[發(fā)明專利]一種鋰電池復合多孔集流體銅箔及其制備方法

有效

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• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116072884B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 徐輝;蒯贇;沈光宇
• 申請（專利權）人: 安徽維納物聯(lián)科技有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/80;H01M10/052
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 繆璐歡

本發(fā)明公開了一種鋰電池復合多孔集流體銅箔及制備方法，制備方法包括將硝酸銅水溶液、聚苯乙烯粉末混合，加表面活性劑后攪拌，脫泡后與無水乙醇混勻得懸濁液；在單晶硅襯底上鋪上一層無水乙醇或丙酮溶劑膜，注射懸濁液至無水乙醇或丙酮溶劑膜上；待單晶硅襯底上的溶劑揮發(fā)完畢，得到附著在單晶硅襯底上的二元膠體單層膜，轉移至無水乙醇或丙酮中使其漂浮在液面上；用固定在載體上的PI薄膜撈取二元膠體單層膜，烘干，在空氣中退火后在氫氣中退火，制得單面附著多孔銅箔的PI薄膜，將其翻面后再撈取漂浮在液面上的上述二元膠體單層膜，重復烘干，退火步驟。本發(fā)明制備方法得到的銅箔致密且均勻，制成的電芯循環(huán)性好。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰電池材料制備和加工技術領域，具體涉及一種鋰電池復合多孔集流體銅箔及其制備方法。

背景技術

鋰電池由于循環(huán)穩(wěn)定、能量密度高，被廣泛應用于消費電子、動力電池及儲能等領域。同時由于電動汽車的快速發(fā)展對鋰電池的安全性、穩(wěn)定性和能量密度提出了更高的要求。鋰電池主要由正極、隔膜、負極、集流體四個部分組成。集流體是鋰電池的主要組件之一，用來維持電極和外部電路之間的電力傳輸，影響電池的電化學性能。

在鋰電池行業(yè)中，銅箔和鋁箔通常用于鋰電池的負極集流體，作為電極材料、粘合劑和導電材料的載體。目前主流使用的負極集流體為厚度6-9μm左右的純銅電解銅箔。電池充放電使用過程中，負極材料體積亦會隨之進行變化。作為負極集流體的銅箔也會不斷拉伸收縮，負極材料可能脫落引起容量降低，性能下降，電阻增加，產熱增加等安全隱患。另外，電池由于枝晶生長、外力等原因受損引起熱失控后，存在電池爆燃等風險。因此需要對銅箔材料進行改性以穩(wěn)定電池容量，提升循環(huán)性能和降低安全風險。

復合集流體為“金屬-高分子材料-金屬”的三明治結構，以PET/PP/PI等高分子絕緣材料作為“夾心”層，上下兩面沉積金屬鋁或金屬銅。以復合銅箔為代表的復合集流體具有高安全、高比能、長壽命、低成本、強兼容等優(yōu)勢，是傳統(tǒng)鋰電池集流體（鋁箔和銅箔）的良好替代材料。復合銅箔中間的高分子層膨脹率更低，能有效減少金屬收縮導致的活性物質脫落，提升電池循環(huán)壽命。同時高分子材料受熱會發(fā)生斷路效應，削弱穿刺隔膜影響因素，可以大大降低電池熱失控風險。PET/PP/PI復合銅箔具有較好的兼容性，能夠匹配現(xiàn)有的電池系統(tǒng)，在提升電池安全性之外，憑借其低密度，減輕集流體重量，增加電池能量密度，降低制造成本。

當前的復合集流體銅箔的制備多選擇“兩步法”和“三步法”進行生產，分別采用了“磁控濺射+水電鍍”和“磁控濺射+真空鍍+水電鍍”的工藝策略。例如，“兩步法”制備復合集流體銅箔先在高分子層表面磁控濺射一層100納米以內厚度的金屬銅，將薄膜金屬化；然后采用水電鍍的方式，將銅層加厚到1微米，復合銅箔整體的厚度在10微米以內，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電解銅箔。例如公開號為CN108531876A的中國專利申請文獻中公開了一種用于鋰電池集流體的鍍膜工藝流程，其是超薄基材上鍍金屬膜，以獲得具有可提高粘合力的鍍膜產品，其工藝流程如下，在超薄基材表面先采用磁控鍍膜5-50nm，再水鍍鍍膜600-1000nm；或者工藝流程如下，在超薄基材表面先采用磁控鍍膜5-50nm，然后蒸發(fā)鍍膜100-700nm，最后水鍍鍍膜100-800nm。當前復合集流體銅箔的制造難點在于有機高分子和無機金屬的緊密復合和均勻性。磁控濺射鍍銅的不均勻到下一步水電鍍的時候會被放大，導致后續(xù)延展性有問題，良品率不高的情況。除此之外，如果磁控濺射沒有控制好磁場和電場，部分粒子轟擊會導致高分子膜損壞。因此迫切需要開發(fā)一種新的無損制備方式用于復合集流體銅箔的穩(wěn)定生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供了一種無損制備復合集流體銅箔的方法，增加有機高分子與無機金屬銅復合粘接性能，提升復合多孔集流體銅箔的均勻性，用于增強制備得到的電芯的循環(huán)性能。

本發(fā)明通過以下技術手段實現(xiàn)解決上述技術問題：

一種鋰電池復合多孔集流體銅箔的制備方法，包括以下步驟：