CN116364942A - 一种复合集流体及其处理方法、电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合集流体，包括复合集流体本体和极耳区，用于制作负极片的复合集流体的极耳区有纯铜层。本发明的复合集流体工艺步骤为：第一步，使用物理气相沉积方法在高分子材料表面溅射一层金属；第二步，采用离子置换或水电镀的方法增厚表面的金属层；第三步，金属层再经历水洗、防氧化处理、烘干；第四步，在复合集流体边缘电解生成铜箔、表面处理、分切；第五步，打包出货。本发明还提供一种电池，采用了上述复合集流体。本发明只需对复合集流体进行简单的处理，就可有效提高复合集流体在电池应用中极耳部位焊接导电性，并降低阻值，使电池的能量更好的发挥。

Description

一种复合集流体及其处理方法、电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种复合集流体及其处理方法、电池。

背景技术

复合集流体具有更好的柔韧性和机械强度，极片在辊压以及使用过程中不易断带；较高的延展性，当锂离子电池受到外界的物理冲击时，尤其是受到尖锐物体或者重物冲击时，复合集流体两侧的金属层会断裂，而中间聚合物层能够凭借自身的延展性，从断裂处将两侧金属层的断裂面包裹住，避免断裂面刺破隔膜，接触到其他地方造成短路，解决了锂离子电池受到外界物理冲击后，容易造成内部短路，进而引发热失控等安全问题。聚合物薄膜作为基底的材料具有更低的质量密度，可以降低电池总体质量，提升电池能量密度。但是，在后续对集流体极耳之间进行焊接或者在集流体极耳与外接极耳进行焊接的过程中，会出现难以焊接或者焊接不良的问题。复合集流体不经过处理直接在电池中应用，导电性差，阻值大，能量发挥会打折扣。

对此公开号为CN111900413A的中国发明专利申请，公开了“一种锂电池复合集流体极耳焊接的方法”两个金属极耳将复合集流体极耳夹住预焊→和常规极耳间隔叠片→多层极耳终焊的方式进行改善导电效果。上述专利的方法能够解决复合集流体焊接过程的无法连通导电的问题，但操作流程较为复杂，对设备和设备需要升级，人员需要专业培训，流程的复杂化也会对电池的一致性造成损害。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合集流体及其处理方法，用于解决现有技术中简单有效解决复合集流体在电池应用中极耳部位焊接导电性差、阻值大以及能量发挥不佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合集流体，包括复合集流体本体和极耳区，用于制作负极片的所述复合集流体的所述极耳区有纯铜层。

于本发明的一实施例中，

所述复合集流体本体中间的绝缘层是高分子聚合物；

所述复合集流体本体两侧的金属层为铜或铝。

于本发明的一实施例中，所述负极片的所述极耳区是在负极复合集流体边缘电镀纯铜而成。

于本发明的一实施例中，所述复合集流体经过辊压和分切后得到极片，所述极耳区设置在所述极片上。

于本发明的一实施例中，在涂布浆料之前制作所述复合集流。

于本发明的一实施例中，在涂布浆料之后制作所述复合集流体。

本发明还提供一种复合集流体处理方法，得到上述任一项所述的复合集流体，在负极复合集流体边缘再镀纯铜层作为极耳区。

于本发明的一实施例中，包括以下工艺步骤：

第一步，使用物理气相沉积方法在高分子材料表面溅射一层金属；

第二步，采用离子置换或水电镀的方法增厚表面的金属层；

第三步，所述金属层再经历水洗、防氧化处理、烘干；

第四步，在复合集流体边缘电解生成铜箔、表面处理、分切；

第五步，打包出货。

于本发明的一实施例中，所述极耳区由所述负极复合集流体边缘延展纯铜镀层而成，或者所述极耳区由所述负极复合集流体边缘覆盖纯铜镀层而成。

本发明还提供一种电池，采用上述任一项所述的复合集流体。

如上所述，本发明的复合集流体及其处理方法，具有以下有益效果：只需对复合集流体进行简单的处理，就可有效提高复合集流体在电池应用中极耳部位焊接导电性，并降低阻值，使电池的能量更好的发挥。

附图说明

图1显示为本发明的复合集流体的一个实施例的结构示意图。

图2显示为本发明的复合集流体的另一个实施例的结构示意图。

图3显示为本发明的复合集流体及其处理方法步骤示意图。

元件标号说明

金属层1；绝缘层2；极耳区3。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其它优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，本发明提供一种复合集流体，包括复合集流体本体和极耳区，用于制作负极片的复合集流体的极耳区有额外的纯铜镀层。

复合集流体是以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等高分子聚合物膜材作为基膜经过真空镀膜等工艺，将其双面堆积上铜/铝分子的复合材料，形成“三明治”型的复合结构。如图1所示，中间的隔离层2为高分子聚合物层，两侧是堆积的金属层1。

通常，正极集流体的金属层是铝，负极集流体的金属层是铜。基于铜的特性，本发明采用普通的镀铜工艺，对于用于制作负极片的复合集流体(即负极集流体)的极耳区再镀一层纯铜，以增强负极集流体极耳的焊接性和导电性。

进一步地，在负极集流体的金属层1(即铜膜)之上，使用纯度为99％的纯铜，将复合集流体在传统的铜箔电镀厂极辊上电镀一层纯铜层做为极耳区3。该工艺步骤可以在复合集流体涂布浆料前进行，或者也可以在涂布浆料后进行。这样既能保证复合集流体的高安全和高柔韧、高安全性，又能发挥纯铜极耳良好的导电性，能够实现复合集流体的快速应用。

