低应力金属化塑料集流体及其制备方法与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种低应力金属化塑料集流体及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源产业的不断发展与壮大，目前商业化的锂离子电池已无法满足日益增长的高安全性、高能量密度和功率密度的需求。其中，集流体作为电池中不可或缺的组分扮演了极其重要的角色，其性能的好坏对整个电池性能的影响不可忽视。而传统的金属箔集流体由于较厚的金属层的存在影响了电池的能量密度。与金属材料相比，高分子材料具有更低的密度也兼具较高的机械强度，因此高分子材料的使用有望使电池的性能在能量密度上获得突破。

2、但由于其由纯金属组成具有脆性及韧性较低的特性，致使其用在锂离子电池电极材料在生产过程中的涂布、辊压、烘干、切片等受热和张力环境下的工艺流程中，容易发生断裂、破边等问题。以此易造成材料浪费，产品一致性差，降低生产效率影响。同时纯金属集流体出于成本、安全、能量密度等多方面关键因素考虑都已不是最佳应用载体，因此有不少研究开始着力于将轻型的柔性金属/塑料复合薄膜材料替代传统金属集流体，以此实现锂电池更高安全、更高体积能量密度和质量能量密度。

3、金属化塑料集流体在制备金属导电层时通常采用磁控溅射、蒸发镀、水电镀等工艺制备，而且产生薄膜应力是在沉积薄膜过程中普遍存在的现象。薄膜应力的存在将影响薄膜的微观结构和性能，如薄膜的电学、力学等物理性能，同时影响到薄膜与基体材料的结合度以及基体材料的基本性能。

4、这部分薄膜应力进一步导致了导电层与聚合物薄膜间附着力的降低，在极片加工与锂离子电池生命周期中存在金属化塑料集流体表层导电层脱落等现象，严重影响锂离子电池的循环寿命与高温存储性能，因此如何克服金属导电层制备过程中产生的薄膜应力是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种低应力金属化塑料集流体及其制备方法，以解决因薄膜应力而导致的金属化塑料集流体表层导电层脱落问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低应力金属化塑料集流体的制备方法，包括如下步骤：步骤s1，预处理基材层；步骤s2，在预处理的基材层上形成导电层；步骤s3，对导电层进行红外辐照处理；步骤s4，对经红外辐照的导电层重复步骤s2-s3若干次，得到有若干层导电层叠层在其上的基材层，并在所述基材层的另一侧进行相同工艺，得到低应力金属化塑料集流体。

3、进一步的，所述步骤s1中预处理基材层包括：在真空腔室中通入氩气，通过向离子源提供800w的功率将氩气离子化，进而对基材进行表面清洁。

4、进一步的，所述步骤s2中在预处理的基材层上形成导电层包括：将溅射气体氩气通入真空腔室，溅射制备导电层。

5、进一步的，所述氩气量为300～500sccm，优选300、400、500sccm，所述真空腔室的气压为0.3～0.5pa，优选0.3、0.4、0.5pa。

6、进一步的，所述溅射为双旋转阴极、直流磁控溅射；功率为1kw～15kw，优选1、3、5、8、10、12、15kw。

7、进一步的，所述步骤s3中对导电层进行红外辐照处理包括：红外辐照的功率为3000～5800w，优选3000、3500、4000、4500、5000、5500、5800w，辐射峰λmax为0.9～1μm，工件与辐射源距离为50～200mm，优选50、100、150、200mm，辐射时间为5～200s，优选5、10、20、50、80、100、150、200s。

8、进一步的，所述步骤s4中单侧导电层的层数为1～20层，优选1、2、3、5、7、9、15、20层。

9、又一方面，本发明还提供了一种低应力金属化塑料集流体，采用如前所述的方法制备得到，所述低应力金属化塑料集流体包括基材层及至少一侧设置有经红外辐照的导电层。

10、进一步的，所述基材层为双向拉伸聚丙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜中的任意一种；所述基材层的厚度为3～20μm，优选3、5、7、10、15、20μm。

11、进一步的，所述导电层为金属材料，包括铝、铜、镍、钛、银、金、钴、铬、钼、钨、不锈钢中的任意一种或多组的组合。

12、本发明的有益效果是，本发明的低应力金属化塑料集流体及其制备方法利用红外辐射对导电层进行热处理，导电层中原子通过晶格振动交换能量，将一些错位愈合，从而减少薄膜的内应力；同时导电层中原子在表面扩散时将消除其中空位和空隙等缺陷，使体积发生收缩，以释放导电层中残留的内应力，最终增加导电层与基材层之间的结合力，增强金属化塑料集流体的耐电解液性能，提升新能源电池的循环寿命。

13、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

14、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种低应力金属化塑料集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中预处理基材层包括：在真空腔室中通入氩气，通过向离子源提供800w的功率将氩气离子化，进而对基材进行表面清洁。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中在预处理的基材层上形成导电层包括：将溅射气体氩气通入真空腔室，溅射制备导电层。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氩气量为300～500 sccm，所述真空腔室的气压为0.3～0.5pa。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溅射为双旋转阴极、直流磁控溅射；功率为1kw～15kw。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中对导电层进行红外辐照处理包括：红外辐照的功率为3000～5800w，辐射峰λmax为0.9～1μm，工件与辐射源距离为50～200mm，辐射时间为5～200s。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中单侧导电层的层数为1～20层，单层厚度为50nm～1μm。

8.一种低应力金属化塑料集流体，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备得到，所述低应力金属化塑料集流体包括基材层及至少一侧设置有经红外辐照的导电层。

9.如权利要求8所述的低应力金属化塑料集流体，其特征在于，所述基材层为双向拉伸聚丙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜中的任意一种；

10.如权利要求8所述的低应力金属化塑料集流体，其特征在于，所述导电层为金属材料，包括铝、铜、镍、钛、银、金、钴、铬、钼、钨、不锈钢中的任意一种或多组的组合。

技术总结本发明涉及一种低应力金属化塑料集流体及其制备方法，包括如下步骤：步骤S1，预处理基材层；步骤S2，在预处理的基材层上形成导电层；步骤S3，对导电层进行红外辐照处理；步骤S4，对经红外辐照的导电层重复步骤S2‑S3若干次，得到有若干层导电层叠层在其上的基材层，并在所述基材层的另一侧进行相同工艺，得到低应力金属化塑料集流体；本发明利用红外辐射对导电层进行热处理，导电层中原子通过晶格振动交换能量，将一些错位愈合，从而减少薄膜的内应力；同时导电层中原子在表面扩散时将消除其中空位和空隙等缺陷，使体积发生收缩，以释放导电层中残留的内应力，最终增加导电层与基材层之间的结合力，增强耐电解液性能，提升电池的循环寿命。技术研发人员：翟怀伦,赵锦玲,曾金栋受保护的技术使用者：江苏三层科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17