复合金属箔、集流体、制备方法及用途与流程

本发明涉及用于锂电池的集流体，具体涉及复合金属箔、集流体、制备方法及用途。

背景技术：

1、复合金属箔是一种新型箔材料，它是在有机材料层的至少一面通过某种工艺形成金属层，然后使用电沉积等技术在金属层上形成金属堆积层。在电池使用过程中，复合金属箔能够有效提升能量密度、降低原材料成本。此外，在锂电池局部过热或局部短路时，可以快速熔断复合金属箔，从而起到短路的作用，进而使锂电池不发生热失控，提升电池安全性。此外，复合金属箔可以形成膨状海绵体，可以吸收锂电池膨胀时的应力，从而可以提升锂电池的寿命。

2、未来，复合金属箔有望在动力领域及电网、家庭储能、电子烟、智能穿戴等对价格敏感性高，同时对安全性能要求高的领域获得较大规模应用。

3、以往，已有研究获得了用于锂电池的负极集流体的复合金属箔，并对制备工艺进行了不断改进。例如，专利文献1中，公开号为cn115700295a，提供一种pet复合铜箔卷的连续制备工艺，通过将聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)作为载体材料，利用磁控溅射工艺，在其表面沉积一层均匀薄铜，并配制了pet复合铜箔电镀液，通过脉冲电镀，将pet复合铜箔的厚度增加，具有安全性高和轻量化的特点。

4、专利文献2中，公开号为cn114351217a，提供一种包括纳米纤维素膜层、纳米铜打底层及电镀铜层的金属电镀复合薄膜，以解决电池能力密度和降低内阻提高循环性能。所述复合薄膜具有优良的导电性，其表面方阻10-200mω，断裂伸长率2.5％～7％，厚度5～30μm，且质量相较于金属铜箔有效减少质量60％-80％，用作锂电池负极集流体电池能量密度可提升5％-10％。将纳米纤维素/纳米铜复合材料应用于锂离子电池的集流体中，纳米纤维素对纳米铜进行分散，内阻可有效降低20-40％。

5、现有复合金属箔依然存在表面方阻偏高，具有该复合金属箔对电池能量密度提升的能力不足，以及复合金属箔层间结合弱、强度不足的问题。尚不知道能够兼顾表面方阻、电池能量密度以及强度的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题。

2、本发明提供了一种复合金属箔，包括厚度为3~10μm的聚合物层、至少位于所述聚合物层一侧的厚度为15~100nm的金属层和位于金属层上的厚度为800~1210nm的金属堆积层。

3、根据本发明的实施例，所述金属堆积层在远离聚合物层的厚度方向依次包括厚度50~110nm的金属堆积层和厚度为750~1100nm的金属堆积层。

4、根据本发明的实施例，50~110nm厚度的金属堆积层与厚度为750~1100nm的金属堆积层的厚度比为8~10。

5、根据本发明的实施例，所述聚合物层的材料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶和聚碳酸酯中的至少一种。

6、根据本发明的实施例，所述金属堆积层外表面粗糙度为0.5~6μm。

7、根据本发明的实施例，所述金属堆积层外表面方阻小于3mω。

8、本发明还提供了一种复合金属箔的制备方法，具备如下制备步骤：

9、制备厚度为3~10μm的聚合物层；

10、在所述聚合物层的至少一面通过真空磁控溅射活化工序形成厚度为5~20nm的金属打底层；

11、在所述金属打底层上通过真空磁控溅射镀金属工序形成厚度为10~80nm的金属溅射层；

12、在金属溅射层上碱性离子置换获得50~110nm厚度的金属堆积层，再通过酸性离子置换获得厚度为750~1100nm的金属堆积层。

13、根据本发明的实施例，所述酸性离子置换的镀覆液含有氮化合物。

14、根据本发明的实施例，所述氮化合物选自聚亚烷基亚胺、吲哚、苯并三氮唑、苯并咪唑中的至少一种。

15、本发明还提供了一种用于锂电池的集流体，其具有上述任一项所述的复合金属箔。

16、本发明还提供了一种如上所述的复合金属箔或者复合金属箔的制造方法制得的复合金属箔在集流体中的用途。

17、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

18、本发明实施例提供的复合金属箔，能够使厚度误差显著降低，并且形成更加致密、均匀的金属箔，从而显著降低了表面方阻。同时，层间结合力显著提高，进而提高了弯曲强度和电池能量密度。此外，本发明复合金属箔的制备方法能够广泛适用于对能量密度和安全性要求高的锂电池的集流体领域。

19、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种复合金属箔，其特征在于，包括厚度为3~10μm的聚合物层、至少位于所述聚合物层一侧的厚度为15~100nm的金属层和位于金属层上的厚度为800~1210nm的金属堆积层。

2.根据权利要求1所述的复合金属箔，其特征在于，所述金属堆积层在远离聚合物层的厚度方向依次包括厚度50~110nm的金属堆积层和厚度为750~1100nm的金属堆积层。

3.根据权利要求1或2所述的复合金属箔，其特征在于，50~110nm厚度的金属堆积层与厚度为750~1100nm的金属堆积层的厚度比为8~10。

4.根据权利要求1或2所述的复合金属箔，其特征在于，所述聚合物层的材料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶和聚碳酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的复合金属箔，其特征在于，所述金属堆积层最外表面粗糙度为0.5~6μm。

6.一种复合金属箔的制备方法，其特征在于，具备如下制备步骤：

7.根据权利要求6所述的复合金属箔的制备方法，其特征在于，所述酸性离子置换的镀覆液含有氮化合物。

8.根据权利要求7所述的复合金属箔的制备方法，其特征在于，所述氮化合物选自聚亚烷基亚胺、吲哚、苯并三氮唑、苯并咪唑中的至少一种。

9.一种用于锂电池的集流体，其特征在于，其具有权利要求1~5任意一项所述的复合金属箔。

10.权利要求1~5任意一项所述的复合金属箔或由权利要求6~8任一项所述的复合金属箔的制造方法制得的复合金属箔在集流体中的用途。

技术总结
本发明涉及用于锂电池的集流体技术领域，具体涉及复合金属箔、集流体、制备方法及用途。所述复合金属箔包括厚度为3~10μm的聚合物层、至少位于所述聚合物层一侧的厚度为15~100nm的金属层和位于金属层上的厚度为800~1210nm的金属堆积层。本发明的复合金属箔，厚度误差较传统6μm压延锂电铜箔显著降低，表面方阻低，并且弯曲强度、能量密度都获得了显著的提升。

技术研发人员：宋文兰
受保护的技术使用者：河北海伟电子新材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15