CN116247220A

CN116247220A - 一种复合集流体的制备方法及复合集流体

Info

Publication number: CN116247220A
Application number: CN202211654394.3A
Authority: CN
Inventors: 蔡雪松
Original assignee: Shanghai Collaborative Digital Technology Innovation Research Institute
Current assignee: Shanghai Collaborative Digital Technology Innovation Research Institute
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2023-06-09

Abstract

本发明涉及一种复合集流体的制备方法及复合集流体，该制备方法采用蒸镀和电镀的方法将金属薄层镀至可剥离的介质并收卷，将获得的可剥离的铜镀层收卷膜，采用涂布复合的方法，将PET、PP、PE等材料或者多种材料通过加热混合熔融，将熔融料通过热液涂布的方式，将两层或者多层薄铜镀层粘接复合到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度形成薄铜层+高分子材料+薄铜层或者重复多个这样的重复结构，使得铜层与高分子层的结合更为紧密，也有较高的拉伸强度和延展率，最大程度的保证在电池体系中，发生电池被撞击破碎，和过热的情况下，能够及时的断绝外部电流，同时也能赋予极片更高的延展性，从而保证电池的电性能及安全性。

Description

一种复合集流体的制备方法及复合集流体

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种复合集流体的制备方法及复合集流体。

背景技术

目前的复合集流体主要为铜集流体和铝集流体两种，其中包含设置于中间的薄膜基材层和设置于薄膜基材层相背设置的两个表面的金属镀层。但是由于金属镀层与基材层的结合不紧密，使得该集流体的整体拉伸强度和延展率较低，该集流体在电池体系中发生过热的情况下，往往不能够及时的断绝外部电流，严重影响了电池的电性能及安全性。

中国专利ZL 202210753320.9公开了一种复合集流体的制备方法及复合集流体，其中公开了将金属镍进行电离，以生成镍离子；在磁场作用下，使所述镍离子高速轰击薄膜基材层相背设置的两个表面，以在所述薄膜基材层相背设置的两个表面分别形成金属镍层；在所述金属镍层的表面蒸镀金属镀层。该金属镀层的厚度要求一般为0.5μm-1.5μm左右，金属镍层的厚度范围为0.5μm-1μm，制备复合集流体的方式是通过蒸镀工艺完成，但是由于金属镀层与薄膜基材层上的负电荷的极性基团的结合力比较差，导致金属镀层与薄膜基材层之间的剥离力差，导致复合集流体在分切的过程中容易发生分层，造成产品不良，也会导致电池极片在制片的过程中发生掉料现象，造成严重的产品缺陷；同时也会导致电池在使用过程中，电池内部进行呼吸式的膨胀与收缩，引起金属镀层与薄膜基材层发生脱落现象，进而影响电池内部的正负极界面，导致电池的电性能变差，同时也影响电池的安全性。

因此，需要一种复合集流体的制备方法及复合集流体，使金属镀层的厚度更薄，金属镀层与基材层的结合更为紧密，也有较高的拉伸强度和延展率，同时也赋予极片更高的延展性，保证电池的电性能及安全性。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种复合集流体的制备方法及复合集流体。

为实现以上目的的技术解决方案如下：一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

a、基材清洗，将可剥离介质卷材放置在放卷机中，然后启动放卷设备开始放卷；

b、金属层表面处理，通过将金属蒸镀/电镀在塑料基膜的表面形成金属镀层；

c、将得到的所述金属镀层通过涂布的方式进行复合，将熔融的高分子材料即熔融料通过涂布的方式，将两层或者多层薄金属镀层粘接到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度形成金属镀层+高分子材料层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构；

d、最终形成的复合集流体结构以基材层为镜像上下表面依次为高分子材料层+金属镀层+高分子材料层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。

其中，所述金属镀层为金属铝层或金属铜层。所述金属镀层的纯度均≥99.9％。所述可剥离介质层的厚度范围为1μm-25μm，所述金属镀层的厚度范围为0.5μm-5μm。所述金属铜层的厚度范围为0.5μm-5μm。

