CN110380058A - 一种柔性集流体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性集流体及其制备方法和应用，本发明提供的柔性集流体通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；其中，通过选择所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，孔隙率为30％～60％，意外的发现，得到的柔性集流体不仅能够满足集流体所具备的导电率，而且具有很好的柔韧性，能够应用于便携式电子产品中。

Description

一种柔性集流体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种柔性集流体及其制备方法和应用。
背景技术
随着各种各样便携式电子产品在国民生活中的大量推广和不断革新，作为其重要组成的电池也需要多样发展来满足不同的需求。柔性可穿戴智能电子器件中的电池不仅需要有良好的力学性能，而且还需要其在弯曲甚至折叠之后仍能保持优异的电化学性能。
传统的电池中正负极集流体是铜箔和铝箔，在集流体上构筑合适的电极材料，可以有良好的导电性，但是这些正负极集流体缺少柔韧性，弯曲折叠后易产生不可逆的折痕、破裂，进而导致电池内部结构受损，从而影响电池性能，甚至引发安全问题。
申请公布号为CN108832133的中国专利公开的集流体制作方法通过将高分子材料作为基层，在基层上附多孔陶瓷层，然后再在多空陶瓷层上涂覆导电涂层得到集流体，避免金属作为集流体容易断裂等安全隐患，但是该法制备的集流体柔韧性问题仍然无法得到解决。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性集流体及其制备方法和应用，本发明提供集流体不仅柔韧性好，而且导电率高。
本发明提供了一种柔性集流体，通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，孔隙率为30％～60％。
优选的，所述多孔聚合物薄膜为多孔聚乙烯薄膜、多孔聚丙烯薄膜、多孔聚苯乙烯薄膜、多孔聚氯乙烯薄膜、多孔聚酰亚胺薄膜、多孔聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、多孔聚碳酸酯薄膜和多孔聚砜薄膜中的一种或几种。
优选的，其特征在于，所述金属为铜、镍和银中的一种或几种。
优选的，所述多孔聚合物薄膜的孔径为1～250μm，孔隙率为40％～50％。
优选的，所述多孔聚合物薄膜为亲水性多孔聚合物薄膜。
本发明还提供了一种柔性集流体的制备方法，包括：
将多孔聚合物薄膜浸入含金属盐的溶液中进行金属沉积，得到柔性集流体；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5-300μm，孔隙率为30％-60％。
优选的，所述含金属盐的溶液包括金属盐和反应助剂；
所述金属盐为硫酸铜、硫酸镍或硝酸银。
优选的，所述金属盐溶液为硫酸铜、酒石酸钾钠、甲醛和氢氧化钠的混合液。
优选的，所述金属盐溶液为硫酸镍、柠檬酸钠、乳酸和硼烷的混合溶液。
本发明还提供了一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池的柔性集流体为本发明所述的柔性集流体。
与现有技术相比，本发明提供了一种柔性集流体及其制备方法和应用，本发明提供的柔性集流体通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；其中，通过选择所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，孔隙率为30％～60％，意外的发现，得到的柔性集流体不仅能够满足集流体所具备的导电率，而且具有很好的柔韧性，能够应用于便携式电子产品中。
附图说明
图1为实施例得到的柔性集流体的表面形貌图；
图2为实施例得到的集流体的截面形貌图。
具体实施方式
本发明提供了一种柔性集流体，通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5-300μm，孔隙率为30％-60％。
本发明中，所述多孔聚合物薄膜优选为亲水性多孔聚合物薄膜；所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，优选为1～250μm，更优选为10～200μm，最优选为50～150μm，所述孔隙率优选为30％-60％，更优选为35～55％，最优选为40％～50％。所述多孔聚合物薄膜为多孔聚乙烯薄膜、多孔聚丙烯薄膜、多孔聚苯乙烯薄膜、多孔聚氯乙烯薄膜、多孔聚酰亚胺薄膜、多孔聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、多孔聚碳酸酯薄膜和多孔聚砜薄膜中的一种或几种，优选为多孔聚酰亚胺薄膜。
本发明中，所述金属优选为铜、镍和银中的一种或几种，更优选为铜或镍。
本发明中，所述沉积为化学沉积，本发明通过化学沉积使金属沉积到多孔聚合物薄膜表面及其孔隙中。
本发明还提供了一种柔性集流体的制备方法，包括：
将多孔聚合物薄膜浸入含金属盐的溶液中进行金属沉积，得到柔性集流体；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5-300μm，孔隙率为30％-60％。
按照本发明，本发明将将多孔聚合物薄膜浸入含金属盐的溶液中进行金属沉积，得到柔性集流体；其中，所述多孔聚合物薄膜优选为亲水性多孔聚合物薄膜；所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，优选为1～250μm，更优选为10～200μm，最优选为50～150μm，所述孔隙率优选为30％-60％，更优选为35～55％，最优选为40％～50％。所述多孔聚合物薄膜为多孔聚乙烯薄膜、多孔聚丙烯薄膜、多孔聚苯乙烯薄膜、多孔聚氯乙烯薄膜、多孔聚酰亚胺薄膜、多孔聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、多孔聚碳酸酯薄膜和多孔聚砜薄膜中的一种或几种，优选为多孔聚酰亚胺薄膜。本发明对所述多孔聚合物薄膜的来源没有特殊要求，本领域技术人员可以根据公知的方法获得，本发明中，为了后续金属沉积反应更顺利的进行，本申请优选将多孔聚合物薄膜的表面用醇进行擦拭，然后滴加还原剂以及催化剂，得到预处理的多孔聚合物薄膜；或者直接将多孔聚合物薄膜的表面用醇进行擦拭，得到预处理的多孔聚合物薄膜；其中，所述醇优选为乙醇；所述还原剂优选为亚硫酸钠溶液，所述催化剂优选为Pd2Cl溶液酸性溶液。
