CN117317245A - 一种复合集流体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合集流体，包括复合基底(1)以及设置在所述复合基底(1)相对两表面上的第一导电层(2)和第二导电层(3)，所述复合基底(1)相对的两表面设置有多个凹槽(10)，所述第一导电层(2)和所述第二导电层(3)填满多个所述凹槽(10)，所述复合基底(1)为聚合物基底，所述复合基底(1)内含有导电剂(4)。本发明还公开了一种复合集流体的制备方法。本发明通过在复合基底相对的两表面设置有多个凹槽，可以增大复合基底与铜的接触面积，并形成铆接结构，增大了铜与复合基底的附着力密度；通过在复合基底内添加导电剂，可以提高复合集流体的导电能力，增强复合集流体的强度，提高复合集流体的强度。
Description
技术领域
本发明涉及新能源储能技术领域，具体涉及一种复合集流体及其制备方法。
背景技术
近年，新能源汽车得到蓬勃发展，电池驱动系统是影响新能源汽车性能和成本的主要因素，而二次电池(Rechargeable battery)由于具有能量密度高、记忆效应低、工作电压高等特点，成为当前新能源汽车电池驱动系统中动力电池的首选方案。
锂离子电池(LIB)作为二次电池中的一种，具备能量密度高、使用寿命长、节能环保等特点。
铜箔是锂离子电池的重要基础材料，既充当负极活性材料的载体，又充当负极电子收集与传导体，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以产生更大的输出电流。一方面，铜箔作为电池的重要组成部分，是实现电池化学能转化为电能并对外输出的关键要素，另一方面铜箔并不贡献实际的电池容量，并且其质量约占锂电池总质量的6％，成本约占锂电池总成本的3％。
传统铜箔是将纯度在99.8％以上的铜酸溶液通过电镀，在阴极辊上还原得到的纯铜箔材，目前锂电行业常见厚度在4.5-12μm。为了提升锂电池的安全性和能量密度，现有技术是采用在聚合物两侧表面复合金属层，具有典型的“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”三明治结构，以绝缘分子薄膜为支撑基材，两侧沉积金属铜层而得到的复合集流体。该复合集流体可以防止锂电池在遇到挤压、穿刺、碰撞等异常情况下发生的起火、爆炸等事故。此外，由于聚合物材质替代大部分的铜材质，锂电池铜箔重量及厚度的可大幅降低，不仅有利于提升电池活性物质的体积，从而提升电池的能量密度，更有利于降低铜箔的原材料成本。复合箔材具有高安全性、高能量密度、长寿命、强兼容等优势。
但是由于聚合物取代大部分铜，聚合物为绝缘层，造成箔材的载流能力变弱，两侧的铜导体不相互导通，造成电池内阻增大，特别是在电流较大的极耳部位，温升较高。
发明内容
为解决现有技术的至少一个技术问题，本发明提供一种复合集流体及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种复合集流体，包括复合基底以及设置在所述复合基底相对两表面上的第一导电层和第二导电层，所述复合基底相对的两表面设置有多个凹槽，所述第一导电层和所述第二导电层填满多个所述凹槽，所述复合基底为聚合物基底，所述复合基底内含有导电剂。
在某些实施方式中，所述凹槽为自所述复合基底的一端延伸至相对端的、横截面呈三角形的凹槽。
在某些实施方式中，所述凹槽为自所述复合基底的一端延伸至相对端的、横截面呈矩形的凹槽。
在某些实施方式中，所述凹槽为自所述复合基底的一端延伸至相对端的、横截面呈半圆形或U形的凹槽。
在某些实施方式中，多个所述凹槽为等间距地、均匀分布在所述复合基底相对两表面上的半球形凹槽。
在某些实施方式中，多个所述凹槽为等间距地、均匀分布在所述复合基底相对两表面上的圆柱形凹槽。
在某些实施方式中，多个所述凹槽为等间距地、均匀分布在所述复合基底相对两表面上的倒三角锥或多棱柱凹槽。
在某些实施方式中，所述导电剂包括碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述复合集流体的制备方法，包括以下步骤：提供小粒径的导电颗粒和聚合物颗粒，将所述导电颗粒和所述聚合物颗粒搅拌均匀，然后通过加热使其融合，得到混合体；
通过压制模板对所述混合体进行压制，得到复合基底；
对所述复合基底进行镀铜溅射工艺处理，以在所述复合基底相对的两表面上形成第一导电层和第二导电层；
其中，所述压制模板具有凸起以在所述复合基底的相对的两表面上形成凹槽。
进一步地，所述导电颗粒为碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种，所述聚合物颗粒为聚烯烃树脂颗粒。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在复合基底相对的两表面设置有多个凹槽，可以增大复合基底与铜的接触面积，并形成铆接结构，增大了铜与复合基底的附着力密度；
通过在复合基底内添加导电剂，可以提高复合集流体的导电能力，增强复合集流体的强度，提高复合集流体的强度。
附图说明
图1为本发明实施例一中一种的复合集流体的立体结构示意图；
图2为本发明实施例一中一种复合基底的立体结构示意图；
图3为本发明实施例一中另一种复合基底的立体结构示意图；
图4本发明实施例一中一种的复合集流体的横断面图。
具体实施例方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接的，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
参照图1至图4，本发明提供一种复合集流体，包括复合基底1以及设置在所述复合基底1相对两表面上的第一导电层2和第二导电层3，所述复合基底1相对的两表面设置有多个凹槽10，所述第一导电层2和所述第二导电层3填满多个所述凹槽10。
