一种复合集流体的制备方法及应用与流程

    技术2025-07-25  16


    本申请涉及集流体,更具体地说,它涉及一种复合集流体的制备方法及应用。


    背景技术:

    1、锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和壳体五大部分组成。正、负极的制成主要是将活性物质、导电剂及粘结剂制成的浆料涂覆在集流体上。集流体可以将活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,从而降低电池的内阻,提升电池的电化学性能和循环稳定性。

    2、随着新能源技术的快速发展,对于集流体的要求也正向着更薄、更低成本、高抗拉强度和高延伸率的方向发展。目前,在锂离子电池中,一般正极采用的集流体为铝箔,负极采用的集流体为铜箔。传统的铜箔集流体性能已不能满足发展需求,因此技术人员开发出了复合铜箔。复合铜箔是一种新型集流体材料,具有类似三明治的夹层结构,中间层是以高分子树脂等材料制作的薄膜,两侧为铜金属层,相较于传统铜箔集流体,复合铜箔能节约金属铜的用量,降低电池重量和材料成本。并且在安全性上,使用寿命和能量密度均有较大提升。另外,传统铜箔集流体穿刺时会产生大尺寸毛刺,造成内短路,而复合铜箔中间的绝缘基材具有阻燃特性,且金属导电层较薄,短路时会如保险丝那样熔断,使得电池损坏仅限于穿刺位点而不进一步传到电流,阻止电芯燃烧,从而防止热失控。

    3、复合铜箔的主流生产方式为真空磁控溅射和水电镀,具体流程是:先在塑料薄膜基材上进行磁控溅射,制作一层约50nm的基础金属层,再用水电镀工艺将铜镀层提升至1μm左右,形成三明治结构的复合铜箔。该类方法有以下不足:1、生产工艺较复杂,需要不少于两步法才能成型,设备投入和生产成本较高,生产效率低;2、该方法对磁控溅射和水电镀的工艺要求较高,喷镀的工艺会影响产品的均匀性、柔韧性、延展性和康养还行;3、磁控溅射过程在高速、高温条件下进行,粒子可能会飞溅并熔穿基膜形成通孔,进而造成集流体的电化学性能下降。


    技术实现思路

    1、为了解决上述工艺的不足,本申请提供一种复合集流体的制备方法及应用。

    2、第一方面,本申请提供一种复合集流体的制备方法,采用如下的技术方案:

    3、一种复合集流体的制备方法,包括如下步骤:在基膜表面涂布金属浆料,固化后形成金属膜,得到复合集流体;

    4、所述金属浆料包括金属相和有机相;

    5、所述有机相包括有机溶剂和有机添加剂。

    6、优选的,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    7、a1)所述金属浆料的重量百分比组成为:金属相60-95%、有机相5-30%;

    8、a2)固化为光固化;

    9、a3)涂布采用成膜工艺,所述成膜工艺包括微凹印刷和流延工艺;

    10、a4)基膜为聚烯烃材料或聚酯材料;

    11、a5)涂布为单面涂布或双面涂布。

    12、优选的,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    13、b1)金属相的粒径d50小于1μm;

    14、b2)金属相为铜、铝、铜基合金、铝基合金中的一种或多种;

    15、b3)金属膜的厚度小于10μm。

    16、优选的,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    17、c1)有机相的重量百分比组成为:有机溶剂50-95%、有机添加剂10-5%;

    18、c2)有机溶剂为沸点小于250℃的单一或混合溶剂;

    19、c3)有机添加剂包括分散剂和偶联剂。

    20、在本申请的一些实施方式中,金属浆料的重量百分比组成可以为:金属相60-65%、有机相35-40%或金属相65-70%、有机相30-35%或金属相70-75%、有机相25-30%或金属相75-80%、有机相20-25%或金属相80-85%、有机相15-20%或金属相85-90%、有机相10-15%或金属相90-95%、有机相5-10%等;典型但非限制性的,金属浆料的重量百分比组成可以为:金属相60%、有机相40%或金属相65%、有机相35%或金属相70%、有机相30%或金属相75%、有机相25%或金属相80%、有机相20%或金属相85%、有机相15%或金属相90%、有机相10%或金属相95%、有机相5%等。

