[发明专利]一种超轻多层复合集流体及其制备方法

说明书

本发明提供一种超轻多层复合集流体及制备方法，本发明集流体包括薄膜基材层、粘结层、金属层及涂碳层，所述粘结层设置在经等离子体处理过的基材层的上下表面，所述金属层设置在所述粘结层的表面，所述涂碳层设置在所述金属层的表面，基材层经等离子体处理后能在基材层与粘结层之间形成化学键合，粘结层能增强基材层与金属层之间的结合力，金属层作为电子传输的载体能有效防止基材层受到涂碳层中溶剂的腐蚀，涂碳层能有效降低表面方阻，减少金属层的层厚，增加活性物质的粘结力。本发明集流体制备方法工艺过程简单，成本低，易规模化生产。

技术领域

本发明涉及碱金属离子电池制造技术领域，具体涉及一种超轻多层复合集流体及其制备方法。

背景技术

随着新能源产业的不断发展与壮大，目前商业化的锂离子电池已无法满足日益增长的高安全性、高能量密度和功率密度的需求。其中，集流体作为电池中不可或缺的组分扮演了极其重要的角色，其性能的好坏对整个电池性能的影响不可忽视。而传统的铝箔或涂炭铝箔等金属基正极集流体由于较厚的金属铝层的存在影响了电池的能量密度。同时，铝箔的进一步减薄在技术上也遇到了瓶颈。与金属材料相比，高分子材料具有更低的密度也兼具较高的机械强度，因此高分子材料的使用有望使电池的性能在能量密度上获得突破。尽管专利CN207097949 U在高分子基材集流体上做出了一定的尝试，但是其方阻的控制需要蒸镀多次的镀铝层来满足集流体高速传输电子的需求，且随着次数的增加对膜材的机械性能也会造成不可避免的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种超轻多层复合集流体及制备方法，本发明集流体包括薄膜基材层、粘结层、金属层及涂碳层，所述粘结层设置在经等离子体处理过的基材层的上下表面，所述金属层设置在所述粘结层的表面，所述涂碳层设置在所述金属层的表面，基材层经等离子体处理后能在基材层与粘结层之间形成化学键合，粘结层能增强基材层与金属层之间的结合力，金属层作为电子传输的载体能有效防止基材层受到涂碳层中溶剂的腐蚀，涂碳层能有效降低表面方阻，减少金属层的层厚，增加活性物质的粘结力。本发明集流体制备方法工艺过程简单，成本低，易规模化生产。

本发明提供的具体技术方案如下：

一种超轻多层复合集流体，所述集流体包括薄膜基材层、粘结层、金属层及涂碳层，所述粘结层设置在经等离子体处理过的基材层的上下表面，所述金属层设置在所述粘结层的表面，所述涂碳层设置在所述金属层的表面。

进一步地，所述薄膜基材层采用的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇、聚酰胺、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇中的一种，优选为聚萘二甲酸乙二醇或聚对苯二甲酸乙二醇。

进一步地，当涉及正极集流体时，所述粘结层采用的材料包括氧化铝或氮化铝。当涉及负极集流体时，所述粘结层采用的材料包括金属镍或镍合金。

进一步地，所述涂碳层包含的碳材料为片层石墨、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。

进一步地，所述涂碳层内还包括导电剂和粘结剂。

进一步地，所述金属层采用的材料为金属铝或金属铜。

进一步地，所述粘结层的厚度为0-20nm。

进一步地，所述金属层的厚度为50-500nm，涂碳层的厚度为0.2-1μm。

本发明进一步提供上述多层复合集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)首先选取适当的薄膜层基膜，采用去离子水、乙醇或丙酮对其表面进行清洗，再将其置于真空干燥箱中进行干燥；

(2)将干燥后的基膜进行等离子体处理；

(3)在等离子体处理后的基膜上下表面分别蒸镀粘结层；

(4)在粘结层的上下表面再次蒸镀金属层；