负极集流体的复合铜箔的生产工艺主要包括一步法、二步法和三步法。一步法是在高分子膜材表面直接化学沉积或者磁控溅射形成铜金属层；二步法是磁控溅射+水电镀；三步法是磁控溅射+蒸镀+水电镀。结合成本与效率考虑，目前复合铜箔的主流工艺是二步法。先通过磁控溅射，在高分子膜材表面形成20～70nm的金属铜层，然后水电镀增厚至约1μm。

常见的真空镀膜技术包括蒸发镀膜、磁控溅射和离子镀膜。离子镀膜是前两者技术的有机结合。

蒸发镀膜工作原理是先加热膜材，使表面组分以原子团或分子团形式被蒸发出来，并沉降在基材表面。

磁控溅射是用高能等离子体轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来，并沉积在基片表面。电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。

水电镀：经过磁控溅射处理过后的膜材，已经形成纳米级厚度的铜层，并具备一定的导电能力。在水平连续电镀设备中，在电场作用下，铜离子在膜材表面进一步沉积，形成约1微米厚的铜层。

作为一个具体实施例，参阅图1，纯铜镀层是从复合集流体的边缘延展而成，极耳区3的大部分是纯铜镀层，小部分覆盖在复合集流体的金属层1之上以与复合集流体相衔接。

作为一个具体实施例，参阅图2，纯铜镀层全部覆盖在复合集流体的金属层1之上，作为极耳区3。

作为一个实施例，集流体为负极集流体，通过在该负极集流体的第一金属层和第二金属层的非焊接区涂布含有负极活性材料的负极浆料并蒸干溶剂后，经过辊压和分切，得到负极片，在应用过程中可以根据实际需要对集流体进行裁剪，从而得到满足需要的集流体，然后在该集流体上镀上纯铜。负极活性材料的选择，可以是石墨负极材料，或者氧化亚硅负极材料与石墨负极材料按照任意比例的混合物等。将负极浆料涂布在负极集流体上，然后在110℃下烘干后在40吨压力下辊压，根据电池所需的极片尺寸进行裁切，分切成负极片，最终所得的负极片上留有一个焊接区作为极耳区3。

作为一个具体实施例，纯铜镀层的工艺步骤还可以在复合集流体极片切割完成之后进行。

本发明还提出一种电池，采用上述本发明提出的复合集流体。

进一步地，设计一个实验来测试本发明的复合集流体的性能。共6块锂电池，其中3块锂电池采用普通的复合集流体，另外3块锂电池采用本发明的复合集流体，即复合集流体+电镀铜极耳。其余电池特性为：正极磷酸铁锂，负极人造石墨，软包体系，15-20Ah。充放电测试循环500次。从表1的实验数据可以看到，“复合集流体+电镀铜极耳”的组合在直流阻抗和电池衰减方面，均有明显的改善，即采用本发明的复合集流体的锂电池的导电率有明显改善。

表1实验数据

本发明还提出一种复合集流体处理方法，得到上述复合集流体，其核心在于，在普通负极复合集流体边缘再镀纯铜层作为极耳区。具体工艺步骤如下：

S1，使用物理气相沉积方法在高分子材料表面溅射一层金属；

S2，采用离子置换或水电镀的方法增厚表面的金属层；

S3，所述金属层再经历水洗、防氧化处理、烘干；

S4，在复合集流体边缘电解生成铜箔、表面处理、分切；

S5，打包出货。

综上所述，本发明在普通负极复合集流体边缘再镀纯铜层作为极耳区，使得本发明的复合集流体极耳之间的焊接或者复合集流体极耳与外接极耳之间的焊接导电性更加，阻抗更小，由此复合集流体组成的电池在电池衰减率和导电率方面有显著改善。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种复合集流体，包括复合集流体本体和极耳区，其特征在于，用于制作负极片的所述复合集流体的所述极耳区有纯铜层。

2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，

所述复合集流体本体中间的绝缘层是高分子聚合物；

所述复合集流体本体两侧的金属层为铜或铝。

3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述负极片的所述极耳区是在负极复合集流体边缘电镀纯铜而成。

4.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述复合集流体经过辊压和分切后得到极片，所述极耳区设置在所述极片上。

5.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，在涂布浆料之前制作所述复合集流。

6.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，在涂布浆料之后制作所述复合集流体。

7.一种复合集流体处理方法，得到权利要求1至6任一项所述的复合集流体，其特征在于，在负极复合集流体边缘再镀纯铜层作为极耳区。

8.根据权利要求7所述的复合集流体处理方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

第一步，使用物理气相沉积方法在高分子材料表面溅射一层金属；

第二步，采用离子置换或水电镀的方法增厚表面的金属层；

第三步，所述金属层再经历水洗、防氧化处理、烘干；

第四步，在复合集流体边缘电解生成铜箔、表面处理、分切；

第五步，打包出货。

9.根据权利要求7所述的复合集流体处理方法，其特征在于，所述极耳区由所述负极复合集流体边缘延展纯铜镀层而成，或者所述极耳区由所述负极复合集流体边缘覆盖纯铜镀层而成。

10.一种电池，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的复合集流体。

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