本发明中，所述含金属盐的溶液包括金属盐和反应助剂；所述金属盐为硫酸铜、硫酸镍或硝酸银；更具体的，所述金属盐溶液为硫酸铜、酒石酸钾钠、甲醛和氢氧化钠的混合液；所述金属盐溶液为硫酸镍、柠檬酸钠、乳酸和硼烷的混合溶液；本发明中，本发明对金属盐溶液中各个原料的含量没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的用量浓度。本发明对沉积的方法没有特殊要求，静置沉积即可。
本发明提供了一种柔性集流体及其制备方法和应用，本发明提供的柔性集流体通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；其中，通过选择所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，孔隙率为30％～60％，意外的发现，得到的柔性集流体不仅能够满足集流体所具备的导电率，而且具有很好的柔韧性，能够应用于便携式电子产品中。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1)配备25mg/mL亚硫酸钠溶液和Pd2Cl溶液(0.2mol/L盐酸，Pd2Cl质量分数0.2％)，化学沉积液是7g/L硫酸铜，25g/L酒石酸钾钠，9.5g/L甲醛和4.5g/L氢氧化钠的混合液；
2)对多孔聚酰亚胺薄膜材料表面用乙醇擦拭清洗，并先后滴加或涂抹上述Pd2Cl溶液和亚硫酸钠溶液；
其中，所用多孔聚酰亚胺薄膜的孔径为10μm，孔隙率为40％。3)把上述处理的薄膜材料浸入化学沉积液，常温静置十分钟，后烘干表面水分，即得到电池用柔性集流体。
对得到的柔性集流体的结构进行鉴定，结果见图1～图2，图1为实施例得到的柔性集流体的表面形貌图，图2为实施例得到的集流体的截面形貌图。
对得到的集流体的性能进行测定，结果见表1。
实施例2
1)配备40g/L硫酸镍，20g/L柠檬酸钠，10g/L乳酸以及1g/L硼烷溶液，化学沉积液是这四种溶液的混合液(硼烷溶液体积为另外三种溶液体积的四分之一)，并用氨水调节PH至7；
2)对多孔聚酰亚胺薄膜材料表面用乙醇擦拭清洗；
其中，所用多孔聚酰亚胺薄膜的孔径为10μm，孔隙率为40％。3)把上述处理的薄膜材料浸入化学沉积液，静置十分钟，后烘干表面水分，即得到电池用柔性集流体。
对得到的集流体的性能进行测定，结果见表1。
对比例1：
将实施例1的多孔聚酰亚胺薄膜换为无孔的致密薄膜，其它制备条件不变，得到柔性集流体。
对得到的集流体的性能进行测定，结果见表1。
对比例2
将实施例1的多孔聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜换为孔径为500μm，孔隙率为80％的薄膜，其它制备参数都不变，得到柔性集流体。
对得到的集流体的性能进行测定，结果见表1。
对比例3
使用导电胶将纳米铜粉直接涂覆在上述聚酰亚胺薄膜上。所用聚酰亚胺薄膜孔径孔径为10μm，孔隙率为40％。
表1所得集流体导电性能及力学性能
从表1可以看出，本申请通过选择合适的孔隙率以及孔径的多孔聚酰亚胺薄膜且选用化学沉积的方法得到的集流体，使得其不仅导电性能好，且柔韧性好。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性集流体，通过在多孔聚合物薄膜上沉积金属得到；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5～300μm，孔隙率为30％～60％。
2.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜为多孔聚乙烯薄膜、多孔聚丙烯薄膜、多孔聚苯乙烯薄膜、多孔聚氯乙烯薄膜、多孔聚酰亚胺薄膜、多孔聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、多孔聚碳酸酯薄膜和多孔聚砜薄膜中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述金属为铜、镍和银中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜的孔径为1～250μm，孔隙率为40％～50％。
5.根据权利要求1所述的柔性集流体，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜为亲水性多孔聚合物薄膜。
6.一种柔性集流体的制备方法，包括：
将多孔聚合物薄膜浸入含金属盐的溶液中进行金属沉积，得到柔性集流体；
其中，所述多孔聚合物薄膜的孔径为0.5-300μm，孔隙率为30％-60％。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含金属盐的溶液包括金属盐和反应助剂；
所述金属盐为硫酸铜、硫酸镍或硝酸银。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液为硫酸铜、酒石酸钾钠、甲醛和氢氧化钠的混合液。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液为硫酸镍、柠檬酸钠、乳酸和硼烷的混合溶液。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的柔性集流体为权利要求1～5任意一项所述的柔性集流体。
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