所述复合基底1为PET、PP或PI等制成的聚合物基底，所述第一导电层2和所述第二导电层3为铜箔。
在某些实施方式中，所述凹槽10为自所述复合基底1的一端延伸至相对端的、横截面呈三角形的凹槽10。
在某些实施方式中，所述凹槽10为自所述复合基底1的一端延伸至相对端的、横截面呈矩形的凹槽10。
在某些实施方式中，所述凹槽10为自所述复合基底1的一端延伸至相对端的、横截面呈半圆形或U形的凹槽10。
在某些实施方式中，多个所述凹槽10为等间距地、均匀分布在所述复合基底1相对两表面上的半球形凹槽10。
在某些实施方式中，多个所述凹槽10为等间距地、均匀分布在所述复合基底1相对两表面上的圆柱形凹槽10。
在某些实施方式中，多个所述凹槽10为等间距地、均匀分布在所述复合基底1相对两表面上的倒三角锥或多棱柱凹槽10。
通过在所述复合基底1相对的两表面设置有多个凹槽10，在后续镀铜过程中，可以增大复合基底1与铜的接触面积，并形成铆接结构，增大铜与复合基底1的附着力。
在某些实施方式中，所述复合基底1内包含有导电剂4，所述导电剂4为料包括碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种。
在所述复合基底1内添加导电剂4，可以提高复合集流体的导电能力，增强复合集流体的强度，提高复合集流体的强度。
实施例二
本发明还提供了一种复合集流体的制备方法，以获得实施例一中的复合集流体。复合集流体的制备方法包括以下步骤：提供小粒径的导电颗粒和聚合物颗粒，将所述导电颗粒和所述聚合物颗粒搅拌均匀，然后通过加热使其融合，得到混合体；
通过压制模板对所述混合体进行压制，得到复合基底1；
对所述复合基底1进行镀铜溅射工艺处理，以在所述复合基底1相对的两表面上形成第一导电层2和第二导电层3；
其中，所述压制模板具有凸起以在所述复合基底1的相对的两表面上形成凹槽10。
进一步地，在对混合体进行压制之前，还包括对融合的高温液体进行降温处理和分离除杂等工艺。
进一步地，通过对压制模板进行开槽处理以在压制模板上形成所述凸起，所述凸起可以是自压制模板一端延伸至相对端的延伸凸起，也可以是间隔地均布在压制模板上的独立凸起。
进一步地，所述导电颗粒为碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种，所述聚合物颗粒为PET颗粒、PP颗粒或PI颗粒。
进一步地，对复合基底1进行镀铜溅射工艺处理具有如下过程：采用磁控溅射真空镀膜技术对铜箔表面进行金属化处理，以确保材料导电以及膜层的致密度和结合力；
采用真空蒸镀技术对铜箔进行真空加热，使铜箔均匀地蒸发镀在复合基底1表面；
采用电镀增厚铜层至0.8-1.2μm，实现集流体导电需求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的上述实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种复合集流体，包括复合基底(1)以及设置在所述复合基底(1)相对两表面上的第一导电层(2)和第二导电层(3)，其特征在于，所述复合基底(1)相对的两表面设置有多个凹槽(10)，所述第一导电层(2)和所述第二导电层(3)填满多个所述凹槽(10)，所述复合基底(1)为聚合物基底，所述复合基底(1)内含有导电剂(4)。
2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
所述凹槽(10)为自所述复合基底(1)的一端延伸至相对端的、横截面呈三角形的凹槽(10)。
3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
所述凹槽(10)为自所述复合基底(1)的一端延伸至相对端的、横截面呈矩形的凹槽(10)。
4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
所述凹槽(10)为自所述复合基底(1)的一端延伸至相对端的、横截面呈半圆形或U形的凹槽(10)。
5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
多个所述凹槽(10)为等间距地、均匀分布在所述复合基底(1)相对两表面上的半球形凹槽(10)。
6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
多个所述凹槽(10)为等间距地、均匀分布在所述复合基底(1)相对两表面上的圆柱形凹槽(10)。
7.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，
多个所述凹槽(10)为等间距地、均匀分布在所述复合基底(1)相对两表面上的倒三角锥或多棱柱凹槽(10)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的复合集流体，其特征在于，
所述导电剂(4)包括碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，
提供小粒径的导电颗粒和聚合物颗粒，将所述导电颗粒和所述聚合物颗粒搅拌均匀，然后通过加热使其融合，得到混合体；
通过压制模板对所述混合体进行压制，得到复合基底(1)；
对所述复合基底(1)进行镀铜溅射工艺处理，以在所述复合基底(1)相对的两表面上形成第一导电层(2)和第二导电层(3)；
其中，所述压制模板具有凸起以在所述复合基底(1)的相对的两表面上形成凹槽(10)。
10.根据权利要求9所述的复合集流体的制备方法，其特征在于，
所述导电颗粒为碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑、无定形碳中的一种或多种，所述聚合物颗粒为聚烯烃树脂颗粒。
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