复合集流体及其制备方法、锂离子电池和车辆与流程

1.本发明涉及电池技术领域，具体提供一种复合集流体及其制备方法、锂离子电池和车辆。


背景技术：

2.近年来随着锂离子电池行业的发展，电动汽车技术的成熟和日益完善，动力锂离子电池的应用也越来越广泛。目前，锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解质以及集流体组成，其中，集流体与锂离子电池的能量密度密切相关，集流体通常使用铜箔、铝箔、镍箔等金属箔材，为了提高锂离子电池的能量密度，还可以使用复合集流体。
3.然而，现有技术中，复合集流体通常采用蒸镀或者溅射等方法在聚合物基材的表面镀设金属层，从而制得复合集流体。但是，通过蒸镀或者溅射等方法镀设的金属层会对聚合物基材造成热损伤，尤其是当金属层要求较厚时，真空镀膜温度过高，会加剧对聚合物基材造成的热损伤，影响了锂离子电池的性能。
4.因此，本领域需要一种新的复合集流体及其制备方法、锂离子电池和车辆来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有真空镀制备方法会对厚镀层复合集流体造成热损伤的问题。
6.在第一方面，本发明提供了一种复合集流体的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：s1、将基膜放卷；s2、在所述基膜的至少一个表面真空镀设导电过渡层，得到真空镀基膜；s3、在所述真空镀基膜的表面电镀金属膜层，得到电镀基膜；s4、对所述电镀基膜进行洗涤处理、烘干处理和收卷处理，得到所述复合集流体。
7.在上述制备方法的优选技术方案中，所述s1中，所述基膜的放卷速度为10-100m/min。
8.在上述制备方法的优选技术方案中，所述s2中，当真空度达到预设真空度时，采用真空镀膜的方式在所述基膜的至少一个表面镀设所述导电过渡层，得到所述真空镀基膜；其中，所述预设真空度小于等于5
×
10-4
pa；并且/或者所述真空镀膜的方式为物理气相沉积或化学气相沉积。
9.在上述制备方法的优选技术方案中，所述s3中，将所述真空镀基膜在电镀电流密度为0.01～5a/dm2的电镀液中电镀，得到所述电镀基膜。
10.在上述制备方法的优选技术方案中，所述电镀液的溶质为卤化铝或硫酸铜。
11.在上述制备方法的优选技术方案中，所述s4中，所述洗涤处理的工艺参数为：洗涤方式为浸泡洗涤或喷淋洗涤，洗涤介质为水、酒精或丙酮；并且/或者所述烘干处理的工艺参数为：烘干方式为热风烘干，烘干风速为0.5～15m/s，烘干温度为20～120℃。
12.在上述制备方法的优选技术方案中，所述基膜的厚度为1-12μm；并且/或者所述导
电过渡层的厚度为0.5μm-10μm；并且/或者所述电镀金属膜层的厚度为0.5μm-10μm；并且/或者所述基膜的材料选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的一种；并且/或者所述导电过渡层的材料选自石墨或硅，或者所述导电过渡层的材料选自金、银、铝、铜、镍及其合金中的一种；并且/或者所述电镀金属膜层的材料选自铝、铜和镍中的一种。
13.在第二方面，本发明提供了复合集流体，所述复合集流体采用上述优选技术方案中任一项所述的制备方法制得。
14.在第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述优选技术方案中所述的复合集流体。
15.在第四方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆包括上述优选技术方案中所述的复合集流体或者锂离子电池。
16.在本发明的复合集流体的制备方法的优选技术方案中，制备方法包括下列步骤：s1、将基膜放卷；s2、在基膜的至少一个表面真空镀设导电过渡层，得到真空镀基膜；s3、在真空镀基膜的表面电镀金属膜层，得到电镀基膜；s4、对电镀基膜进行洗涤处理、烘干处理和收卷处理，得到复合集流体。
