匀，导致导电层在绝缘层上的附着力不够。以真空溅射工艺形成导电层为例，由于高分子材质的绝缘层的厚度很薄，难以耐受长时间的高温溅射，需要一边卷绕移动一边进行溅射，因而每个溅射腔室可以在绝缘层表面形成的导电层的厚度十分有限，达到需要的导电层厚度需要经过不同腔室的靶材轰击逐层堆叠形成，而且还有可能需要将绝缘层卷材在设备中重复多次进行溅射。此时一旦绝缘层表面性能不佳，就会导致每个腔室溅射形成的导电层的表面差异被逐渐放大，多次堆叠之后就很容易分层，在后续加工过程中就会出现堆叠层脱落掉粉的现象。

另外，集流体表面性能对电池的生产及性能也有较大的影响，这是因为集流体两面结构差异导致两面的涂层接触电阻不对称，进而使两面容量不能均匀释放；同时，两面不对称也引发涂层粘结强度不一致，使得两面涂层充放电循环寿命严重失衡，进而加快电池容量的衰减。这也与作为基材的底层高分子材料的表面结构是否均匀密切相关。另外，基材的结构性能还与材料的孔隙率、吸水率、氧气透过率等密切相关，在进行诸如真空溅射、金属蒸镀加工形成导电层的过程中，需要对膜层进行低温冷却才能进行高温加工，而基材孔隙过多、含氧量和含水率过高，都会使得低温下膜层中的水份和气体在高温时膨胀、干扰镀层的附着力，最终影响导电层的成膜效果。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种用于复合集流体的聚酯功能母料及其制备方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出了一种用于复合集流体的聚酯功能母料，所述复合集流体由基材层和附着在基材层的两侧的导电层构成，所述基材层由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，其中，所述聚酯功能母料由包括如下重量份的原料制备而成：聚间苯二亚甲基二酰胺30-50重量份、新癸酸钴1-3重量份、二丁基羟基甲苯3-5重量份、1，4-二碘苯5～10重量份、二氧化硅20～30重量份、PET 50-100重量份。

另外，本申请还提出了一种用于复合集流体的聚酯功能母料的制备方法，所述复合集流体由基材层和附着在基材层的两侧的导电层构成，所述基材层由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，其中，所述聚酯功能母料的制备方法包括如下步骤：常温下，将50-100重量份的粉状PET、20～30重量份的纳米二氧化硅、30-50重量份的粉状聚间苯二亚甲基二酰胺、1-3重量份的粉状新癸酸钴、3-5重量份的粉状二丁基羟基甲苯以及5～10重量份的粉状1，4-二碘苯加入高速混合机中预分散混合，转速在1500～2000rpm，混合30～60分钟，形成混合料；然后通过双螺杆挤出机进行熔融挤出，之后水冷造粒或切片，获得所述聚酯功能母料。

通过添加本申请的聚酯功能母料制备的聚酯薄膜，其孔隙率、吸水率、氧气透过率等性能均有大幅提升，而且形成金属导电层之后未见明显裂纹的扩展。

附图说明

以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。

其中，图1显示的是根据本申请的一个具体实施例的复合集流体的结构示意图。

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

如图1所示，其显示的是根据本申请的一个具体实施例的复合集流体的结构示意图，其中，本发明的复合集流体由基材层1和附着在基材层1的两侧的导电层2构成。其中，基材层1是由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，所述基材层1可以是添加了聚酯功能母料的单层结构的聚酯薄膜，或者是表层添加了所述聚酯功能母料的三层结构的聚酯薄膜(图中未示出)。

为了提高导电层2的性能，导电层2和基材层1之间还可以溅射或蒸镀金属(例如氧化铬)或非金属材料(例如二氧化硅)的阻隔层(图中未示出)。导电层2可以是采用真空溅射或蒸镀形成的铝导电层或铜导电层或其它金属的导电层。为了降低电阻率，导电层2也可以采用不同工艺形成的多层导电结构，例如导电层2的底层可以是采用真空溅射工艺形成的一层5-15nm的底层镀层，导电层2的表层可以是采用水电镀工艺在底层镀层上生长形成的一层100-500nm的表层镀层。导电层2的表面还可以通过电镀或化学腐蚀工艺进行钝化处理，以形成致密的保护层(图中未示出)。

如前所述，为了降低复合集流体表面性能对电池的生产及性能的影响，本发明提出了一种用于复合集流体的聚酯功能母料，所述聚酯功能母料由包括如下重量份的原料制备而成：聚间苯二亚甲基二酰胺30-50重量份、新癸酸钴1-3重量份、二丁基羟基甲苯3-5重量份、1，4-二碘苯5～10重量份、二氧化硅20～30重量份、PET 50-100重量份。

本发明的聚酯功能母料可以制备成颗粒或者切片形式，在生产聚酯薄膜的过程中添加到普通聚酯中，以制备获得本发明的基材层1。例如，可以将80～95wt％的不含其它成分的聚酯与5～20wt％的本发明的聚酯功能母料进行熔融共混，然后通过拉伸等工艺生产获得单层结构的基材层1，或者通过多层共挤工艺获得本发明的基材层1的表层结构等。

