一种双极性集流体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种双极性集流体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]发展电动汽车是缓解能源危机，环境恶化等问题的有效手段之一，电动汽车的关键技术在于动力电池。由于具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等优点，锂离子电池作为电动汽车用动力电池备受关注。为了提高动力电池的能量密度及满足电动汽车动力源的大功率输出要求，可以采用内部叠加串联电池单元的方法制备高电压动力电池，每个串联电池单元由双极性集流体隔开。其中,双极性集流体涂覆正极活性材料的一面必须耐氧化，例如采用铝材料；而涂覆负极活性材料的一面必须耐还原，例如采用铜材料。双极性集流体起到电子导电作用的同时，必须阻隔锂离子在相邻电池单元之间的迁移。因此，双极性集流体内部不能有通孔，否则电解液会渗入孔洞形成锂离子的通道，造成电池内部短路。
[0003]已有的双极性集流体主要有两种:一是用铜铝复合箔，由于所用箔膜的厚度一般小于50 μ m,现有技术很难满足铜铝复合箔中没有孔洞的要求，一旦复合箔中存在穿透性裂纹或者孔洞，电解液容易进入裂纹或孔洞造成电池内部短路及自放电，严重影响电池的使用和安全性能。第二种是通过聚合物将导电填料(例如:碳黑，碳纳米管，金属颗粒等)粘结在一起，经悬涂、热压等方式得到电子导电的聚合物复合导电薄膜，这类集流体由于从技术上难以保证所有导电填料粒子的表面均可以被聚合物覆盖，因此也极有可能在集流体内部形成电解液渗透的微通道，仍然存在漏液短路的隐患。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种双极性集流体及其制备方法。采用喷墨打印技术，以交错覆膜的方式将聚合物阻挡膜层复合到导电基体薄膜的上下表面，在保证双极性集流体电子导电性能的同时，利用聚合物的阻液性能，防止双极性集流体在使用过程中电解液渗入裂纹或孔洞造成电池内部短路。
[0005]本发明提供的双极性集流体包括:导电基体薄膜、聚合物阻挡膜层和导电分流层。导电基体薄膜的上下表面都覆盖有聚合物阻挡膜层和导电分流层，聚合物阻挡膜层位于导电基体薄膜和导电分流层之间且交错互补覆盖于导电基体薄膜的上下表面。其特征在于，聚合物阻挡膜层的总覆膜面积占导电基体薄膜表面积的比例为10%?90%，优选50%?65%;聚合物阻挡膜层由若干覆膜微区构成，且聚合物阻挡膜层的每块覆膜微区面积大于等于0.25mm2 ;导电基体薄膜上表面未被聚合物阻挡膜层覆盖的区域，其所对应的导电基体薄膜下表面区域一定被聚合物阻挡膜层覆盖。导电基体薄膜上表面的未覆膜微区与下表面的覆膜微区相对应，且导电基体薄膜上表面的覆膜微区和下表面邻近的覆膜微区有所重叠，重叠的覆膜微区面积占覆膜微区面积的5%?50%，优选为10%?20%。
[0006]或者，在所述导电基体薄膜上覆盖聚合物阻挡膜层时，可以利用电子探伤设备对导电基体薄膜进行检测，在探测到导电基体薄膜缺陷的同时，喷印设备打印制备聚合物阻挡膜层，覆盖导电基体薄膜的缺陷位置。
[0007]所述导电基体薄膜为铝箔、铜箔、镍箔、不锈钢箔、铝镍复合箔、铝铜复合箔中的一种或几种，导电基体薄膜的厚度为5?30 μ m。或者，所述导电基体薄膜为导电填料与聚合物基体材料的混合物，所述导电填料是钛粉、铜粉、铝粉、银粉、富锂硅粉、富锂锡粉中的一种或几种，或者，所述导电填料是碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种；所述聚合物基体材料是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、改性聚烯烃、聚乙炔、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚芴及其衍生物中的一种或几种。其中导电填料的质量分数为40%?95%，优选为70%?80% ;所述导电基体薄膜的厚度为10?100 μ m0