17.相对于现有技术中直接在聚合物基材的表面电镀金属层制备复合集流体的技术方案，本发明首先在基膜的至少一个表面真空镀设导电过渡层，然后才在导电过渡层的表面电镀金属膜层，由于导电过渡层较薄，避免了真空镀设过程中对基膜造成热损伤。此外，由于基膜不会被热损伤，不会影响锂离子电池的性能，那么就可以降低基膜的厚度，有利于提高锂离子电池的能量密度。
18.进一步地，以真空镀设的导电过渡层进行打底，再在导电过渡层的表面电镀金属膜层进行增厚以达到目标厚度，相对于直接在基膜的表面真空镀目标厚度的金属层的技术方案，降低了真空镀金属膜层的厚度，有利于进一步避免对基膜造成热损伤。同时，可通过先真空镀低成本金属材料、再电镀贵金属材料，制成复合金属膜层，节约了外层贵金属材料，有利于降低成本。
19.更进一步地，由于是在导电过渡层的表面电镀金属膜层，而且电镀过程为低温，即使电镀的金属膜层较厚，也不会对基膜造成热损伤，实现了得到厚镀层的目的。
20.进一步地，导电过渡层可以选择与金属膜层不同的高镀率过渡金属，有利于提高生产效率。同时可以通过增加电镀电流密度，以及增加导电转向辊数量来增加电镀槽内极片的长度，实现高速镀外层金属膜。
附图说明
21.下面参照附图来描述本发明的复合集流体及其制备方法，附图中：
22.图1是本发明的复合集流体的制备装置的结构示意图；
23.图2是本发明的复合集流体的剖视图；
24.图3是本发明的复合集流体的制备方法的流程图。
25.附图标记列表
26.1、放卷机构；
27.2、真空镀膜机构；
28.3、电镀机构；31、电镀槽；32、转向组件；321、转向辊；
29.4、洗涤机构；
30.5、烘干机构；
31.6、收卷机构；
32.7、复合集流体；71、基膜；72、导电过渡层；721、第一导电过渡层；722、第二导电过渡层；73、金属膜层。
具体实施方式
33.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本技术是结合锂电动汽车来描述的，但是，本发明的技术方案并不局限于此，该复合集流体显然也可以应用于混合动力汽车等其他车辆，这种改变并不偏离本发明的原理和范围。
34.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.基于背景技术中提出的技术问题，本发明提供了一种复合集流体的制备方法，旨在基膜与金属膜层之间真空镀设导电过渡层，以避免对基膜造成热损伤，避免影响锂离子电池的性能。
37.首先参见图1和图2，对本发明的复合集流体的制备装置进行描述。其中，图1是本发明的复合集流体的制备装置的结构示意图；图2是本发明的复合集流体的剖视图。
38.如图1所示并结合图2，本发明的复合集流体的制备装置包括放卷机构1、真空镀膜机构2、电镀机构3、洗涤机构4、烘干机构5以及收卷机构6；其中，放卷机构1、真空镀膜机构2、电镀机构3、洗涤机构4、烘干机构5以及收卷机构6沿复合集流体7的基膜71的传送方向(即图1中由左向右的方向)依次连接；放卷机构1用于放卷基膜71；真空镀膜机构2用于在基膜71的至少一个表面真空镀设导电过渡层72，得到真空镀基膜71；电镀机构3用于在真空镀基膜71的表面(即导电过渡层72的表面)电镀金属膜层73，得到电镀基膜71；洗涤机构4用于洗涤电镀基膜71；烘干机构5用于烘干洗涤后的电镀基膜71；收卷机构6用于收卷烘干后的电镀基膜71，得到复合集流体7。即基膜71被放卷机构1放卷之后，依次经过真空镀膜机构2、电镀机构3、洗涤机构4、烘干机构5并通过收卷机构6收卷。
39.优选地，电镀机构3包括电镀槽31和5组转向组件32，电镀槽31内存放有电镀液，5组转向组件32设置在电镀槽31内且位于电镀液内；其中，2组转向组件32位于电镀槽31的上部(即图1中纸面上方的位置)，3组转向组件32位于电镀槽31的下部(即图1中纸面下方的位置)，且5组转向组件32沿电镀槽31的基膜71的传送方向(即图1中由左向右的方向)交错间
隔设置，位于电镀槽31上部的2组转向组件32分别与基膜71沿厚度方向(即图1中由下至上的方向)的下表面(即图1中朝向纸面下方的表面)接触，位于电镀槽31下部的3分别与基膜71沿厚度方向的上表面(即图1中朝向纸面上方的表面)接触。
