CN113871626A - 一种二次电池双极集流体及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源电池制造技术领域，具体涉及一种二次电池双极集流体及其制造工艺，通过表面离子修饰以实现制备电阻小、超薄的复合双极集流体。由于本发明的辅助离子层很薄，使得此处的电子传导效率不会受到太大影响，且复合双极集流体的厚度不会过度增加，能够获得低电阻、超薄的复合双极集流体。本发明通过纳米级辅助离子层添加，实现了集流体内部接触电阻小、可超薄制备的目的，可以提高新能源电池的能量密度。

Description

一种二次电池双极集流体及其制造工艺

技术领域

本发明属于新能源电池制造技术领域，具体涉及一种二次电池双极集流体及其制造工艺。

背景技术

现有电动汽车使用的动力电池是通过单个电芯之间外部串联实现高电压，这种方法在导线接触处往往会因电阻过高而削弱功率输出，同时复杂的线束增加了技术成本、降低了空间利用率。双极电池是通过在双极集流体两侧分别涂布正负极，实现电芯内部串联，这种方法可以轻易的实现电池的高电压输出，制备出的电池具有能量密度高、输出功率大的优点。

双极电池由于集流体两侧同时涂布正负极，这就要求集流体正极面需要耐氧化，负极面需要耐还原，同时集流体需具有足够大的强度以抵抗可能的孔洞出现，因为双极集流体细微的孔洞即可能造成内部离子短路。目前较为理想的双极集流体是铜铝复合集流体，现有公开的技术主要集中于寻找合适的方法将铝箔和铜箔整合到一起，如CN111725519A，发明人将锡层置于铝箔和铜箔之间，通过热压使得锡层熔融进而实现铝箔和铜箔的粘结，该法使用的锡层为10-50μm，远大于目前正常使用的铜、铝箔厚度，制备出的电芯能量密度势必受到较大削弱，且锡层的厚度不均也会影响复合集流体厚度的均一性，另如CN108390068A，发明人用聚合物将铜、铝材料粘合在一起，由于聚合物的绝缘性，集流体内的电子传输将受到较大阻碍。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种二次电池双极集流体及其制造工艺，通过表面离子修饰以实现制备电阻小、超薄的复合双极集流体。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种二次电池双极集流体，包括：

支撑箔材，为所述集流体的耐氧化层或耐还原层之一；

添加层，为所述集流体的耐氧化层或耐还原层之另一；

辅助离子层，设置在所述支撑箔材与所述添加层之间，用于降低所述添加层与所述支撑箔材相结合的反应活化能。

进一步的，所述辅助离子层的成分为所述添加层的蒸镀亲和元素或沉积亲和元素；所述添加层通过蒸镀工艺或沉积工艺结合在所述支撑箔材上。

进一步的，所述辅助离子层注入或溅射在所述支撑箔材上。

进一步的，所述耐氧化层为铝或铝合金；所述耐还原层为铜、铜合金、镍或镍合金；所述支撑箔材的厚度为7-16μm；所述辅助离子层的厚度为5-510nm。

进一步的，所述支撑箔材为铝或其合金，所述添加层为铜或其合金，所述辅助离子层包括硫离子、氧离子或氮离子。

进一步的，所述支撑箔材为铜或其合金，所述添加层为铝或其合金，所述辅助离子层包括氯离子、氧离子或氟离子。

进一步的，所述支撑箔材为镍或其合金，所述添加层为铝或其合金，所述辅助离子层包括氯离子。

进一步的，本发明还提出一种基于上述二次电池双极集流体的二次电池双极集流体制造工艺，包括以下步骤：

1)对所述支撑箔材表面进行抛光处理；

2)对所述表面进行除油；

3)对所述表面用去离子水清洗并干燥；

4)在所述表面进行辅助离子层注入或溅射；

5)在所述表面进行所述添加层的沉积或蒸镀。

进一步的，在所述5)的沉积或蒸镀过程中，所述表面处于局部气化状态。

进一步的，所述4)和5)均在真空环境中进行。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

由于本发明的辅助离子层很薄，使得此处的电子传导效率不会受到太大影响，且复合双极集流体的厚度不会过度增加，能够获得低电阻、超薄的复合双极集流体。本发明通过纳米级辅助离子层添加，实现了集流体内部接触电阻小、可超薄制备的目的，可以提高新能源电池的能量密度。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中，一种二次电池双极集流体的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中，一种二次电池双极集流体制造工艺的流程示意图；

