CN117936795A - 一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 - Google Patents
一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117936795A CN117936795A CN202311766319.0A CN202311766319A CN117936795A CN 117936795 A CN117936795 A CN 117936795A CN 202311766319 A CN202311766319 A CN 202311766319A CN 117936795 A CN117936795 A CN 117936795A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positive electrode
- current collector
- composite current
- conductive layer
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000037452 priming Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 32
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 19
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 8
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 44
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 18
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
- C23C14/025—Metallic sublayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/665—Composites
- H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高强度低电阻正极复合集流体,包括薄膜基体、金属打底层以及导电层。金属打底层设置于薄膜基体厚度方向的两侧表面。导电层通过单次蒸镀沉积于金属打底层远离薄膜基体的一侧表面;其中,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤5%。本发明导电层是通过单次蒸镀制备得到,中间不存在宏观或微观界面,在提升了产品成品率的同时,相比多次沉积得到相同厚度的导电层,因不存在界面电阻而呈现更低的表面方阻,进而可以获得更低的电阻率,有利于降低电池内阻。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域,尤其涉及一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置。
背景技术
复合集流体是以高分子薄膜材料为基体,通过物理气相沉积的方式在其两侧沉积导电金属化层,用于代替传统金属箔材集流体的新型集流体材料。以锂电池正极为例,相比于传统铝箔,复合集流体质量轻且中间包含绝缘层,可以有效提升电池的功率密度和安全性。
常用的制备柔性集流体导电金属化层的真空镀膜技术指的是物理气相沉积(PVD)技术,主要包括真空蒸发镀膜和磁控溅射镀膜,然而蒸发镀或磁控溅射镀膜的效率不足,制造的复合集流体的热损伤、结合力、机械性能不足。现有的复合集流体制造技术多采用具有多层结构的金属化层,来弥补蒸发镀或磁控溅射镀膜效率的不足以及热损伤、结合力、机械性能不足等其他问题。而这里所描述的多层结构均为多层等厚的镀层,或者各种材质、成分不同的镀层组合在一起的多层金属化层,这类金属化层虽然可以提升复合集流体的各种性能,但依然存在强度低、导电性不佳等缺点,尤其在一定拉伸应变后,复合集流体镀层产生裂纹,使电芯内阻升高,影响电池性能。
发明内容
基于现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置,该高强度低电阻正极复合集流体的导电层是通过单次蒸镀制备得到,中间不存在宏观或微观界面,在提升了产品成品率的同时,相比多次沉积得到相同厚度的导电层,因不存在界面电阻而呈现更低的表面方阻,进而可以获得更低的电阻率,有利于降低电池内阻。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案。
本发明提供一种高强度低电阻正极复合集流体,包括:
薄膜基体;
金属打底层,其设置于薄膜基体厚度方向的两侧表面;以及
导电层,其通过单次蒸镀沉积于金属打底层远离薄膜基体的一侧表面;
其中,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤5%。