40.优选地，每组转向组件32均包括两个转向辊321，两个转向辊321沿电镀槽31的基膜71的传送方向间隔设置，且每个转向辊321均能够提供0.01～5a/dm2的电镀电流密度。当然，每组转向组件32也可以包括一个、三个、四个或五个转向辊321，无论如何调整和设置转向辊321的数量，将全部的转向辊321沿电镀槽31的基膜71的传送方向间隔设置即可。
41.此外，转向组件32的数量也不上述列举的数量，在实际应用中，可以根据基膜71的移动速度、电镀金属膜层73的速率以及金属膜层73的厚度等灵活地调整和设置转向组件32的数量，例如2组、3组、4组、6组或8组，无论如何调整和设置转向组件32的数量，将全部的转向组件32沿电镀槽31的基膜71的传送方向交错间隔设置，能够分别与基膜71的上表面和下表面接触即可。
42.下面参见图1至图3，对本发明的复合集流体的制备方法进行描述。其中，图3是本发明的复合集流体的制备方法的流程图。
43.如图3所示并结合图1和图2，本发明的复合集流体的制备方法包括包括下列步骤：
44.s1、将基膜放卷；
45.s2、在基膜的至少一个表面真空镀设导电过渡层，得到真空镀基膜；
46.s3、在真空镀基膜的表面电镀金属膜层，得到电镀基膜；
47.s4、对电镀基膜进行洗涤处理、烘干处理和收卷处理，得到复合集流体。
48.采用上述方法制备复合集流体，首先在基膜的至少一个表面真空镀设导电过渡层，然后才在导电过渡层的表面电镀金属膜层，由于导电过渡层较薄，避免了真空镀设过程中对基膜造成热损伤。此外，由于基膜不会被热损伤，不会影响锂离子电池的性能，那么就可以降低基膜的厚度，有利于提高锂离子电池的能量密度。
49.进一步地，以真空镀设的导电过渡层进行打底，再在导电过渡层的表面电镀金属膜层进行增厚以达到目标厚度，相对于直接在基膜的表面真空镀目标厚度的金属层的技术方案，降低了真空镀金属膜层的厚度，有利于进一步避免对基膜造成热损伤。同时，可通过先真空镀低成本金属材料、再电镀贵金属材料，制成复合金属膜层，节约了外层贵金属材料，有利于降低成本。
50.更进一步地，由于是在导电过渡层的表面电镀金属膜层，而且电镀过程为低温，即使电镀的金属膜层较厚，也不会对基膜造成热损伤，实现了得到厚镀层的目的。
51.进一步地，导电过渡层可以选择与金属膜层不同的高镀率过渡金属，有利于提高生产效率。同时可以通过增加电镀电流密度，以及增加导电转向辊数量来增加电镀槽内极片的长度，实现高速镀外层金属膜。
52.步骤s1中，通过放卷机构将基膜放卷，并放卷至真空镀膜机构。其中，基膜的放卷速度为10-100m/min。优选地，放卷速度为25m/min、50m/min或者75m/min。
53.其中，基膜的厚度为1-12μm。优选地，基膜的厚度为4μm、7μm、或者10μm。
54.其中，基膜的材料选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的一种。优选地，基膜的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯。
55.步骤s2中，当真空镀膜机构工作时，当其真空度达到预设真空度时，采用真空镀膜的方式在基膜沿厚度方向的两个表面镀设导电过渡层，得到真空镀基膜。当然，在步骤s2中，也可以只在基膜沿厚度方向的一个表面真空镀设导电过渡层，本领域技术人员可以根据实际的产品需求，灵活地调整和设置导电过渡层的镀设位置。
56.优选地，预设真空度小于等于5
×
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pa，即真空环境的真空度不高于5
×
10-4
pa。
57.优选地，真空镀膜的方式为溅射镀、离子镀、真空蒸镀等其他的物理气相沉积或化学气相沉积的方法。采用真空镀膜工艺，能够使得导电过渡层分布的更加均匀，而且使得导电过渡层的厚度较薄，有利于提高锂离子电池的能量密度。
58.其中，导电过渡层的厚度为0.5μm-10μm。优选地，导电过渡层的厚度为0.5μm、0.8μm、或者1.2μm。
