导电基材、电极和电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于蓄电装置领域，尤其是涉及一种导电基材、电极和电池。
【背景技术】
[0002]电池是由正极、负极、隔膜等经过卷绕或叠片等方法制造。其中正极和负极分别由正极活性材料、负极活性材料和导电基材(集流体)组成。为了开发柔性电池产品必须提高电池内部组件的柔性。
[0003]传统电池包括的非柔性外结构和柔性外结构都几乎没有什么柔性。柔性外结构的电池柔性差的主要原因是电池内部的正负极片的柔性差，而正负极片柔性差的主要原因之一是金属导电基材的柔性差，多层卷绕或叠片后，电池几乎失去柔性。同时由于导电基材是纯金属材质，其有折断变形褶皱的风险，所以，如何设计一种柔性导电基材成为本领域技术人员研究的课题。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种柔性导电基材、电极和电池，以解决电池柔性的问题。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0006]—种导电基材，包括非导电衬底层和设于所述非导电衬底层上的导电层，所述非导电衬底层为0.1-100微米厚、孔隙率为40% _60%、优良的柔韧性及具有自支撑性且耐高温耐腐蚀性的塑料或橡胶态聚合物膜层或复合聚合物膜层，所述导电层为粒径为纳米级的导电材料层，所述导电层的厚度为1-300微米。
[0007]所述非导电衬底层为PP、PE、PVC或PET中的一种或多种组成的单层或多层膜层或金属塑料复合膜层。
[0008]具有上述的导电基材的电极。
[0009]所述导电基材为具有孔、洞的图案化结构。
[0010]具有上述的电极的电池。
[0011]相对于现有技术，本实用新型所述的电极具有以下优势:
[0012](I)本实用新型所述的导电基材包括柔性非导电衬底层和导电层，通过在柔性非导电衬底层上涂覆导电层来达到增加基材柔性进而提高电极柔性的目的；
[0013](2)本实用新型所述的导电基材为具有孔、洞的图案化结构，进一步增强电极的柔性；
[0014](3)本实用新型的导电基材使可充电电池具有了良好的柔性，可弯折程度大大增加；非导电衬底层可以避免金属在加工和使用过程中出现的毛刺，降低电池短路的概率，因此可以提高电池的安全性；塑料等非导电衬底层相对金属材料成本低，制造简单，使用及加工方便；同时降低电池产品的重量，提高电池的重量比能量。
【附图说明】
[0015]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0016]图1为本实用新型导电基材结构不意图；
[0017]图2a_2k为本实用新型导电基材的各种孔、洞图案化结构示意图图例；
[0018]图3为本实用新型实施例1极片涂布效果图。
[0019]附图标记说明:
[0020]1-导电层，2-非导电衬底层。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0023]导电基材，该基材包括一层非导电柔性衬底层和导电层。非导电层与导电层一起构成导电基材，作为电极的一部分，为电极所收集到的电子提供转移通路。
[0024]柔性衬底层包括一定厚度、一定孔隙率、优良的柔韧性(可随意弯折)及具有自支撑性且耐高温耐腐蚀的柔性聚合物膜或聚合物层，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚烯烃及所有可用于该实用新型的柔性聚合物；
[0025]导电层由具有导电性质的一种或一种以上粒径为纳米级别的金属(如铜、招、镍等)或非金属(如石墨)、粘结剂(如PVDF(聚偏氟乙烯)，SBR(羧基丁苯胶乳)，CMC(羧甲基纤维素钠)等)、溶剂(如NMP(N-甲基吡咯烷酮)、纯净水等)等组成；