本发明提供的高强度低电阻正极复合集流体,导电层是通过单次蒸镀制备得到,中间不存在宏观或微观界面,在提升了产品成品率的同时,相比多次沉积得到相同厚度的导电层,因不存在界面电阻而呈现更低的表面方阻,进而可以获得更低的电阻率,有利于降低电池内阻;在拉伸应变大于5%小于15%的情况下,表面方阻无明显变化、无宏观缺陷出现。因此,在锂电池服役过程中,电芯的受热膨胀不会造成集流体性能的衰退,结合复合集流体本身的优势,从而有利于提升能量密度、循环性能和使用寿命。
作为本发明上述方案的进一步改进,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤3%。
作为本发明上述方案的进一步改进,导电层的表面方阻增长率≤1%。
作为本发明上述方案的进一步改进,薄膜基体为高分子材料薄膜或改性高分子材料薄膜,所述高分子材料为PET、PP、PI、PC、PMMA、PVC、TAC中的一种;
和/或,薄膜基体的厚度为2-18μm。
作为本发明上述方案的进一步改进,导电层的材质为铝或者铝合金;
和/或,导电层的厚度≥900nm。
作为本发明上述方案的进一步改进,金属打底层的材质为铝或者铝合金;
和/或,金属打底层的厚度为5-20nm。
本发明还提供一种如前所述的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法,包括以下步骤:
S1.将薄膜基体按照辊系安装于镀膜机真空腔室后,抽真空;
S2.在薄膜基体进入蒸发腔室前对其表面进行等离子体处理;
S3.通过真空蒸发镀的方式在薄膜基体表面沉积金属打底层,过程中主辊温度不低于10℃且不高于60℃;
S4.通过真空蒸发镀的方式在金属打底层表面沉积导电层,过程中主辊温度不低于30℃且不高于80℃,过程中不破真空且不改变卷绕方向。
作为本发明上述方案的进一步改进,在所述步骤S1中,抽真空至6.0×10-3Pa~1.0×10-3Pa;
和/或,在所述步骤S2中,所述等离子处理的电流为1-5A,氩气流量为50-300sccm;
和/或,在所述步骤S3中,金属打底层的真空蒸发镀的工艺为:送丝速度为60-150mm/min,卷绕速度为100-200m/min,主辊温度为20℃-50℃;
和/或,在所述步骤S4中,导电层的真空蒸发镀的工艺为:送丝速度为500-900mm/min,卷绕速度为5-20m/min,主辊温度为50℃-70℃。
本发明还提供一种正极极片,所述正极极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极活性材料层,所述正极集流体为如前所述的高强度低电阻正极复合集流体。
本发明还提供一种电化学装置,所述电化学装置包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液,其中所述正极极片为如前述的正极极片。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明提供的高强度低电阻正极复合集流体,导电层是通过单次蒸镀制备得到,中间不存在宏观或微观界面,在提升了产品成品率的同时,相比多次沉积得到相同厚度的导电层,因不存在界面电阻而呈现更低的表面方阻,进而可以获得更低的电阻率,有利于降低电池内阻;在拉伸应变大于5%小于15%的情况下,表面方阻无明显变化、无宏观缺陷出现。因此,在锂电池服役过程中,电芯的受热膨胀不会造成集流体性能的衰退,结合复合集流体本身的优势,从而有利于提升能量密度、循环性能和使用寿命。
2.本发明的制备方法在整个蒸发镀过程中保持较高的主辊温度,有利于镀层晶粒生长,相比于低主辊温度下制得的镀层,镀层结构更加致密,微观缺陷少,有利于提升复合集流体的强度和电性能。
附图说明
图1为本发明提供的一种高强度低电阻正极复合集流体的结构示意图;
图2为本发明实施例1和对比例1在5%拉伸应变后,表面形貌的SEM照片。
附图标记:10、薄膜基体;20、金属打底层;30、导电层。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
实施例1
本实施例提出一种高强度低电阻正极复合集流体,包括高分子薄膜基体10、沉积于基材两侧的金属打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。本实施例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,厚度约1.0μm,通过单次蒸镀获得。
本实施例的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法包括以下步骤:
S1.将高分子薄膜基体10按照辊系安装于镀膜机真空腔室后,抽真空至5.0×10- 3Pa。
S2.对进入蒸发腔室前的对高分子薄膜基体10表面进行等离子体处理,等离子体表面预处理的电流为1.5A,氩气气流量为150sccm。
S3.通过真空蒸发镀的方式在高分子薄膜基体10表面沉积金属打底层20,蒸发参数为:送丝速度100mm/min,卷绕速度150m/min,主辊温度30℃。
S4.通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20单次蒸镀沉积形成导电层30,蒸发参数为:送丝速度750mm/min,卷绕速度15m/min,主辊温度60℃。过程中不破真空且不改变卷绕方向。