59.其中，导电过渡层的材料选自石墨或硅；或者导电过渡层的材料也可以选自金、银、铝、铜、镍及其合金中的一种。优选地，导电过渡层的材料选自铝或者铜。
60.步骤s3中，真空镀设后的基膜被输送至电镀机构，转向辊能够提供0.01～5a/dm2的电镀电流密度，使得真空镀基膜在电镀电流密度为0.01～5a/dm2的电镀液中电镀，使电镀液中金属离子可电离沉积到导电过渡层的表面(即真空镀基膜的表面)，得到电镀基膜。
61.其中，电镀电流密度为0.01～5a/dm2。优选地，电镀电流密度为0.5a/dm2、1.5a/dm2或者2.5a/dm2。
62.其中，电镀金属膜层的材料选自铝、铜和镍中的一种，或者金属膜层的材料也可为其他可做为电极材料的材料；相应地，电镀液的溶质为卤化铝或硫酸铜，优选地，卤化铝可以是氟化铝、氯化铝、溴化铝、碘化铝等，或者电镀液的溶质也可为其他可通过电镀方法在基膜表面沉积金属的电镀液。
63.其中，金属膜层的厚度为0.5μm-10μm。优选地，金属膜层的厚度为0.2μm、1.5μm、或者2.8μm。
64.步骤s4中，将电镀基膜输送至洗涤机构进行洗涤，其中，洗涤处理的工艺参数为：洗涤方式为浸泡洗涤或喷淋洗涤；洗涤介质为水，例如，去离子水、纯净水、超纯水等，或者洗涤介质也可以为酒精、丙酮等其他洗涤用剂。
65.进一步地，将洗涤后的电镀基膜输送至烘干机构进行烘干，其中，烘干处理的工艺参数为：烘干方式为热风烘干，烘干风速为0.5～15m/s，烘干温度为20～120℃。
66.进一步地，将烘干的电镀基膜收卷至收卷机构，得到复合集流体，其中，收卷处理的工艺参数为：其收卷速度与基膜的放卷速度相匹配，为10-100m/min，优选地，放卷速度为25m/min，相应地收卷速度为25m/min；放卷速度为50m/min，相应地收卷速度为50m/min；放卷速度为75m/min，相应地收卷速度为75m/min。
67.下面以在基膜沿厚度方向的两个表面均真空镀设导电过渡层为例，进一步阐述本发明的制备方法。
68.对比例1：
69.选取厚度为4μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜，采用真空镀膜的方式在pet薄膜沿厚度方向的两个表面分别沉积1μm铜层，得到6μm厚复合集流体，其单位质量为19.5g/m2，方阻为16.3mω。
70.对比例2：
71.选取厚度为4μm的pet薄膜，采用真空镀膜的方式在pet薄膜沿厚度方向的两个表面分别沉积1μm铝层，得到6μm厚复合集流体，其方阻为45.2mω。
72.实施例1：应用于阳极极片的复合集流体
73.(1)选取厚度为4μm的pet薄膜，通过放卷机构将pet薄膜放卷至真空镀膜机构，放卷速度为25m/min；
74.(2)在真空镀膜机构的真空度达到5
×
10-4
pa及以下时，开启真空镀膜，采用真空镀膜的方式在pet薄膜沿厚度方向的两个表面分别沉积0.8μm铝层，并输送至电镀机构；
75.(3)选取cuso4溶液为电镀液，设置电镀电流密度为0.5a/dm2，进行电镀，使得cuso4溶液中的铜离子可电离沉积到铝层的表面，形成0.2μm的铜层。
76.(4)将电镀基膜输送至洗涤机构，采用去离子水喷淋洗涤；再将洗涤后的电镀基膜输送至烘干机构，在烘干风速为10m/s，烘干温度为100℃的条件下烘干，并收卷至收卷机构，得到6μm厚复合集流体，其单位质量为19.5g/m2。
77.实施例1在pet薄膜的任一单面形成“0.8μm铝层+0.2μm铜层”的双层复合集流体，相对于对比例1在pet薄膜的任一单面形成1μm铜层的复合集流体，降低了铜层的厚度，减少了铜的用量，优选地，铜的用量仅为传统方案的20％，成本降低至对比例1的70％左右；而且，铝的密度小于铜的密度，从而可以减轻复合集流体的重量，优选地，对比例1的复合集流体的单位质量为19.5g/m2，实施例1的复合集流体的单位质量为11.2g/m2，使得复合集流体可以减重约43％。
