CN218333864U - 一种复合集流体基材 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种集流体基材，用于在集流体基材的两侧附着导电层以构成复合集流体，其中，所述集流体基材是包含A层、B层、C层的三层结构的聚酯薄膜，其中，A层和C层位于两侧表面，B层位于中间；所述集流体基材的厚度为4‑12μm。构成本申请的集流体基材的聚酯薄膜添加有聚酯功能母料，由此形成的聚酯薄膜具有低孔隙率、低吸水率、低氧气透过率等特性，外侧形成的导电层未见明显裂纹的扩展，两侧结构一致性更好。采用本申请的集流体基材可以构成替代传统的金属箔集流体的复合集流体。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其是一种替代传统的金属箔集流体的复合集流体，特别涉及一种复合集流体基材。
背景技术
集流体是锂电池的重要组成部分，主要作用是承载正负极的电极材料，同时收集电流和传导电子。传统的集流体由铜、铝等金属箔构成。作为电池中的非活性成分，集流体不贡献能量，因此为了提高电池的能量密度，就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。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种复合集流体基材，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种集流体基材，用于在集流体基材的两侧附着导电层以构成复合集流体，其中，所述集流体基材是包含A层、B层、C层的三层结构的聚酯薄膜，其中，A层和C层位于两侧表面，B层位于中间；所述集流体基材的厚度为4-12μm。
优选地，所述集流体基材的厚度为6-10μm。
优选地，所述集流体基材的外侧具有一层阻隔层，所述阻隔层的厚度为0.5-5nm。
优选地，所述三层结构的聚酯薄膜的表面的A层和C层的厚度相同，均为0.5-1μm，中间的B层的厚度为2-9μm。
构成本申请的集流体基材的聚酯薄膜添加有聚酯功能母料，由此形成的聚酯薄膜具有低孔隙率、低吸水率、低氧气透过率等特性，外侧形成的导电层未见明显裂纹的扩展，两侧结构一致性更好。采用本申请的集流体基材可以构成替代传统的金属箔集流体的复合集流体。
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。
图2显示的是根据本申请的另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。
正如背景技术所述，传统的集流体由铜、铝等金属箔构成，占据了锂电池的绝大部分重量，而将金属箔做薄却会带来一系列的问题。有鉴于此，本申请提出了一种复合集流体，如图1-2所示，本申请的复合集流体由集流体基材1和附着在集流体基材1的两侧的导电层2构成。其中，集流体基材1可以由添加了聚酯功能母料的聚酯薄膜制成，所述集流体基材1可以是添加了聚酯功能母料的单层结构的聚酯薄膜(图1)，或者是表层添加了所述聚酯功能母料的包含A层、B层、C层的三层结构的聚酯薄膜(图2)，其中，A层和C层位于两侧表面，B层位于中间。
在一个具体实施例中，所述集流体基材1的厚度优选为4-12μm，更优选为6-10μm。本申请的集流体基材1由非金属的聚酯薄膜制成，在添加了聚酯功能母料的情况下，可以具备更小的厚度，且相对现有的金属箔而言具备更好的强度和抗断裂性能，在降低了重量的同时，提升的电池的能量密度。
为了提高导电层2的性能，导电层2和集流体基材1之间的集流体基材1的外侧还可以溅射或蒸镀一层金属(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)。在一个具体实施例中，所述阻隔层11的厚度为0.5-5nm。阻隔层的设置可以将集流体基材的聚酯薄膜中的水份和气体进一步阻隔，在后续形成导电层的过程中可以消除水和气体的干扰，可以获得更加均匀的导电层，其中，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。
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，本申请提出了一种用于复合集流体的聚酯薄膜，所述聚酯薄膜构成了所述复合集流体的集流体基材，所述复合集流体的导电层附着在所述集流体基材的两侧，其中，所述聚酯薄膜为含有5～20wt％的聚酯功能母料的单层聚酯薄膜，或者为A层和C层含有5～20wt％的聚酯功能母料的包含A层、B层、C层的三层结构的聚酯薄膜。
在一个具体实施例中，构成所述集流体基材的单层结构的聚酯薄膜的厚度优选为4-10μm，构成所述集流体基材的三层结构的聚酯薄膜的厚度同样优选为4-10μm，其中，表面的A层和C层的厚度相同，均为0.5-1μm，中间的B层的厚度为2-9μm。三层结构的聚酯薄膜中间可以采用普通聚酯降低成本，同时利用表层的功能层获得所需的机体性能，提升基材对导电层的支持作用，以达到成本和性能的均衡性。
进一步地，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。
本申请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，以制备获得本申请的集流体基材1。
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集流体基材1，或者通过多层共挤工艺获得三层结构的集流体基材1的表层结构等。
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聚酯薄膜。
对比例6-10
按照上述实施例同样的方法，按下表的原料重量份比例制备作为对比的聚酯薄膜。
| 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 |
| 制备单层基材的切片量 | 5wt％ | 10wt％ | 13wt％ | 15wt％ | 20wt％ |
| 基材厚度μm | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
分别测试制备获得各聚脂薄膜的性能参数，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聚脂薄膜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。
综上所述，构成本申请的集流体基材的聚酯薄膜添加有聚酯功能母料，由此形成的聚酯薄膜具有低孔隙率、低吸水率、低氧气透过率等特性，外侧形成的导电层未见明显裂纹的扩展，两侧结构一致性更好。采用本申请的集流体基材可以构成替代传统的金属箔集流体的复合集流体。
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 (4)
1.一种集流体基材，用于在集流体基材的两侧附着导电层以构成复合集流体，其特征在于，所述集流体基材是包含A层、B层、C层的三层结构的聚酯薄膜，其中，A层和C层位于两侧表面，B层位于中间；所述集流体基材的厚度为4-12μm。
2.如权利要求1所述的集流体基材，其特征在于，所述集流体基材的厚度为6-10μm。
3.如权利要求1所述的集流体基材，其特征在于，所述集流体基材的外侧具有一层阻隔层，所述阻隔层的厚度为0.5-5nm。
4.如权利要求1所述的集流体基材，其特征在于，所述三层结构的聚酯薄膜的表面的A层和C层的厚度相同，均为0.5-1μm，中间的B层的厚度为2-9μm。
Priority Applications (1)
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| CN202222014548.4U CN218333864U (zh) | 2022-07-31 | 2022-07-31 | 一种复合集流体基材 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202222014548.4U Active CN218333864U (zh) | 2022-07-31 | 2022-07-31 | 一种复合集流体基材 |
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2022
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