通过工业中普遍采用的方法测量实施例1中复合集流体在拉伸应变前的方阻,选取样品的5个任意位置进行测量,最后以5个测试值的平均值为本样品的表面方阻R。本实施例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为32.6mΩ/□。
本实施例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻采用以下方法测试:取复合集流体样品30mm×100mm,通过拉力机的上下夹具将其上端和下端紧密固定,保证上夹具下端和下夹具上端距离为50mm,即有效拉伸距离为50mm;设置拉伸速度为20mm/min,拉伸距离为2.5mm,即样品拉伸应变为5%(通过设置不同的拉伸距离改变样品的拉伸应变);测试结束后,取下拉伸后的样品,选取样品的5个处于有效拉伸距离内的任意位置进行表面方阻测量,最后以5个测试值的平均值为本样品拉伸后的表面方阻R’;则拉伸后样品的表面方阻增长率△=(R’-R)/R×100%;拉伸测试的同时可以获得样品抗拉强度的数据。本实施例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为32.7mΩ/□,表面方阻增长率为0.31%;在15%拉伸应变后,表面方阻为32.9mΩ/□,表面方阻增长率为0.92%;样品表面无裂纹、穿孔等缺陷;使用LED光源从样品底部向上照射,未发现任何透光点。
实施例2
本实施例提出一种高强度低电阻正极复合集流体,包括高分子薄膜基体10、沉积于基材两侧的金属打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。本实施例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,厚度约1.0μm,通过单次蒸镀获得。
本实施例的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法包括以下步骤:
S1.将高分子薄膜基体10按照辊系安装于镀膜机真空腔室后,抽真空至5.0×10- 3Pa。
S2.对进入蒸发腔室前的对高分子薄膜基体10表面进行等离子体处理,等离子体表面预处理的电流为1.5A,氩气气流量为150sccm。
S3.通过真空蒸发镀的方式在高分子薄膜基体10表面沉积金属打底层20,蒸发参数为:送丝速度150mm/min,卷绕速度200m/min,主辊温度20℃。
S4.通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20单次蒸镀沉积形成导电层30,蒸发参数为:送丝速度500mm/min,卷绕速度7.5m/min,主辊温度50℃,过程中不破真空且不改变卷绕方向。
采用同实施例1相同的方法测试本实施例制得的正极复合集流体在拉伸应变前的方阻,本实施例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为31.1mΩ/□。
采用同实施例1的方法测试本实施例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻:本实施例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为31.2mΩ/□,表面方阻增长率为0.32%;在15%拉伸应变后,表面方阻为31.6mΩ/□,表面方阻增长率为1.61%;样品表面无裂纹、穿孔等缺陷;使用LED光源从样品底部向上照射,未发现任何透光点。
实施例3
本实施例提出一种高强度低电阻正极复合集流体,包括高分子薄膜基体10、沉积于基材两侧的金属打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。本实施例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,厚度约900nm,通过单次蒸镀获得。
本实施例的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法包括以下步骤:
S1.将高分子薄膜基体10按照辊系安装于镀膜机真空腔室后,抽真空至5.0×10- 3Pa。
S2.对进入蒸发腔室前的对高分子薄膜基体10表面进行等离子体处理,等离子体表面预处理的电流为1.5A,氩气气流量为150sccm。
S3.通过真空蒸发镀的方式在高分子薄膜基体10表面沉积金属打底层20,蒸发参数为:送丝速度60mm/min,卷绕速度100m/min,主辊温度50℃。
S4.通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20表面单次蒸镀沉积形成导电层30,蒸发参数为:送丝速度900mm/min,卷绕速度20m/min,主辊温度70℃,过程中不破真空且不改变卷绕方向。
采用同实施例1相同的方法测试本实施例制得的正极复合集流体在拉伸应变前的方阻,本实施例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为35.3mΩ/□。