进一步的，所述可剥离介质层为高分子或者金属物质。所述高分子材料层为绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种。所述绝缘高分子材料层为聚酰胺PA、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺PI、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PPE、聚氯乙烯PVC、芳纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯PET、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚丙乙烯PPE、聚甲醛POM、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯PTEE、聚偏氟乙烯PVDF、硅橡胶、聚碳酸酯PC、聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG、纤维素、淀粉、蛋白质以及上述物质的衍生物、交联物及共聚物中的至少一种。所述绝缘高分子复合材料为所述绝缘高分子材料与无机材料形成的复合材料。

更进一步的，复合集流体包括：所述薄膜基材层，所述薄膜基材层相背设置的两个表面上分别依次设有所述金属镀层和所述高分子层；所述复合集流体形成以薄膜基材层为基础，其上下表面形成金属镀层+高分子材料层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。

与现有技术相比，本发明提供了一种复合集流体的制备方法及复合集流体，具备以下有益效果：

1、采用本发明中的制备方法使得铜层与高分子层的结合更为紧密，也有较高的拉伸强度和延展率，最大程度的保证在电池体系中，发生过热的情况下，能够及时的断绝外部电流，同时也能赋予极片更高的延展性，从而保证电池的电性能及安全性；

2、本发明中复合集流体的可剥离介质层的厚度范围为1μm-25μm，金属镀层的厚度范围为0.5μm-5μm。可以使得金属层与高分子层的结合更为紧密，也有较高的拉伸强度和延展率；

3、本发明中复合集流体采用的原材料分子量范围10-5000000g/mol，中间高分子层厚度范围在0.5μm-20μm；

4、现有技术中的涂布粘结剂多为冷液体，且需要干燥成膜，本次采用的超高分子聚合物，采用熔融挤出涂布复合，可大幅提高各层连接的紧密性；

5、本申请是通过将熔融的高分子材料涂布在金属镀层上，由于高分子材料处于熔融状态，可以通过辊压的大小控制其厚度，实现厚度在每次涂布过程中是可调的；此外，熔融状态的高分子材料不需要留孔设计，便可以有效的实现各层高效粘结。

附图说明

图1为本发明复合集流体的结构示意图；

图2为本发明不同实施例与现有技术中剥离力对比示意图。

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。

请参阅图1，本申请的一实施例还提供了一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

进一步的：在步骤b中，金属层表面处理过程均在真空环境下进行，以减少金属镀层内的杂质。

更进一步的：在步骤c中：金属镀层通过涂布的方式进行复合，将熔融的高分子材料即熔融料通过涂布的方式，将两层或者多层薄金属镀层粘接到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度形成金属镀层+高分子材料层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。在复合集流体制备完成后，对复合集流体10进行分切收卷以及真空包装作业。

参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，所述金属镀层的纯度均≥99.9％。本申请中的金属镀层300采用的是高纯度的金属。具体地，金属镀层300为金属铝层或金属铜层。

在一个实施例中，金属镀层300采用金属铝层，金属铝层的纯度≥99.9％。高纯度的金属铝层具有低的变形抗力、高的电导率及良好的塑性等性能。在另一个实施例中，金属镀层300采用金属铜层，金属铜层的纯度≥99.9％。高纯度的金属铜层具有良好的延展性、传热性及导电性。

金属镀层300与高分子薄膜层之间的剥离力≥10N／m。示例性地，金属镀层300与薄膜基材层100之间的剥离力为15N／m。金属镀层300与薄膜基材层100之间的剥离力较高，能够使得金属镀层300与薄膜基材层100之间不易发生脱落的现象，从而保证电池的电性能及安全性。

