一种新型双极复合集流体及其制备工艺

本发明属于电池材料，具体涉及一种新型双极复合集流体及其制备工艺。

背景技术：

1、锂离子电池(lib)由于其较高能量密度、长循环寿命以及良好的循环稳定性使得其被很多研究者们关注，同时随着国家的能源结构框架的不断转型向清洁低碳，使得新能源电池行业持续火热。锂离子电池研究的不断深入使得其性能愈发优异使其应用的场景愈发广泛，包括移动设备、笔记本电脑、电动汽车，甚至航空航天技术等领域，这使得其在市场中的竞争力也越来越强。尽管有以上的优点，但是在锂离子电池的应用过程中也带来一些新的问题与挑战，比如：制备工艺较为繁琐；电池制造成本较高；安全性能较差；低温或高温下电池容量保持不好等问题。在以上的问题当中，随着消费者对电池的使用愈加频繁以及企业生产需要，使人们对电池的成本降低、性能以及安全使用越来越关注，故为了简化工业上制备复合集流体降低电池的制备成本，提高电池的便捷组装性能，急需一种结构优化的集流体。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型双极复合集流体及其制备工艺。本发明通过在含阻燃剂的有通孔结构的高分子层的至少一侧磁控溅射中间金属层，后通过化学镀或电镀等方法在中间层后再蒸镀或磁控溅射正负极金属层形成复合集流体，最后对该复合集流体进行辊压处理，形成一种有着通孔结构的双极并且兼顾安全性和强度的新型双极复合集流体。

2、根据本发明的一个方面，本发明首先提供了一种新型双极复合集流体，所述新型双极复合集流体从上至下依次包括正极金属层、中间金属层、高分子材料基材层、中间金属层和负极金属层，所述正极金属层和/或负极金属层表面具有糙化的辊压结构。

3、根据本发明的一个实施方式，所述高分子材料基材层的厚度为1-15微米，所述高分子材料基材层表面具有多个通孔，所述通孔直径为0.1-1微米，使所述高分子材料基材层与所述中间金属层的结合更紧密。

4、根据本发明的一个实施方式，所述高分子材料基材层中的高分子材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

5、根据本发明的一个实施方式，所述高分子材料基材层的高分子材料中添加有阻燃剂，所述阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇、纳米级氢氧化镁中的一种。

6、根据本发明的一个实施方式，所述中间金属层为铬，锌，钴，镍，钛中的一种，优选铬，所述中间金属层厚度为1-20纳米。

7、根据本发明的一个实施方式，所述正极金属层优选铝层，所述负极金属层优选铜层，所述铜层的厚度为0.5-10微米，所述铝层的厚度为1-20微米。

8、根据本发明的一个实施方式，所述糙化的辊压结构的糙化度为0.1-5ra，优选1-5ra。

9、根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述新型双极复合集流体的制备工艺，包括以下步骤：

10、s1：在所述高分子材料基材层一侧先磁控溅射中间金属层，再向所述中间金属层的表面溅射一层金属晶种层后进行电沉积形成负极金属层；同样的再向所述高分子材料基材层的另一侧溅射中间层金属后，再向所述中间金属层的表面溅射另一层金属晶种层后进行电沉积形成正极金属层；

11、s2：对所述正极金属层、负极金属层进行糙化辊磨削处理，得到所述新型双极复合集流体。

12、根据本发明的一个实施方式，步骤s1中的镀覆为蒸镀镀膜、磁控溅射镀膜、电镀膜或化学镀膜一种。

13、根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述新型双极复合集流体在电池中的组装应用，包括以下步骤：

14、s1：将正极活性物质在复合集流体的正极金属层外表面涂覆和干燥，同时通过粘结剂将隔膜粘贴到干燥后的正极活性物质上；

15、s2：对负极金属层进行重复s1操作后得到双极复合集流体；

16、s3：将所述复合集流体进行卷绕或者叠片后即可得到电池。

17、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

18、(1)相较于锂离子电池中传统工艺制备的复合集流体，整体制备工艺较为复杂、金属层与高分子层的结合力不强且安全性能较差，使得其在电池的生产中制备成本较高在使用时安全性较差。而本发明在作为锂离子电池集流体时，简化了电池的制备工艺增加了复合集流体的整体机械强度，进一步降低了集流体在电池中的质量提升了电池的能量密度，同时活性物质与金属层的结合更紧密减小电池极化，也进一步的提高了电池的安全性能。

19、(2)本发明的一步法制备复合集流体的工艺使得电池的制备更加简易方便、降低了成本、新型双极性、集流体质量减轻的目标。

20、(3)本发明的集流体的组装过程与传统的缠绕或堆叠组装过程相比，这种仅缠绕单片的策略大大简化了电池组装过程，而无需在电极之间精确对齐最大化能量密度，提高制造效率，有助于促进电池的快速充电能力。

技术特征：

1.一种新型双极复合集流体，其特征在于，所述新型双极复合集流体从上至下依次包括正极金属层、中间金属层、高分子材料基材层、中间金属层和负极金属层，所述正极金属层和/或负极金属层表面具有糙化的辊压结构。

2.根据权利要求1所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述高分子材料基材层的厚度为1-15微米，所述高分子材料基材层表面具有多个通孔，所述通孔直径为0.1-1微米，使所述高分子材料基材层与所述中间金属层的结合更紧密。

3.根据权利要求1所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述高分子材料基材层中的高分子材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述高分子材料基材层的高分子材料中添加有阻燃剂，所述阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇、纳米级氢氧化镁中的一种。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述中间金属层为铬，锌，钴，镍，钛中的一种，优选铬，所述中间金属层厚度为1-20纳米。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述正极金属层优选铝层，所述负极金属层优选铜层，所述铜层的厚度为0.5-10微米，所述铝层的厚度为1-20微米。

7.根据权利要求6所述的新型双极复合集流体，其特征在于，所述糙化的辊压结构的糙化度为0.1-5ra，优选1-5ra。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述新型双极复合集流体的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，步骤s1中的镀覆为蒸镀镀膜、磁控溅射镀膜、电镀膜或化学镀膜一种。

10.如权利要求1-7任意一项所述的一种新型双极复合集流体在电池中的组装应用，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种新型双极复合集流体及其制备工艺，属于电池材料技术领域。本发明的双极复合集流体包括高分子材料基材层、中间金属层和正负极金属层，所述中间金属层设置在高分子材料基材层的两侧，所述正负极金属层对称设置在中间层外侧且经过糙化处理，平均粗糙度Ra在0.1‑5Ra，中间金属层与高分子材料基材层结合紧密，正负极金属层与中间金属层附着良好。该复合集流体具有简化制备工艺，降低了电池重量，增强了金属层与活性物质涂层的结合力，减小电池极化，增加了集流体的机械强度，提高了电池的阻燃性，有效弥补了传统复合集流体质量过大、制备工艺较复杂、抗拉伸性能较差、安全性能较差等弱点。

技术研发人员：伽龙,杜韦辰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25