其中：1、支撑箔材；2、添加层；3、辅助离子层。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种二次电池双极集流体，如图1所示，包括：

支撑箔材1，为集流体的耐氧化层或耐还原层之一；

添加层2，为集流体的耐氧化层或耐还原层之另一；

辅助离子层3，设置在支撑箔材1与添加层2之间，用于降低添加层2与支撑箔材1相结合的反应活化能。

在本实施例中，辅助离子层3的成分为添加层2的蒸镀亲和元素或沉积亲和元素；添加层2通过蒸镀工艺或沉积工艺结合在支撑箔材1上。

在本实施例中，述辅助离子层3注入或溅射在支撑箔材1上。

在本实施例中，耐氧化层为铝或铝合金；耐还原层为铜、铜合金、镍或镍合金；支撑箔材1的厚度为7-16μm；辅助离子层3的厚度为5-510nm。

在一个实施例中，支撑箔材1为铝或其合金，添加层2为铜或其合金，辅助离子层3包括硫离子、氧离子或氮离子。

在一个实施例中，支撑箔材1为铜或其合金，添加层2为铝或其合金，辅助离子层3包括氯离子、氧离子或氟离子。

在一个实施例中，支撑箔材1为镍或其合金，添加层2为铝或其合金，辅助离子层3包括氯离子。

在一个实施例中，本发明还提出一种基于上述二次电池双极集流体的二次电池双极集流体制造工艺，如图2所示，包括以下步骤：

1)对支撑箔材表面进行抛光处理；

2)对表面进行除油；

3)对表面用去离子水清洗并干燥；

4)在表面进行辅助离子层3注入或溅射；

5)在表面进行添加层2的沉积或蒸镀。

在本实施例中，在5)的沉积或蒸镀过程中，表面处于局部气化状态。

在本实施例中，4)和5)均在真空环境中进行。

以下对几种集流体组合以及制备方式进行列举

列举1

一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)基础支撑箔材1的预处理：基础支撑箔材1选12μm铝箔，将铝箔表面用400目砂纸打磨抛光，然后浸泡在0.1M NaOH溶液中1h，然后用去离子水超声清洗三次，之后真空下干燥烘干，在真空环境下，利用离子注入机在铝箔表面注入一层50nm的硫离子，形成辅助离子层；

2)添加层2的制备：利用蒸镀法，在上述真空环境下，以铜为金属靶材，脉冲激光为加热源，在瞬间的高温下，铝表面处于升华态的硫离子与铜原子具有很强的亲和力，可以实现铜在铝表面的快速沉积，设置蒸镀时间为0.5h，蒸镀完成后将样品置于0℃冷却8h，得到铝铜复合双极集流体。

列举2

一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)基础支撑箔材1的预处理：基础支撑箔材1选15μm铝箔，将铝箔表面用400目砂纸打磨抛光，然后浸泡在0.1M NaOH溶液中1h，然后用去离子水超声清洗三次，之后真空下干燥烘干，在真空环境下，利用离子注入机在铝箔表面注入一层100nm的氧离子，形成辅助离子层；

2)添加层2的制备：利用蒸镀法，在上述真空环境下，以铜为金属靶材，电子束为加热源，在瞬间的高温下，铝表面处于升华态的氧离子与铜原子具有很强的亲和力，可以实现铜在铝表面的快速沉积，设置蒸镀时间为1h，蒸镀完成后将样品置于0℃冷却8h，得到铝铜复合双极集流体。

列举3

一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)基础支撑箔材1的预处理：基础支撑箔材1选8μm铜箔，将铜箔表面用600目砂纸打磨抛光，然后浸泡在0.1M NaOH溶液中1h，然后用去离子水超声清洗三次，之后真空下干燥烘干，在真空环境下，利用离子溅射仪在铜箔表面溅射一层200nm的氯离子，形成辅助离子层；

2)添加层2的制备：利用磁控溅射法，在上述真空环境下，以铝为金属靶材，电子束为加热源，在瞬间的高温下，铝表面处于升华态的氯离子与铝原子具有很强的亲和力，可以实现铝在铜表面的快速沉积，设置溅射时间为0.5h，溅射完成后将样品置于0℃冷却8h，得到铜铝复合双极集流体。

