[发明专利]一种镀金属薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种镀金属薄膜材料及其制备方法和应用。本发明的镀金属薄膜材料由聚合物薄膜和通过化学键作用涂覆于聚合物薄膜两侧表面的微米级的金属层组成。本发明运用强氧化剂氧化、3‑(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和(2‑甲基丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵在聚合物薄膜表面交联成键，使得薄膜表面生成的化学键更多，薄膜与金属层之间化学键的结合力更强，因此，本发明的镀金属薄膜材料的机械性能好，即使发生机械形变聚合物薄膜与金属层也不会分离。本发明的镀金属薄膜材料尤其适合作为电池集流体。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种镀金属薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

集流体是锂离子电池的基本组成部分，其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，但容易发生弯折和撕裂，引起电池性能的下降，而且它们通常是非活性成分，对电池容量没有贡献，还会造成相当大的自重。因此，寻找导电性能和机械性能俱佳并且质量轻的材料替换传统的金属铝箔和铜箔作为集流体是电池材料技术领域的热点。

研究发现，金属层和聚合物基底组成的材料兼具较好的导电性能和机械性能，并且质量轻。现有技术中，已有金属层和聚合物基底组成的柔性集流体，如：公开号为CN109817987 A的专利申请公开的复合弹性-柔性锂离子电池电极材料，其集流体由弹性高分子基底和金属箔通过磁控溅射法或溶液法复合而成；然而其存在金属箔片与基底的结合力较小，发生机械形变时容易分离的问题。因此，开发能够使金属层和聚合物基底紧密结合的制备方法，制备出导电性能和机械性能俱佳，并且质量轻的材料，对于降低集流体自重、实现高负载量和高密度的电池至关重要。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种镀金属薄膜材料，由聚合物薄膜和通过化学键作用涂覆于聚合物薄膜两侧表面的微米级的金属层组成。

本发明的聚合物薄膜优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任一种，厚度为1-10μm。

本发明的金属层优选为铜、金、银、镍、锌中的任一种，厚度为0.5-5μm。

根据本发明的另一个方面，提供了上述的镀金属薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物薄膜加入到氧化剂溶液中反应，由此，在薄膜表面接上羟基；

(2)将聚合物薄膜从氧化剂溶液中取出，然后放入3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷溶液中反应，由此，使得薄膜表面一端的羟基与Si固定，另一端预留碳碳双键；

(3)将聚合物薄膜从3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷溶液中取出，然后放入(2-甲基丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵溶液中反应，由此，薄膜表面一端的碳碳双键发生热固化，另一端预留季铵键；

(4)将聚合物薄膜从(2-甲基丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵溶液中取出，然后放入催化剂溶液中浸泡，由此，季铵键吸附催化剂，为下一步镀金属做准备；

(5)将聚合物薄膜从催化剂溶液中取出，然后放入化学镀液中反应，反应完成后得到镀金属薄膜材料，取出，吸水后进行干燥，即可。

在一些实施方式中，氧化剂溶液为浓度为4-8mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。选择的氧化剂溶液的氧化性不能太弱，否则氧化效果不好；氧化剂溶液的氧化性也不能太强，否则会把聚合物薄膜溶解掉。因此，本发明将氧化剂溶液的浓度确定为4-8mol/L。