[发明专利]一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用，所述柔性导电薄膜包括柔性基底，以及设置于所述柔性基底两个表面的导电层，且所述导电层的材料嵌入所述柔性基底的体相中。所述柔性导电薄膜的特殊结构增强了导电层和柔性基底在微观尺度上的结合力，使所述柔性导电薄膜在机械变形过程中不易发生基底和导电层的分离，具有更好的柔韧性和机械强度；更为重要的是，导电层材料在柔性基底中形成三维导电网络，实现了柔性导电薄膜的体相导电，使其尤其适用于多层结构的锂离子电池。所述柔性导电薄膜通过化学沉积的方法获得，无需精密昂贵的设备，工艺简单，材料成本低，可实现大规模的工业化生产。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子科技的飞速发展，人们对于电子设备的便携性要求越来越高，从而推动了电子设备向柔性可折叠和便携可穿戴的方向发展。作为柔性电子设备的主要部分，锂离子电池的柔性便携化发展拓展了其应用场景，提高了消费者使用体验。

集流体是锂离子电池的基本组成部分，其性能对电池性能起到至关重要的作用。传统锂离子电池的集流体主要为金属铝箔和铜箔，金属箔片具有导电性好的优势，但由于金属的固有性能，更易发生弯折和撕裂，引起电池性能的下降，并带来严重的安全隐患；目前常用的铝箔厚度约为12～15μm，铜箔厚度在8～15μm，面密度较高，不利于电池的能量密度提高；而且，金属箔片的光滑表面使其与活性物质涂层间的结合力较小，特别是发生机械形变时容易造成两者分离。因此，开发更耐弯折和撕裂的柔性材料作为集流体，是集流体研究的重要方向。

CN101071860A公开了一种柔性集流体，所述柔性集流体由支撑层和导电层组成，其中，支撑层为可卷绕的有机薄膜材料，导电层为1～500层导电薄膜材料，具体包括金属、过渡金属氧化物或导电聚合物。所述导电层通过脉冲磁控溅射技术镀膜于支撑层上，形成导电层厚度为10nm～10μm、支撑层厚度10～100μm的柔性集流体，但是所述柔性集流体的导电性能欠佳，无法满足高性能锂离子电池的需求。

CN108832134A公开了一种柔性集流体及其制备方法以及在锂离子电池中的应用，所述柔性集流体采用聚合物薄膜作为基底，经过表面处理后，采用真空溅射的方法在聚合物薄膜两面溅镀金属导电涂层，之后在金属导电涂层两侧涂覆活性材料涂层。所述柔性集流体具有更好的柔韧性和机械强度，弯折过程中不易产生折痕或脆断，但其无法实现双面导电，而且制备成本高，不利于大规模应用。

CN106654285A公开了一种用于锂电池的柔性集流体及其制备方法，所述柔性集流体包括依次紧密结合的柔性基底层、金属导电镀层和导电抗氧化层。所述柔性基底层为聚合物层；所述金属导电镀层为Cu、Al、Ni、Au和Ag中的一种，通过真空镀膜的方式得到；所述导电抗氧化层包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，通过涂覆的方法得到。所述柔性集流体机械可加工性强，具有较强的热稳定性和抗氧化能量，但是制备工艺比较复杂，而且无法实现双面导电。

结合上述现有技术可知，目前公开的柔性集流体多数为金属层和聚合物基底组成的多层结构，在发生机械形变时，金属层与基底间由于弯曲应变不同易产生分离；同时，导电层只分布于基底表面，无法实现双面导电，不能作为具有多层结构的锂离子电池的集流体使用；而且，金属层通过离子溅射或真空镀膜的方法得到，所需设备昂贵，环境要求严格，成本较高，而且不利于大面积涂覆，限制了其规模化生产。

因此，开发一种适用于多层电池结构的具有良好机械性能和导电性能的柔性集流体材料，是本领域的研究重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性导电薄膜及其制备方法和应用，所述柔性导电薄膜中的导电层不仅分布于基底表面，而且导电层的材料嵌入和贯穿于基底的体相之中，使导电层和基底之间具有强结合力，并实现了柔性导电薄膜的三维体相导电。所述柔性导电薄膜具有优异的机械性能和导电性能，能够充分满足高性能锂离子电池对柔性集流体的各项要求，尤其适用于多层电池结构的组装。