采用同实施例1的方法测试本实施例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻:本实施例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为35.5mΩ/□,表面方阻增长率为0.57%;在15%拉伸应变后,表面方阻为35.9mΩ/□,表面方阻增长率为1.70%;样品表面无裂纹、穿孔等缺陷;使用LED光源从样品底部向上照射,未发现任何透光点。
对比例1
本对比例提供一种正极复合集流体,包括高分子薄膜基材10、沉积于基材两侧的打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。
本对比例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,为厚度为1.0μm,通过多次蒸镀获得,共5次。
本对比例的一种正极复合集流体的制备方法,采用同实施例1相同的实施方式,与实施例1的不同之处在于:步骤S4中,通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20表面通过5次蒸镀沉积形成导电层30,单次蒸发参数为:送丝速度200mm/min,卷绕速度15m/min,主辊温度60℃。
采用同实施例1相同的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变前的方阻,本对比例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为36.4mΩ/□。
采用同实施例1的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻:本对比例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为38.7mΩ/□,表面方阻增长率为6.32%;在15%拉伸应变后,表面方阻为48.5mΩ/□,表面方阻增长率为33.24%;5%拉伸应变后,样品表面未观察到裂纹、穿孔等缺陷,使用LED光源从样品底部向上照射,发现少量透光点;15%拉伸应变后,样品表面可观察到明显的裂纹,裂纹透光明显,透光处形状与裂纹形态一致。
对比例2
本对比例提供一种正极复合集流体,包括高分子薄膜基材10、沉积于基材两侧的打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。
本对比例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,为厚度为1.0μm,通过多次蒸镀获得,共10次。
本对比例的一种正极复合集流体的制备方法,采用同实施例1相同的实施方式,与实施例1的不同之处在于:步骤S4中,通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20表面通过5次蒸镀沉积形成导电层30,单次蒸发参数为:送丝速度300mm/min,卷绕速度100m/min,主辊温度60℃。
采用同实施例1相同的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变前的方阻,本对比例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为38.9mΩ/□。
采用同实施例1的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻:本对比例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为42.6mΩ/□,表面方阻增长率为9.51%;在15%拉伸应变后,表面方阻为55.8mΩ/□,表面方阻增长率为43.44%;5%拉伸应变后,样品表面观察到少量裂纹,使用LED光源从样品底部向上照射,裂纹处透光明显;15%拉伸应变后,样品表面可观察到大量裂纹,裂纹透光明显,透光处形状与裂纹形态一致。
对比例3
本对比例提供一种正极复合集流体,包括高分子薄膜基材10、沉积于基材两侧的打底层20以及沉积于打底层表面的导电层30。
本对比例中,高分子薄膜基体10选用厚度为6μm的PET薄膜;金属打底层20的材质为Al,厚度为10nm;导电层30的材质为Al,为厚度为1.0μm,通过单次蒸镀获得。
本对比例的一种正极复合集流体的制备方法,采用同实施例1相同的实施方式,与实施例1的不同之处在于:步骤S3中,通过真空蒸发镀的方式在基材表面沉积打底层,蒸发参数为:送丝速度100mm/min,卷绕速度150m/min,主辊温度-20℃;步骤S4中,通过真空蒸发镀的方式在金属打底层20表面通过单次蒸镀沉积形成导电层30,蒸发参数为:送丝速度750mm/min,卷绕速度15m/min,主辊温度-20℃。过程中不破真空且不改变卷绕方向。
采用同实施例1相同的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变前的方阻,本对比例制得的正极复合集流体在拉伸前方阻为33.5mΩ/□。
采用同实施例1的方法测试本对比例制得的正极复合集流体在拉伸应变后的表面方阻:本对比例制得的正极复合集流体在5%拉伸应变后,表面方阻为34.2mΩ/□,表面方阻增长率为2.09%;在15%拉伸应变后,表面方阻为35.0mΩ/□,表面方阻增长率为4.48%;样品表面无裂纹、穿孔等缺陷,未发现任何透光点。