列举4

一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)基础支撑箔材1的预处理：基础支撑箔材1选8μm铜箔，将铜箔表面用800目砂纸打磨抛光，然后浸泡在0.1M NaOH溶液中1h，然后用去离子水超声清洗三次，之后真空下干燥烘干，在真空环境下，利用离子溅射仪在铜箔表面注入一层400nm的氟离子，形成辅助离子层；

2)添加层2的制备：利用磁控溅射法，在上述真空环境下，以铝为金属靶材，脉冲激光为加热源，在瞬间的高温下，铜表面处于升华态的氟离子与铝原子具有很强的亲和力，可以实现铝在铜表面的快速沉积，设置溅射时间为0.5h，溅射完成后将样品置于0℃冷却8h，得到铜铝复合双极集流体。

列举5

一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)基础支撑箔材1的预处理：基础支撑箔材1选10μm镍箔，将镍箔表面用800目砂纸打磨抛光，然后浸泡在0.1M NaOH溶液中1h，然后用去离子水超声清洗三次，之后真空下干燥烘干，在真空环境下，利用离子溅射仪在镍箔表面溅射一层400nm的氯离子，形成辅助离子层；

2)添加层2的制备：利用磁控溅射法，在上述真空环境下，以铝为金属靶材，脉冲激光为加热源，在瞬间的高温下，镍表面处于升华态的氯离子与铝原子具有很强的亲和力，可以实现铝在镍表面的快速沉积，设置溅射时间为1h，溅射完成后将样品置于0℃冷却8h，得到镍铝复合双极集流体。

对比例1

传统工艺中一种双极性集流体的制备，包括以下步骤：

1)导电胶液的配置：将100w分子量的PVDF和导电碳黑以质量比1：1的比例混合到NMP中，PVDF在NMP中的浓度为8％，强力搅拌24h；

2)两种金属的粘合：选择12μm铝箔和8μm铜箔，在铝箔上用刮刀涂布上述制备的导电胶液，然后将铜箔贴于导电胶液上，置于真空箱80℃烘烤12h，得到导电粘合剂粘合的双极集流体。

测量传统工艺以及列举中所有集流体电阻率和整体厚度，对比如下：

表1：本实施例几种列举与传统工艺电阻率及厚度对比。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种二次电池双极集流体，其特征在于，包括：

支撑箔材，为所述集流体的耐氧化层或耐还原层之一；

添加层，为所述集流体的耐氧化层或耐还原层之另一；

辅助离子层，设置在所述支撑箔材与所述添加层之间，用于降低所述添加层与所述支撑箔材相结合的反应活化能。

2.根据权利要求1所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述辅助离子层的成分为所述添加层的蒸镀亲和元素或沉积亲和元素；所述添加层通过蒸镀工艺或沉积工艺结合在所述支撑箔材上。

3.根据权利要求2所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述辅助离子层注入或溅射在所述支撑箔材上。

4.根据权利要求3所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述耐氧化层为铝或铝合金；所述耐还原层为铜、铜合金、镍或镍合金；所述支撑箔材的厚度为7-16μm；所述辅助离子层的厚度为5-510nm。

5.根据权利要求4所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述支撑箔材为铝或其合金，所述添加层为铜或其合金，所述辅助离子层包括硫离子、氧离子或氮离子。

6.根据权利要求4所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述支撑箔材为铜或其合金，所述添加层为铝或其合金，所述辅助离子层包括氯离子、氧离子或氟离子。

7.根据权利要求4所述的二次电池双极集流体，其特征在于，所述支撑箔材为镍或其合金，所述添加层为铝或其合金，所述辅助离子层包括氯离子。

8.根据权利要求1-7之任一项所述的二次电池双极集流体的二次电池双极集流体制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)对所述支撑箔材表面进行抛光处理；

2)对所述表面进行除油；

3)对所述表面用去离子水清洗并干燥；

4)在所述表面进行辅助离子层注入或溅射；

5)在所述表面进行所述添加层的沉积或蒸镀。

9.根据权利要求8所述的二次电池双极集流体制造工艺，其特征在于，在所述5)的沉积或蒸镀过程中，所述表面处于局部气化状态。

10.根据权利要求9所述的二次电池双极集流体制造工艺，其特征在于，所述4)和5)均在真空环境中进行。

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