[发明专利]一种复合集流体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理、化学电源领域，尤其涉及集流体材料领域。

背景技术

锂离子电池中的正负极集流体分别是铝箔和铜箔；氢镍电池中的正负极集流体分别是泡沫镍和黄铜网；铅酸电池中的正负极集流体材料分别是铅合金(或电解铅)和铅合金。人们在长期实践过程中，为不同的电化学体系的物理化学电源选择了截然不同的集流体材料，主要考虑以下几方面：

1.集流体材料在该电化学体系下要稳定，在充放电过程中自身不发生或少发生氧化还原腐蚀或其它化学腐蚀；

2.集流体材料的电子导电性要高；

3集流体最终需要和电源内部的汇流条或极柱可靠的连接，而这种连接通常都是焊接(熔接)，因此集流体材料中一般都含有金属或准金属或合金的成分；

4.集流体材料和体系中的活性物质电极要有较好的相容性，彼此间的接触电阻要小；

5.集流体材料的密度越小越好。

然而，现有技术的集流体材料在上述性能的一个或几个方面尚需改进。

发明内容

本发明提出一种可以稳定、高效地在水溶液中工作的复合集流体材料。本发明用以解决水溶液电池中集流体材料的金属腐蚀问题。

本发明提供了一种复合集流体材料，其特征在于，该复合集流体材料是由导电薄膜、金属或合金箔材或网材、导电薄膜三层以“三明治”方式融合成一体。

所述复合集流体材料除所述金属或合金箔材或网材的极耳上部极少部分外，所述金属或合金箔材或网材的表面、边缘均被所述导电薄膜覆盖，被覆盖的金属或合金部分通过导电薄膜与外部完全隔绝。

导电薄膜是由导电剂均匀分散在高分子聚合物中后吹塑或拉伸成型，导电薄膜的厚度与集流体长或宽的比值不大于2％，优选为0.1％-0.5％；对于120mm*120mm大小的集流体材料，导电薄膜优选的厚度为0.2mm-0.3mm。所述导电薄膜中的导电剂为含碳原子s_p2杂化共价键的物质，优选为石墨粉、超级导电炭黑、纳米碳管、纳米碳纤维中的一种或几种；更优选地为超级导电炭黑或石墨粉。所述导电薄膜中的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇、尼龙、聚四氟乙烯、氟碳树脂中的一种或几种；优选为聚乙烯或聚丙烯材料。所述导电剂在所述导电薄膜中的比例为按质量计30％-95％。

本发明复合集流体材料的所述金属或合金箔材或网材为铁箔、铝箔、铜箔、黄铜箔、钛箔、镍箔、不锈钢箔或铁网、铝网、铜网、黄铜网、钛网、镍网、不锈钢网中的一种；优选为不锈钢网，金属或合金箔材或网材的厚度和集流体的长或宽的比值不大于1％，优选为0.01％-0.05％；对于120mm*120mm大小的集流体材料，金属材料优选的厚度范围为0.025mm-0.045mm。

所述导电薄膜的厚度与所述金属或合金箔材或网材的厚度比值为50.1％-2000％，优选为80％-400％。

本发明复合集流体材料的导电薄膜、金属或合金箔材或网材、导电薄膜通过加热加压的方式融合成一体。

本发明复合集流体材料的制备方法，其特征在于，将导电薄膜、金属或合金箔材或网材、导电薄膜三层以“三明治”方式叠放，用两个加热的压板或压块压合而成，其中压板或压块的加热温度范围为70℃-390℃，压强范围为1N/cm2-1000N/cm2，热压时间范围为0.1s-15s。

在本发明的方法中，所述复合集流体材料除所述金属或合金箔材或网材的极耳上部极少部分外，所述金属或合金箔材或网材的表面、边缘均被所述导电薄膜覆盖，被覆盖的金属或合金部分通过导电薄膜与外部完全隔绝。

在本发明的方法中，导电薄膜是由导电剂均匀分散在高分子聚合物中后吹塑或拉伸成型，导电薄膜的厚度与集流体长或宽的比值不大于2％，优选为0.1％-0.5％；对于120mm*120mm大小的集流体材料，导电薄膜优选的厚度为0.2mm-0.3mm。所述导电薄膜中的导电剂为含碳原子sp2杂化共价键的物质，优选为石墨粉、超级导电炭黑、纳米碳管、纳米碳纤维中的一种或几种；更优选地为超级导电炭黑或石墨粉。所述导电薄膜中的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇、尼龙、聚四氟乙烯、氟碳树脂中的一种或几种；优选为聚乙烯或聚丙烯材料。所述导电剂在所述导电薄膜中的比例为按质量计30％-95％。