[0026]导电层通过印刷、涂覆、表面沉积、修饰或以其他化学或物理方法与非导电层结合，并保持其成为一个整体；
[0027]导电层和非导电层可以为连续的薄膜层状结构，也可以成非连续的层状结构，如具有表面图案化结构或具有孔状结构(如图2所示)
[0028]该导电基材具有良好的柔性，可逆弯曲且无折断变形褶皱的风险；
[0029]采用该导电基材所制备的正电极、负电极或其它及其组件，含有该导电基材的电池均具有很好的柔性。
[0030]工艺方法:
[0031]将一种柔性聚合物隔膜或多层复合膜作为柔性衬底层，衬底层厚度在0.1-100微米，该衬底层材料可以为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等具有一定厚度、一定孔隙率、优良的柔韧性及具有自支撑性且耐高温耐腐蚀性的柔性塑料或橡胶态物质，一层或多层聚合物膜或聚合物复合使用膜，也可以为金属/塑料复合膜，如铝塑膜等。
[0032]在该衬底层上涂覆一薄层导电的金属浆料或非金属(如石墨)，该薄层的厚度可以为小于等于300微米。金属浆料主要成分含有铜、铝、镍、银、锌等的一种或几种，粒径大小为纳米级别。涂覆方法采用印刷、涂覆、表面沉积、修饰或以其他化学或物理方法等。涂覆后的极片用热干燥、红外或紫外干燥等方法干燥极片至失重小于lOOppm。
[0033]该导电基材既具有柔性又具有导电性，可直接代替正负极的导电基材进行使用。涂覆正负极活性物质后，该基材仍具有良好的柔韧度。该实用新型的原料为任何可充电电池使用的原材料；
[0034]该实用新型的配料工艺基本与传统电池一致，配方中含有电极活性物质(例如正电极为:钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、不同配比的三元锂离子活性物质或氢氧化亚镍等；负电极为:人造或天然石墨、石墨烯、储氢合金、金属镉或锌等)；导电剂SP(碳黑导电剂)、VGCF (超细微碳纤维)、SFG-6 (导电炭)、碳纳米管等；黏合剂PVDF (聚偏氟乙烯)，SBR (羧基丁苯胶乳)，CMC (羧甲基纤维素钠)等)、溶剂(如NMP (N-甲基吡咯烷酮)、水等和辅助试剂如草酸等。浆料的粘度保持2000cP左右为宜。
[0035]涂布工艺使用挤压、喷涂、微凹、沉积或印刷等的涂布方法将活性物质涂覆于导电基材上；
[0036]用涂覆有活性物质的该导电基材制作软包装电池，电池可具有良好的柔性。
[0037]实施例1:
[0038]锂离子可充电表环电池(规格0420100)
[0039]该电池可装于表带的空间内，由于电池的柔软性可以和表带很好的成为一体，并可随意弯折，既节约了空间增加了美观度，又为表提供了电量。
[0040]导电基材的制备:
[0041]用一种厚度为10微米孔隙率55%左右的PE膜作为导电基材的衬底层，可使制出来的导电基材的柔韧性更好。为了提高该衬底层的耐温性，在该衬底层上涂有三氧化二铝的胶液，整体形成陶瓷衬底层。该衬底层的耐温性可达到200度以上，热收缩性好。
[0042]在该衬底层上以印刷涂覆的方式分别涂覆铝浆和铜浆，一种衬底的正反面均涂铝浆，一种衬底的正反面均涂铜浆。分别用粒径为纳米级别大小的铝粉和铜粉，在其中加入溶剂NMP和粘接剂PVDF，搅拌浆料达到良好的流动性，能在衬底层上下共形成10微米的均匀的导电涂层。100度温度干燥该导电基材至失重小于lOOppm，备用。
[0043]活性物质配料:各组分的重量百分比如下:
[0044]正电极:钴酸锂(97.95% )，碳纳米管(1% ),PVDF(1% )，草酸(0.05% )；
[0045]负电极:人造石墨(95.98%)、SP(1% )、PVDF(3% )，草酸(0.02% )；
[0046]分别加入浓度95% -105%的溶剂NMP，采用双行星真空搅拌机，正、负电极分开在两台双行星搅拌机经过充分搅拌和分散及降温后，调节粘度使正、负电极浆料的粘度在25-30度环境下达到2000cp ;正、负电极浆料均使用150目筛网进行过滤待用；
[0047]涂布:
[0048]正电极选取20 μ m厚，已制备好待用的铝导电基材；负电极选取20 μ m厚，已制备好待用的铜导电基材。采用自动涂布机、挤压涂布的方式对正、负电极浆料进行均匀涂布。涂布面密度设置为32mg/cm2，烘烤温度为90°C，调节涂布速度至电极从烘箱出来的失重小于100ppm即为干燥。极片烘干后采用液压碾压机碾压正电极至设计厚度90-93 μπι，碾压负电极至120-123 μ m。涂布效果如图3所示；
[0049]制片:
[0050]正电极的尺寸为150mm(长)*92_(宽)；
[0051]负电极的尺寸为170mm(长)*93mm(宽)；
[0052]按照以上尺寸制片，保证尺寸精度±0.2mm，然后在电极的两端清洗出4*4mm的区域，在该区域上焊接可以引出电流的极耳，极耳为2mm*0.1mm的正电极铝极耳和负电极镍极耳；
[0053]装配:
[0054]采用基膜为单层聚烯烃上均匀涂布陶瓷三氧化二铝和聚偏氟乙烯的隔膜，隔膜厚度为 18 μ m，长 400mm* 宽 95mm ；
[0055]外包装为210mm*50mm*86 μπι的进口铝塑膜；
[0056]负电极居于隔膜正中间，正电极居于负电极正中间，隔膜隔开正、负电极，采用对插式卷绕机进行卷绕；卷绕后的卷芯用终止胶纸收尾粘贴成型，卷芯的正、负电极极耳及极耳胶对齐。用裁好的铝塑膜包覆该卷芯，然后用顶侧封机进行顶侧边封边，保留一个侧边不封口。
[0057]对封好的电芯在70°C的温度下进行抽真空烘烤16h，然后于手套箱中注入5gLiPF6电解液，侧封保留的边后在室温下静置陈化20h。
[0058]预充分容
[0059]对陈化后的电芯进行预充分容后即得到柔性可弯曲的表环电池。
[0060]传统工艺制作的该尺寸及形状的电池，不可弯折；
[0061]本实用新型制作的该尺寸及形状的电池，可随意弯折。
[0062]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种导电基材，其特征在于:包括非导电衬底层和设于所述非导电衬底层上的导电层，所述非导电衬底层为0.1-100微米厚、孔隙率为40% -60%、优良的柔韧性及具有自支撑性且耐高温耐腐蚀性的塑料或橡胶态聚合物膜层或复合聚合物膜层，所述导电层为粒径为纳米级的导电材料层，所述导电层的厚度为1-300微米。2.根据权利要求1所述的导电基材，其特征在于:所述非导电衬底层为PP、PE、PVC或PET中的一种。3.具有如权利要求1-2任一项所述的导电基材的电极。4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于:所述导电基材为具有孔、洞的图案化结构。5.具有如权利要求3或4所述的电极的电池。
【专利摘要】本实用新型提供的导电基材、电极和电池，导电基材，包括非导电衬底层和设于所述非导电衬底层上的导电层，所述非导电衬底层为0.1-100微米厚、孔隙率为40％-60％、优良的柔韧性及具有自支撑性且耐高温耐腐蚀性的塑料或橡胶态聚合物膜层或复合聚合物膜层，所述导电层的颗粒粒径为纳米级的导电材料层，所述导电层的厚度为1-300微米。本实用新型所述的导电基材包括柔性非导电衬底层和导电层，通过在柔性非导电衬底层上涂覆导电层来达到增加基材柔性进而提高电极柔性的目的。
【IPC分类】H01M4/66
【公开号】CN204732475
【申请号】CN201520301510
【发明人】刘强
【申请人】刘强
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年5月11日