[0008]聚合物阻挡膜层所用的聚合物需要与导电基体薄膜粘结性良好，电位窗口宽且对正负极活性材料及电解液稳定，所述聚合物是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、改性聚烯烃、聚乙炔、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚芴及其衍生物中的一种或几种。所述聚合物阻挡膜层与导电基体薄膜之间的粘结强度大于2.5N/mm，厚度在0.1?15 μ m。
[0009]根据聚合物种类不同，聚合物阻挡膜层可以采用流延、涂覆、热辊压、丝网印刷、喷墨打印等方法复合到导电基体薄膜表面。由于打印和印刷技术可以实现微米甚至纳米级别的膜厚控制，方便设计结构图案，节省资源，并已在电路板等电子器件中有工业应用，故为方便实现所覆盖聚合物层的交错覆盖结构和微米级的厚度要求，用打印和印刷技术覆盖聚合物阻挡膜层。本发明采用喷墨打印方法。
[0010]在导电基体薄膜的上下表面交错互补覆盖聚合物阻挡膜层，不仅能防止电解液进入导电基体薄膜中的裂纹和孔洞造成电池短路，同时保证了导电基体薄膜表面的电子能够穿越导电基体薄膜内部到达导电基体薄膜的另一表面。由于聚合物阻挡膜层本身的电子导电性能比较差，为了使集流体表面的电荷分布更加均匀，降低表面接触电阻，在交错覆盖有聚合物阻挡膜层的导电基体薄膜的上下表面再均匀覆盖导电分流层。
[0011]所述导电分流层为铝膜或铜膜中的一种，导电分流层厚度为0.05?3μπι。或者，所述导电分流层为导电填料与粘结剂的混合物，其中，导电填料的质量分数不小于90% ;所述导电填料是钛粉、铜粉、铝粉、银粉、富锂硅粉、富锂锡粉类金属合金导电颗粒，或者，所述导电填料是碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种；导电分流层厚度为0.5?5 μ m ;所述导电分流层中粘结剂为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、改性聚烯烃、聚乙炔、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚芴及其衍生物中的一种或几种。
[0012]所述导电分流层可以采用真空蒸镀、电镀、化学镀、流延、旋涂、热压、丝网印刷、喷墨打印等方法复合到交错覆盖有聚合物阻挡膜层的导电基体薄膜上下表面。
[0013]本发明提供的双极性集流体的制备方法如下:
[0014]I)导电基体薄膜的预处理:
[0015]所用导电基体薄膜为金属箔，对金属箔进行清洗、干燥、活化处理(CN102760887A)；
[0016]或者，所用导电基体薄膜为聚合物复合导电薄膜，对其进行清洗和干燥。
[0017]2)打印聚合物阻挡膜层:
[0018]a.配制聚合物阻挡膜层打印用墨水:根据所用聚合物的种类选择不同溶剂和添加剂配成粘度在I?50mPa.s,表面张力20?60dyn/cm的稳定溶液:其中聚合物0.3?40wt.%，溶剂45?99.5wt.%，保湿剂0.1?1wt.%，表面活性剂0.1?5wt.%，室温搅拌
0.5?6h，超声处理大于lOmin，过滤除去粒径大于0.2 μ m的杂质后得到聚合物阻挡膜层打印用墨水。
[0019]b.绘制聚合物阻挡膜层图样:利用画图软件，绘制聚合物阻挡膜层图样，需保证聚合物阻挡膜层的覆膜微区均匀间隔排列且每块覆膜微区的面积大于等于0.25_2，聚合物阻挡膜层的总覆膜面积占导电基体薄膜表面积的10?90%，优选为50%?65%，导电基体薄膜两表面相邻的的覆膜微区交错互补，即导电基体薄膜上表面未被聚合物阻挡膜层覆盖的区域，其所对应的导电基体薄膜下表面区域一定被聚合物阻挡膜层覆盖，导电基体薄膜上表面的未覆膜微区与下表面的覆膜微区相对应，且导电基体薄膜上表面的覆膜微区和下表面邻近的覆膜微区有所重叠，重叠的覆膜微区面积占覆膜
文档序号 :
【 8262821 】
技术研发人员：陈永翀,何颖源,张艳萍,张萍,王秋平
技术所有人：北京好风光储能技术有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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