78.进一步地，在电镀时，实施例1在0.8μm铝层的表面电镀0.2μm铜层，代替了直接在pet薄膜的表面直接电镀1μm铜层，降低了铜层的厚度，从而降低了电镀难度以及出现缺陷的比例，避免了对pet薄膜造成热损伤。
79.实施例2：应用于阴极极片的复合集流体
80.(1)选取厚度为4μm的pet薄膜，通过放卷机构将pet薄膜放卷至真空镀膜机构，放卷速度为25m/min；
81.(2)在真空镀膜机构的真空度达到5
×
10-4
pa及以下时，开启真空镀膜，采用真空镀膜的方式在pet薄膜沿厚度方向的两个表面分别沉积0.8μm铜层，并输送至电镀机构；
82.(3)选取卤化铝溶液为电镀液，设置电镀电流密度为1.5a/dm2，进行电镀，使得卤化铝溶液中的铝离子可电离沉积到铜层的表面，形成0.2μm的铝层。其中，卤化铝可以是氟化铝、氯化铝、溴化铝、碘化铝等。
83.(4)将电镀基膜输送至洗涤机构，采用纯净水浸泡洗涤；再将洗涤后的电镀基膜输送至烘干机构，在烘干风速为8m/s，烘干温度为110℃的条件下烘干，并收卷至收卷机构，得到6μm厚复合集流体，其方阻为18.6mω。
84.实施例2在pet薄膜的任一单面形成“0.8μm铜层+0.2μm铝层”的双层复合集流体，相对于对比例2在pet薄膜的单面形成1μm铝层的复合集流体，其中，对比例2的复合集流体的方阻为45.2mω，实施例2的复合集流体的方阻为18.6mω，小于对比例2，从而降低了阻抗，因此，提高了复合集流体的电导率，优选地，复合集流体的方阻约为对比例2的41％。
85.进一步地，即便是与对比例1进行对比，实施例2的复合集流体的方阻也仅仅是略高于对比例1的方阻(16.3mω)，并没有导致复合集流体的电导率明显降低，而且节约了铜的用量，降低了成本。
86.实施例3：高厚度镀层复合集流体
87.(1)选取厚度为4μm的pet薄膜，通过放卷机构将pet薄膜放卷至真空镀膜机构，放卷速度为25m/min；
88.(2)在真空镀膜机构的真空度达到5
×
10-4
pa及以下时，开启真空镀膜，采用真空镀膜的方式在pet薄膜沿厚度方向的两个表面分别沉积0.5μm铜层，并输送至电镀机构；
89.(3)选取cuso4溶液为电镀液，设置电镀电流密度为1.5a/dm2，进行电镀，使得cuso4溶液中的铜离子可电离沉积到铜层的表面，形成1.5μm的铜层。
90.(4)将电镀基膜输送至洗涤机构，采用超纯水喷淋洗涤；再将洗涤后的电镀基膜输送至烘干机构，在烘干风速为12m/s，烘干温度为90℃的条件下烘干，并收卷至收卷机构，得到8μm厚复合集流体。
91.实施例3在pet薄膜的任一单面形成“0.5μm真空镀铜层+1.5μm电镀铜层”的复合集流体，即pet薄膜的任一单面镀层厚度为2μm铜层，提高了铜层的总厚度，而且由于先在pet薄膜的表面真空镀设了0.5μm铜层，而且电镀过程为低温，即使电镀的铜层较厚，也不会对pet薄膜造成热损伤，即以“真空镀+电镀”方式代替单纯真空镀方式，实现了制备厚铜镀层的目的。
92.此外，本发明还提供了一种复合集流体，该复合集流体采用上述实施方式中任一项的制备方法制得。
93.如图2所示，复合集流体7包括基膜71、导电过渡层72和金属膜层73，其中，导电过渡层72真空镀设在基膜71沿厚度方向(即图2中由下至上的方向)的两个表面，分别为第一导电过渡层721和第二导电过渡层722；金属膜层73分别电镀在第一导电过渡层721的外表面(即图2中朝向纸面上方的表面)和第二导电过渡层722的外表面(即图2中朝向纸面下方的表面)。当然，在实际应用中，也可以只在基膜71沿厚度方向的一个表面真空镀设导电过渡层72，相应地，在导电过渡层72的表面电镀金属膜层73。
94.此外，本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述实施方式中任一项的复合集流体。
95.此外，本发明还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述实施方式中任一项的复合集流体或者锂离子电池。
96.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。