各实施例和对比例所得到的复合集流体拉伸前后的方阻、体电阻率、方阻增长率、抗拉强度的测试结果统计于表1。
表1各实施例和对比例制备的产品的测试结果
从表1可以看出,在高分子薄膜基材10、打底层20、导电层30厚度均相同的情况下,各实施例复合集流体的体电阻率、拉伸应变前后的方阻、方阻增长率均小于各对比例,抗拉强度均大于各对比例。
实施例1-2与对比例1对比可以看出,在导电层厚度一致的条件下,单次蒸镀导电层的复合集流体的表面方阻和体电阻率更低。单次蒸镀使得导电层内部不存在界面,从而避免了界面电阻对复合集流体导电性的负作用,因此实施例1样品呈现更好的导电性,有利于降低电池内阻。在导电层厚度一致的条件下,单次蒸镀导电层的复合集流体的抗拉强度更高。单次蒸镀使得高分子薄膜基材受热次数减少,不会引起高分子材料内部微结构的转变,有利于保持高分子材料本身的较高的抗拉强度,因此实施例1样品的力学性能更好,有利于提升材料在电池制程端的直通率。
对比实施例1、对比例1和对比例2可以看出,在导电层厚度一致的条件下,随着蒸镀次数的增加,样品的电阻率、拉伸前后的方阻和方阻增长率进一步增大,抗拉强度进一步降低,说明导电层的单次蒸镀可以提升复合集流体导电性、力学强度、使用寿命;对比实施例3、对比例1、对比例2可以看出,在导电层厚度更小的情况下,实施例样品的方阻依然低于对比例,其他参数均优于对比例,说明导电层的单次蒸镀可以获得综合性能更好的复合集流体。
对比实施例1和对比例3可以看出,在导电层厚度和沉积次数相同的条件下,更高主辊温度制备的样品表面方阻和体电阻率更低,抗拉强度更高;拉伸前后的方阻增长率均低于5%。说明高主辊温度和低沉积次数可以获得优良导电性和高力学强度兼具的复合集流体。
对比实施例和对比例可以看出,实施例样品在拉伸应变前后方阻没有明显变化,样品表面未发现裂纹,光照无透光现象;对比例样品的表面方阻在应变后明显升高,并且随着应变的增加,方阻增长率也随之增大,表面出现明显缺陷。
图2为实施例1和对比例1在5%拉伸应变后,表面形貌的SEM照片:图2(a)表明实施例1样品表面完整,未观察到宏观及微观缺陷;图2(b)表明对比例1样品表面可观察到明显的裂纹。实施例在拉伸应变大于5%小于15%的情况下,表面方阻增长率≤5%,且无宏观穿孔或裂纹等缺陷,使得复合集流体在辊压后集流体表面无损伤,性能无衰减,有利于提升直通率。此外,电池服役过程中包含集流体的电极会发生膨胀,该状态下实施例样品可保证电芯电性能的稳定,有利于提升电池的循环性能和使用寿命。
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)
1.一种高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,包括:
薄膜基体;
金属打底层,其设置于薄膜基体厚度方向的两侧表面;以及
导电层,其通过单次蒸镀沉积于金属打底层远离薄膜基体的一侧表面;
其中,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤5%。
2.根据权利要求1所述的高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤3%。
3.根据权利要求2所述的高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,所述高强度低电阻正极复合集流体的拉伸应变大于5%且小于15%的情况下,导电层的表面方阻增长率≤1%。
4.根据权利要求1所述的高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,薄膜基体为高分子材料薄膜或改性高分子材料薄膜,所述高分子材料为PET、PP、PI、PC、PMMA、PVC、TAC中的一种;
和/或,薄膜基体的厚度为2-18μm。
5.根据权利要求1所述的高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,导电层的材质为铝或者铝合金;
和/或,导电层的厚度≥900nm。
6.根据权利要求1所述的高强度低电阻正极复合集流体,其特征在于,金属打底层的材质为铝或者铝合金;
和/或,金属打底层的厚度为5-20nm。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将薄膜基体按照辊系安装于镀膜机真空腔室后,抽真空;
S2.在薄膜基体进入蒸发腔室前对其表面进行等离子体处理;
S3.通过真空蒸发镀的方式在薄膜基体表面沉积金属打底层,过程中主辊温度不低于10℃且不高于60℃;
S4.通过真空蒸发镀的方式在金属打底层表面沉积导电层,过程中主辊温度不低于30℃且不高于80℃,过程中不破真空且不改变卷绕方向。
8.根据权利要求7所述的高强度低电阻正极复合集流体的制备方法,其特征在于,在所述步骤S1中,抽真空至6.0×10-3Pa~1.0×10-3Pa;
和/或,在所述步骤S2中,所述等离子处理的电流为1-5A,氩气流量为50-300sccm;