依据附图1，根据本申请的一些实施例，所述金属镀层的厚度范围为0.5μm-5μm。所述金属铜层的厚度范围为0.5μm-5μm。

进一步的，根据本申请的一些实施例，可选地，复合金属箔的穿刺强度≥200gf，MD拉伸强度≥200MPa，TD拉伸强度≥200MPa，MD延伸率≥60％，TD延伸率≥60％。示例性地，薄膜基材层100的穿刺强度≥300f，MD拉伸强度≥400MPaa，TD拉伸强度≥400MPa，MD 延伸率≥80％，TD延伸率≥80％。需要说明的是：MD（Machine Direction，机械方向）是指纵向，TD（Transverse Direction，垂直于机械方向）是指横向。

所述可剥离介质层为高分子或者金属物质。所述高分子材料层为绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种。所述绝缘高分子材料层为聚酰胺PA、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺PI、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PPE、聚氯乙烯PVC、芳纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯PET、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚丙乙烯PPE、聚甲醛POM、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯PTEE、聚偏氟乙烯PVDF、硅橡胶、聚碳酸酯PC、聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG、纤维素、淀粉、蛋白质以及上述物质的衍生物、交联物及共聚物中的至少一种。所述绝缘高分子复合材料为所述绝缘高分子材料与无机材料形成的复合材料。

实施例1：

c、将得到的所述金属镀层通过涂布的方式进行复合，将熔融的高分子材料即熔融料通过涂布的方式，将两层或者多层薄金属镀层粘接到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度形成金属镀层+高分子材料层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。

其中，在基材的表面蒸镀金属镀层300。其中，金属镀层为金属铜层，其厚度为0.5μm，高分子材料层200的厚度为1.5μm。此外，金属铜层的厚度可以为0.8μm或1μm，高分子材料层200的厚度可以为0.5μm或2.5μm。。

最终制得复合集流体，在制备完成后，对复合集流体进行分切收卷以及真空包装作业。

实施例2：

其中，在基材的表面蒸镀金属镀层300。其中，金属镀层为金属铝层，其厚度为0.5μm，高分子材料层200的厚度为1μm，此外，金属铝层的厚度可以为0.8μm或1μm。

如附图2所示，本发明区别于现有技术中剥离力的技术效果如下图所示，由此可得出，采用本申请中复合集流体的制备方法可以使得各层连接更加紧密，不易发生脱落。

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。

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

1.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、基材清洗，将可剥离介质卷材放置在放卷机中，然后启动放卷设备开始放卷，基材厚度在2-20μm；

c、将得到的所述金属镀层通过涂布的方式进行复合，将熔融的高分子材料即熔融料通过涂布的方式，将两层或者多层薄金属镀层粘接复合到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度形成金属镀层+高分子层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构；

d、最终形成的复合集流体结构以基材层为镜像上下表面依次为高分子层+金属镀层+高分子层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。

2.根据权利要求1所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述金属镀层为金属铝层或金属铜层。

3.根据权利要求2所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述金属镀层的纯度均≥99.9％。

4.根据权利要求2所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，金属镀层内设置有金属镀层支撑层，所述金属镀层的支撑层为高分子或者金属物质，所述金属镀层支撑层的厚度范围为1μm-25μm，所述金属镀层的厚度范围为0.5μm-5μm。

5.根据权利要求2所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述金属铜层的厚度范围为0.5μm-5μm。

6.根据权利要求1所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述高分子层为绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述高分子层为聚酰胺PA、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺PI、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PPE、聚氯乙烯PVC、芳纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯PET、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚丙乙烯PPE、聚甲醛POM、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯PTEE、聚偏氟乙烯PVDF、硅橡胶、聚碳酸酯PC、聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG、纤维素、淀粉、蛋白质以及上述物质的衍生物、交联物及共聚物中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，所述高分子复合材料为所述绝缘高分子材料与无机材料形成的复合材料。

9.一种采用如权利要求1-8任一所述的复合集流体的制备方法制备的复合集流体，其特征在于，包括：所述薄膜基材层，所述薄膜基材层相背设置的两个表面上分别依次设有所述金属镀层和所述高分子层。

10.根据权利要求9所述的复合集流体，其特征在于，所述复合集流体形成以薄膜基材层为基础，其上下表面形成高分子层+金属镀层或者重复多个这样的重复结构。