本发明的聚酯功能母料的各原料组分，均可以以颗粒料的形式均匀混合之后，利用诸如挤出机之类的设备挤出、造粒获得本发明的聚酯功能母料。

在一个具体实施例中，可以在常温下，将50-100重量份的粉状PET、20～30重量份的纳米二氧化硅、30-50重量份的粉状聚间苯二亚甲基二酰胺、1-3重量份的粉状新癸酸钴、3-5重量份的粉状二丁基羟基甲苯以及5～10重量份的粉状1，4-二碘苯加入高速混合机中预分散混合，转速在1500～2000rpm，混合30～60分钟，形成混合料。然后通过双螺杆挤出机进行熔融挤出，之后水冷造粒或切片，获得所述聚酯功能母料。

在另一个具体实施例中，例如，可以在制备获得聚酯功能母料的切片之后，取5～20wt％的聚酯功能母料，添加到80～95wt％的PET颗粒中均匀混合，二者熔融共混，最后通过拉伸等工艺生产获得单层结构的基材层1，或者通过多层共挤工艺获得三层结构的基材层1的表层结构等。

下面以单层基材层为例，进一步说明本发明的用于复合集流体的基材层的制备方法。本发明的用于复合集流体的基材层的制备方法包括如下步骤：

将以下重量比的组分：80～95wt％的PET树脂，5～20wt％的聚酯功能母料分别经过电子秤计量，进入混合料仓中进行混合制成混合料。

之后混合料进入排气式双螺杆挤出机，调整双螺杆挤出机的温度为270℃～280℃。

物料在挤出机中熔融后，经过过滤，挤出制成厚片。厚片的厚度、轮廓可以通过挤出机挤出量、铸片辊转速、模头开度进行调整。

将上述厚片在50℃～90℃温度下预热，进入300℃～500℃的红外加热区，用40～150m/min的线速度进行纵向拉伸，纵向拉伸倍率是4.0，得到拉伸片。

将拉伸片在90℃～120℃温度下预热，在100℃～160℃温度下进行横向拉伸，横向拉伸倍率是3.8。之后在160℃～240℃温度下定型，再经过100℃～50℃温度冷却，制得用于复合集流体的基材层。

实施例1-5

按照下表的原料重量份比例，分别制备获得聚酯功能母料切片，然后投入普通PET树脂制备获得单层结构的用于复合集流体的基材层。

对比例6-10

按照上述实施例同样的方法，按照下表的原料重量份比例制备作为对比的聚酯薄膜基材层。

	对比例6	对比例7	对比例8	对比例9	对比例10
						聚间苯二亚甲基二酰胺	0	35	40	45	50
新癸酸钴	1	0	2	2.5	3
						二丁基羟基甲苯	3	3.5	0	4.5	5
1，4-二碘苯	5	7	7.5	0	10
						二氧化硅	20	22	25	27	0
PET	80	66.5	79	93	130
						制备单层基材层的切片量	5wt％	10wt％	13wt％	15wt％	20wt％
基材层厚度μm	6	7	8	9	10

分别测试制备获得各基材层的性能参数，同时将未添加任何功能母料的纯PET制备的8μm厚的薄膜进行对比，各性能参数如下表所示。

分别通过真空溅射工艺在上表所述基材层的两侧表面形成纯铜金属层，控制真空溅射的两侧纯铜金属层的厚度均为5nm，测试制备形成的薄膜的表面裂纹参数。

通过上述膜层的性能参数和金属镀层的裂纹情况可见，通过添加本申请的聚酯功能母料制备的聚酯薄膜，其孔隙率、吸水率、氧气透过率等性能均有大幅提升，而且形成金属导电层之后未见明显裂纹的扩展。

进一步地，测试上表所示聚酯薄膜的两侧纯铜金属层的电阻率差异，如下表所示。

通过添加本申请的聚酯功能母料制备的聚酯薄膜，其上形成的金属导电层的电阻率差异明显小于未添加功能母料的薄膜，表明其两侧结构具有更加优异的一致性。

本领域技术人员应当理解，虽然本申请是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本申请的保护范围。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种用于复合集流体的聚酯功能母料，所述复合集流体由基材层和附着在基材层的两侧的导电层构成，所述基材层由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，其特征在于，所述聚酯功能母料由包括如下重量份的原料制备而成：聚间苯二亚甲基二酰胺30-50重量份、新癸酸钴1-3重量份、二丁基羟基甲苯3-5重量份、1，4-二碘苯5～10重量份、二氧化硅20～30重量份、PET 50-100重量份。

2.一种用于复合集流体的聚酯功能母料的制备方法，所述复合集流体由基材层和附着在基材层的两侧的导电层构成，所述基材层由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，其特征在于，所述聚酯功能母料的制备方法包括如下步骤：常温下，将50-100重量份的粉状PET、20～30重量份的纳米二氧化硅、30-50重量份的粉状聚间苯二亚甲基二酰胺、1-3重量份的粉状新癸酸钴、3-5重量份的粉状二丁基羟基甲苯以及5～10重量份的粉状1，4-二碘苯加入高速混合机中预分散混合，转速在1500～2000rpm，混合30～60分钟，形成混合料；然后通过双螺杆挤出机进行熔融挤出，之后水冷造粒或切片，获得所述聚酯功能母料。