和/或,在所述步骤S3中,金属打底层的真空蒸发镀的工艺为:送丝速度为60-150mm/min,卷绕速度为100-200m/min,主辊温度为20℃-50℃;
和/或,在所述步骤S4中,导电层的真空蒸发镀的工艺为:送丝速度为500-900mm/min,卷绕速度为5-20m/min,主辊温度为50℃-70℃。
9.一种正极极片,所述正极极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极活性材料层,其特征在于,所述正极集流体为如权利要求1-6任一项所述的高强度低电阻正极复合集流体。
10.一种电化学装置,所述电化学装置包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液,其特征在于,其中所述正极极片为如权利要求9所述的正极极片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311766319.0A CN117936795A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311766319.0A CN117936795A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117936795A true CN117936795A (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=90769062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311766319.0A Pending CN117936795A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117936795A (zh) |
-
2023
- 2023-12-20 CN CN202311766319.0A patent/CN117936795A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN211088397U (zh) | 一种二次电池及其极片 | |
JP6796114B2 (ja) | 集電体、その極シート及び電気化学デバイス | |
CN111883777A (zh) | 一种复合集流体及其制备方法、锂电池极片 | |
US20130058009A1 (en) | Metal current collector, method for preparing the same, and electrochemical capacitors with same | |
CN111640947B (zh) | 锂离子电池集流体、负极及该集流体与负极的制备方法 | |
CN112510210A (zh) | 复合集流体及其制备方法、二次电池 | |
CN114497568A (zh) | 一种热收缩复合集流体及其应用 | |
CN117154102A (zh) | 复合集流体及其制备方法和应用 | |
CN117913286B (zh) | 一种复合铜基集流体及其制备方法和锂离子电池 | |
CN115911402A (zh) | 一种锂离子电池用负极集流体及其制备方法 | |
KR20130090160A (ko) | 3층 구조의 양극 집전체 및 이를 구비한 이차전지 | |
WO2024104393A1 (zh) | 多层复合聚丙烯材料及其制备方法和应用 | |
CN117936795A (zh) | 一种高强度低电阻正极复合集流体及其制备方法和正极极片、电化学装置 | |
CN115094384B (zh) | 铜复合集流体及其制备方法和应用 | |
US20220336819A1 (en) | Secondary battery, electrode sheet thereof, and preparation method for electrode sheet | |
CN113690448A (zh) | 锂电池用的集流体的制备方法及复合集流体 | |
CN221327764U (zh) | 集流体复合膜 | |
US20230035561A1 (en) | Conductive film, preparation process therefor, electrode plate and battery | |
CN116895761A (zh) | 一种具有梯度多层结构金属层的柔性复合正极集流体及其制备方法 | |
CN113097522B (zh) | 双极板和其制备方法 | |
WO2024000803A1 (zh) | 复合集流体的制备方法及复合集流体 | |
CN118039919A (zh) | 高力学性能的复合铜集流体及其制备方法和应用 | |
CN118039920A (zh) | 一种复合集流体及其制备方法和应用 | |
CN118398826A (zh) | 一种复合集流体及其制备方法和锂离子电池 | |
CN116314838A (zh) | 一种多层复合集流体及其制备方法及包括多层复合集流体的电池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |