本發(fā)明涉及電池，具體是復(fù)合集流體基膜及制作方法和二次電池。

背景技術(shù)：

1、集流體是指用于匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件。在二次電池中，集流體的主要作用是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)，以便對(duì)外輸出較大的電流。常見(jiàn)的集流體包括金屬箔、復(fù)合集流體等。相比于傳統(tǒng)集流體(如鋁箔或銅箔)，復(fù)合集流體具有減少金屬用量、提升能量密度與安全性的優(yōu)點(diǎn)，因此在二次電池中具有廣泛的應(yīng)用前景。復(fù)合集流體的制備通常是在聚合物底膜(如聚烯烴、聚酯、聚酰亞胺)上沉積厚度約1微米的金屬銅或鋁層。由于聚合物底膜與兩側(cè)的金屬層構(gòu)成了復(fù)合集流體，這種結(jié)構(gòu)能夠有效降低成本、提升安全性以及增加能量密度。在電池短路時(shí)，復(fù)合集流體的絕緣支撐層和特殊的“三明治”阻燃結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生極高的電阻，從而有效降低電池?zé)崾Э氐目赡苄浴Ｍ瑫r(shí)，復(fù)合集流體使用了絕緣支撐層替代部分金屬，大幅降低了集流體的重量，進(jìn)而提升了電池的能量密度并降低了原材料成本，因此復(fù)合集流體在近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注。

2、然而，在二次電池長(zhǎng)期使用過(guò)程中，電解液可能滲透到復(fù)合集流體的金屬層中。電解液的有機(jī)溶劑會(huì)破壞金屬層與金屬氧化物層之間的化學(xué)鍵，導(dǎo)致這兩層之間的結(jié)合力逐漸減弱，從而出現(xiàn)金屬層從高分子層上脫落的現(xiàn)象。這種脫落現(xiàn)象不僅會(huì)影響電池內(nèi)部的正負(fù)極界面，還會(huì)導(dǎo)致電池的電性能變差，并可能影響電池的安全性。此外，高分子基層(主要由聚烯烴、聚酯、聚酰亞胺等材料構(gòu)成)在長(zhǎng)期浸泡于有機(jī)溶劑中會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，導(dǎo)致高分子層與金屬層之間的結(jié)合力進(jìn)一步下降。

3、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了復(fù)合集流體及制作方法和二次電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供復(fù)合集流體基膜及制作方法和二次電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、復(fù)合集流體基膜的制作方法，包括以下步驟：將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑和無(wú)機(jī)粉體混合，得到高分子層原料；將呋喃基聚酯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑和無(wú)機(jī)粉體混合，得到改良層原料；將高分子層原料和改良層原料通過(guò)三層共擠工藝制備得到薄膜基材，所述薄膜基材以高分子層為中間層，兩側(cè)為改良層；將熱收縮顆粒噴涂至薄膜基材表面，經(jīng)冷卻固化、牽引，得到復(fù)合集流體基膜。

4、較為優(yōu)化地，高分子層原料各組分含量為：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，70wt％-90wt％聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、0-8wt％潤(rùn)滑劑、0-2.5wt％無(wú)機(jī)粉體，余量為偶聯(lián)劑；改良層原料各組分含量為：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，80wt％-90wt％呋喃基聚酯、0-10wt％潤(rùn)滑劑、0-3wt％無(wú)機(jī)粉體，余量為偶聯(lián)劑；所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸、三羥基硬脂酸甘油酯，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑，所述無(wú)機(jī)粉體為超細(xì)碳酸鈣、石墨烯。

5、較為優(yōu)化地，三層共擠吹膜技術(shù)通過(guò)將不同材料按高韌型內(nèi)壁層、中間抗壓層和耐刮擦外壁層由內(nèi)向外包覆的順序，分別將原料稱量完成并依次添加至內(nèi)、中、外吹膜裝置中；吹膜過(guò)程中，控制吹膜裝置中的外、中、內(nèi)三區(qū)的各段溫度為200-220℃，調(diào)節(jié)吹膜裝置的主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速240-300r/min，牽引速度7-10m/min，吹脹比3-4。

6、較為優(yōu)化地，所述改良層的厚度為0.5-1.0mm，所述高分子層的厚度為4.0-5.0mm。

7、較為優(yōu)化地，所述熱收縮顆粒的制備過(guò)程為：將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂、二甘醇、乙醛混合，得到預(yù)制料；將預(yù)制料加熱融化，通過(guò)特定模具進(jìn)行擠出，從徑向拉伸成長(zhǎng)條狀，讓其保持在其膨脹狀態(tài)并迅速冷卻至室溫，得到條狀物料；將條狀物料進(jìn)行粉碎加工成直徑10-100nm大小的熱收縮顆粒；其中隨著冷卻的發(fā)生，過(guò)渡組分重整為微晶；彈性成分、非晶鏈在膨脹狀態(tài)下被拉伸，快速冷卻導(dǎo)致非晶鏈移動(dòng)受阻或受限，將其鎖定在其膨脹狀態(tài)。

8、較為優(yōu)化地，將80-90wt％聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂、1-5wt％二甘醇、1-5wt％乙醛混合，得到預(yù)制料。

9、較為優(yōu)化地，噴涂參數(shù)：噴涂氣壓25-40n/cm2、槍距20-30cm、噴涂溫度225-240℃；冷卻固化參數(shù)：冷卻輥溫度20-30℃、牽引力100-120n。

10、一種復(fù)合集流體的制作方法，將所述制作方法制作得到的復(fù)合集流體基膜兩側(cè)表面進(jìn)行金屬鍍膜，得到復(fù)合集流體；金屬鍍膜時(shí)，所用金屬包括但不限于金屬銅、金屬鋁；所用鍍膜工藝包括但不限于蒸鍍工藝、磁控濺射工藝、電鍍工藝、化學(xué)鍍工藝。

11、較為優(yōu)化地，將復(fù)合集流體基膜兩側(cè)進(jìn)行膜固定，抽真空，表面蒸發(fā)鍍鋁，得到復(fù)合集流體；抽真空處理工藝的真空度為5×10-3-5.5×10-3pa；膜固定時(shí)的張力調(diào)整范圍為：膜的放膜端設(shè)定張力為130-140n，收卷端設(shè)定張力為100-110n。；所述蒸發(fā)鍍鋁處理工藝具體為：將復(fù)合集流體基膜固定在卷繞小車上，在真空環(huán)境中啟動(dòng)卷繞小車，設(shè)定卷繞小車速度為260-300m/min，同時(shí)加熱蒸發(fā)舟并推送鋁絲，送鋁絲的速度設(shè)定為400-500mm/min，最終在復(fù)合集流體基膜上形成一層均勻的鋁鍍層。

12、所述復(fù)合集流體制備的電池，將陰極、陽(yáng)極、殼體以及陰極與陽(yáng)極之間的電解質(zhì)層組成電池；其中陰極包括復(fù)合集流體以及涂覆在復(fù)合集流體表面的活性材料層。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、本發(fā)明制備得到的復(fù)合集流體包括高分子層、改良層、金屬導(dǎo)電層。本發(fā)明通過(guò)添加高分子聚合物(如聚烯烴類、聚酯類、聚胺酯類)作為高分子層，添加改良型高分子聚酯類材料作為改良層，制備得到薄膜基材。將熱收縮顆粒噴涂至薄膜基材表面，得到復(fù)合集流體基膜；將復(fù)合集流體基膜進(jìn)行膜固定、收放穿膜、張力調(diào)整、抽真空、蒸發(fā)鍍鋁15次，得到成品。其中，在改良層中添加有熱收縮顆粒材料，在復(fù)合集流體鍍膜過(guò)程中熱收縮顆粒收縮，在基材層上形成不同直徑的熱收縮孔，從而增加高分子層與金屬導(dǎo)電層接觸面積來(lái)改善結(jié)合力。本發(fā)明從提高復(fù)合集流體金屬層與高分子結(jié)合力的目的出發(fā)，結(jié)合目前復(fù)合集流體鍍膜設(shè)備及工藝，通過(guò)改善高分子層與金屬的接觸面積及高分子層材質(zhì)從而顯著提高高分子層與金屬層結(jié)合力。

15、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、1、本發(fā)明復(fù)合集流體中改良層可以解決高分子層在電解液有機(jī)溶劑中的溶脹現(xiàn)象，減緩高分子層溶脹老化問(wèn)題帶來(lái)的金屬導(dǎo)電層與高分子層結(jié)合力不斷變差的問(wèn)題。

17、2、本發(fā)明復(fù)合集流體通過(guò)在金屬鍍層表面形成不同直徑的凹孔，增加了活性物質(zhì)層與復(fù)合集流體的結(jié)合力，使極片活性物質(zhì)不易脫落。

18、3、本發(fā)明復(fù)合集流體較傳統(tǒng)復(fù)合集流體減少了高分子層與金屬導(dǎo)電層的金屬氧化物層，優(yōu)化了工藝制程，提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：包括以下步驟：將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑和無(wú)機(jī)粉體混合，得到高分子層原料；將呋喃基聚酯、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑和無(wú)機(jī)粉體混合，得到改良層原料；將高分子層原料和改良層原料通過(guò)三層共擠工藝制備得到薄膜基材，所述薄膜基材以高分子層為中間層，兩側(cè)為改良層；將熱收縮顆粒噴涂至薄膜基材表面，經(jīng)冷卻固化、牽引，得到復(fù)合集流體基膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：高分子層原料各組分含量為：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，70wt％-90wt％聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、0-8wt％潤(rùn)滑劑、0-2.5wt％無(wú)機(jī)粉體，余量為偶聯(lián)劑；改良層原料各組分含量為：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，80wt％-90wt％呋喃基聚酯、0-10wt％潤(rùn)滑劑、0-3wt％無(wú)機(jī)粉體，余量為偶聯(lián)劑；所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸、三羥基硬脂酸甘油酯中的任意一種，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑，所述無(wú)機(jī)粉體為超細(xì)碳酸鈣、石墨烯的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：三層共擠工藝參數(shù)：利用三層共擠吹膜技術(shù)，設(shè)置吹膜裝置中的外、中、內(nèi)三區(qū)的各段溫度為200-220℃，設(shè)置主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速240-300r/min，牽引速度7-10m/min，吹脹比3-4。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：所述改良層的厚度為0.5-1.0mm，所述高分子層的厚度為4.0-5.0mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：所述熱收縮顆粒的制備過(guò)程為：將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂、二甘醇、乙醛混合，得到預(yù)制料；將預(yù)制料加熱融化擠出，從徑向拉伸成長(zhǎng)條狀，再迅速冷卻至室溫，得到條狀物料；再將條狀物料粉碎為直徑10-200nm的熱收縮顆粒。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合集流體基膜的制作方法，其特征在于：噴涂參數(shù)：噴涂氣壓25-40n/cm2、槍距20-30cm、噴涂溫度225-240℃；冷卻固化參數(shù)：冷卻輥溫度20-30℃、牽引力100-120n。

7.一種復(fù)合集流體的制作方法，其特征在于：將權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述制作方法制作得到的復(fù)合集流體基膜兩側(cè)表面進(jìn)行金屬鍍膜，得到復(fù)合集流體；金屬鍍膜時(shí)，所用金屬包括但不限于金屬銅、金屬鋁；所用鍍膜工藝包括但不限于蒸鍍工藝、磁控濺射工藝、電鍍工藝、化學(xué)鍍工藝。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合集流體的制作方法，其特征在于：將復(fù)合集流體基膜兩側(cè)進(jìn)行膜固定，抽真空，表面蒸發(fā)鍍鋁，得到復(fù)合集流體；抽真空處理工藝的真空度為5×10-3-5.5×10-3pa；表面蒸發(fā)鍍鋁時(shí)，送鋁絲的速度設(shè)定為400-500mm/min。

9.一種復(fù)合集流體，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述制作方法制作得到。

10.一種基于權(quán)利要求9所述復(fù)合集流體制備的電池，其特征在于：將陰極、陽(yáng)極、殼體以及陰極與陽(yáng)極之間的電解質(zhì)層組成電池；其中陰極包括復(fù)合集流體以及涂覆在復(fù)合集流體表面的活性材料層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是復(fù)合集流體基膜及制作方法和二次電池。本發(fā)明通過(guò)添加高分子聚合物(如聚烯烴類、聚酯類、聚胺酯類)作為高分子層，通過(guò)添加改良型高分子聚酯類材料作為改良層，制備得到薄膜基材。將熱收縮顆粒噴涂至薄膜基材表面，得到復(fù)合集流體基膜；將復(fù)合集流體基膜進(jìn)行膜固定、收放穿膜、張力調(diào)整、抽真空、蒸發(fā)鍍鋁15次，得到成品。本發(fā)明制備得到的成品可以有效改善高分子層與金屬的接觸面積，從而提高高分子層與金屬層結(jié)合力，增強(qiáng)整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性。

技術(shù)研發(fā)人員：孫鵬飛,李學(xué)法,張國(guó)平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江陰納力新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6