    21、优选的,在本申请的一些实施方式中,所述a4)中,聚烯烃材料可以为pp、pe、pvdf等。

    22、在本申请的一些实施方式中,有机相的重量百分比组成可以为:有机溶剂50-60%、有机添加剂40-50%或有机溶剂60-70%、有机添加剂30-40%或有机溶剂70-80%、有机添加剂20-30%或有机溶剂80-90%、有机添加剂10-20%等;典型但非限制性的,有机相的重量百分比组成可以为:有机溶剂50%、有机添加剂50%或有机溶剂55%、有机添加剂45%或有机溶剂60%、有机添加剂40%或有机溶剂65%、有机添加剂35%或有机溶剂70%、有机添加剂30%或有机溶剂75%、有机添加剂25%或有机溶剂80%、有机添加剂20%或有机溶剂85%、有机添加剂15%或有机溶剂95%、有机添加剂5%等。

    23、优选的,所述溶剂为乙醇、乙酸乙酯、石油醚、正丁醇、松油醇、二氢松油醇、异丙醇、柠檬酸三丁酯中的一种或多种。

    24、优选的,所述分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂和高分子型分散剂。进一步优选的,所述分散剂为羧酸盐、季铵盐、油氨基油酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、1,4-丁内脂、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、油氨基油酸酯、聚甲基丙烯酸铵等中的一种或多种。

    25、优选的,所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等中的一种或多种。

    26、优选的,所述有机添加剂中还包括羟脯氨酸,羟脯氨酸能够与分散剂、偶联剂协同,在光固化条件下提升金属膜与基膜之间的结合力。

    27、优选的,所述a5)中,当为双面涂布时,基膜两侧金属膜中金属相的材料为相同或不同。

    28、第二方面,本申请提供一种复合集流体,采用上述的制备方法制得。

    29、第三方面,本申请提供一种复合集流体的应用,将上述的复合集流体用于锂电池制备。

    30、综上所述,本申请具有以下有益效果:

    31、1、本申请采用金属浆料通过成膜工艺在基膜表面固化形成金属膜,整体制备工艺简单,生产效率高,能够大批量生产。

    32、2、本申请中的金属膜厚度可以调控,能够满足不同需求的锂电池制备。

    33、3、本申请的金属浆料由金属相和有机相组成,通过有机溶剂、分散剂和偶联剂的共同作用,使金属相均匀分布在金属膜内,并且金属层与基膜之间的结合牢度强,不易脱落。



    技术特征:

    1.一种复合集流体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:在基膜表面涂布金属浆料,固化后形成金属膜,得到复合集流体;

    2.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    3.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    4.根据权利要求1所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,还包括如下技术特征中的一项或多项:

    5.根据权利要求4所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,所述溶剂为乙醇、乙酸乙酯、石油醚、正丁醇、松油醇、二氢松油醇、异丙醇、柠檬酸三丁酯中的一种或多种。

    6.根据权利要求4所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,所述分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂和高分子型分散剂;优选的,所述分散剂为羧酸盐、季铵盐、油氨基油酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、1,4-丁内脂、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、油氨基油酸酯、聚甲基丙烯酸铵等中的一种或多种。

    7.根据权利要求4所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等中的一种或多种。

    8.根据权利要求7所述的一种复合集流体的制备方法,其特征在于,所述a5)中,当为双面涂布时,基膜两侧金属膜中金属相的材料为相同或不同。

    9.一种复合集流体,其特征在于,采用如权利要求1-8任一所述的制备方法制得。

    10.一种复合集流体应用,其特征在于,将如权利要求9所述的复合集流体在锂电池制备中的应用。


    技术总结
    本申请涉及集流体技术领域,具体公开了一种复合集流体的制备方法及应用。一种复合集流体的制备方法,包括如下步骤:在基膜表面涂布金属浆料,固化后形成金属膜,得到复合集流体;所述金属浆料包括金属相和有机相;所述有机相包括有机溶剂和有机添加剂。本申请制得的复合集流体可用于锂电池制备,具有工艺简单、生产效率高、金属膜与基膜结合力高的优点。

    技术研发人员:崔淼森,崔治坤
    受保护的技术使用者:江西国科众联新材料有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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