本發(fā)明涉及一種正極集流體、其制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鋰離子電池正極集流體是鋁箔。隨著鋰電技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池的高能量密度、輕量化和柔性化成為人們的追求。減薄鋁箔，可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的輕量化，提高能量密度。但由于制備技術(shù)的局限，鋁箔的厚度很難再降低(目前鋁箔可量產(chǎn)到8μm)；另外鋁箔變薄之后，機(jī)械強(qiáng)度降低，致使加工性能降低，因此需要新的“減薄技術(shù)”。
現(xiàn)有技術(shù)中有將鋁鍍?cè)谒芰?例如pet)上作為集流體來提高電池能量密度、降低成本、讓電池輕量化。但其鍍鋁的最厚厚度達(dá)2.0μm(需要一定的厚度來達(dá)到令人滿意的導(dǎo)電性)，這相對(duì)于傳統(tǒng)包裝材料鍍鋁膜鍍層厚度來說要厚很多，而鍍層越厚，鍍鋁層越容易從塑料上脫落。
另外，鋁箔的表面需要進(jìn)行防氧化處理，因?yàn)殇X箔直接與正極材料接觸，時(shí)間長(zhǎng)后，會(huì)被電解液腐蝕，從而降低鋰離子電池的使用壽命。我們發(fā)現(xiàn)在塑料上直接鍍鋁后，再采用傳統(tǒng)的防氧化方法容易致使鋁鍍層的脫落。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的一方面在于提供一種既能實(shí)現(xiàn)電池的輕量化，提高能量密度，降低成本，又能使鍍鋁層不容易脫落、不容易氧化的正極集流體。
本發(fā)明的另一方面在于，提供一種正極集流體的制備方法。
本發(fā)明的第三方面在于，提供正極集流體的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的一種正極集流體，其具有多層結(jié)構(gòu)，包括塑料薄膜，在所述塑料薄膜的上、下表面依次鍍有粘接力增強(qiáng)層、鋁金屬鍍層和防氧化層。
進(jìn)一步地，所述塑料薄膜為opp、pi、pet、cpp或pvc。
進(jìn)一步地，所述塑料薄膜的厚度為2-12μm。
進(jìn)一步地，所述粘接力增強(qiáng)層為金屬鍍膜或非金屬鍍膜，當(dāng)為金屬鍍膜時(shí)，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬鍍膜時(shí)，所述非金屬為sic、si3n4或al2o3。
進(jìn)一步地，所述粘接力增強(qiáng)層的厚度為10-100nm。
進(jìn)一步地，所述鋁金屬鍍層的厚度為100-2000nm。
進(jìn)一步地，所述防氧化層是致密的金屬層或非金屬層，當(dāng)為金屬層時(shí)，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬層時(shí)，所述非金屬為al2o3、si3n4或sic。
進(jìn)一步地，所述防氧化層的厚度為10-100nm。
本發(fā)明提供的一種正極集流體的制備方法，包括如下步驟：
s1.首先對(duì)需要鍍膜的塑料薄膜表面進(jìn)行電暈處理，然后將卷筒塑料薄膜置入雙面往返電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍?cè)蟖l2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即粘接力增強(qiáng)層；
s2.將s1得到的鍍al2o3膜置入雙面往返蒸發(fā)鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到4×10-2-6×10-2pa，將蒸發(fā)機(jī)構(gòu)升溫至1300℃-1400℃，然后再把鋁送至蒸發(fā)機(jī)構(gòu)上,調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，鋁在蒸發(fā)機(jī)構(gòu)中持續(xù)熔化、蒸發(fā)，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層鍍鋁層，即鋁金屬鍍層；
s3.將s2得到的鍍鋁膜置入鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍?cè)蟖l2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即防氧化層。
本發(fā)明提供的正極集流體的應(yīng)用主要是在電池中的應(yīng)用，尤其是在鋰離子電池中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果在于，
(1)通過塑料薄膜層實(shí)現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實(shí)現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，顯著提高電池能量密度；
(2)塑料薄膜作為基底具有更強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度，使得制備工序中的張力，壓力等窗口會(huì)更大，從而備料段可采用更高的壓力實(shí)現(xiàn)更大壓實(shí)密度，提高過程制造能力；
(3)鍍上一層粘接力增強(qiáng)層，可減少鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失；
(4)采用鍍膜的方式得到的防氧化層，可解決塑料上鋁鍍層脫落的問題，同時(shí)達(dá)到防氧化的目的。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的正極集流體的多層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
參見圖1所示，一種正極集流體，其具有多層結(jié)構(gòu)，包括塑料薄膜1，在所述塑料薄膜1的上、下表面依次鍍有粘接力增強(qiáng)層2、鋁金屬鍍層3和防氧化層4。
通過塑料薄膜層實(shí)現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實(shí)現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，顯著提高電池能量密度。塑料薄膜優(yōu)選為opp、pi、pet、cpp或pvc。其中opp為定向拉伸聚丙烯塑料；pi為聚酰亞胺塑料；pet為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯塑料、cpp為流延聚丙烯塑料、pvc為聚氯乙烯塑料。進(jìn)一步優(yōu)選pet、pi、cpp；塑料薄膜的厚度優(yōu)選為2-12μm，進(jìn)一步優(yōu)選為6-10μm。塑料薄膜的耐溫性120-300℃。
鍍上一層粘接力增強(qiáng)層，可減少鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失。該粘接力增強(qiáng)層優(yōu)選為金屬鍍膜或非金屬鍍膜，當(dāng)為金屬鍍膜時(shí)，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬鍍膜時(shí)，所述非金屬為sic、si3n4、或al2o3,進(jìn)一步優(yōu)選為al2o3。al2o3與塑料薄膜層和鋁金屬鍍層的粘接性能較好，這樣鍍鋁層更不易脫落。粘接力增強(qiáng)層的厚度優(yōu)選為10-100nm，進(jìn)一步優(yōu)選為10-50nm。
鋁金屬鍍層的厚度可為100-2000nm，進(jìn)一步優(yōu)選為500-1000nm。
防氧化層的作用或目的是為了防止鋁金屬鍍層被氧化。防氧化層可以是致密的金屬層或非金屬層，當(dāng)為金屬層時(shí)，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬層時(shí)，所述非金屬為al2o3、si3n4或sic，進(jìn)一步優(yōu)選為al2o3。當(dāng)采用鍍膜的方式得到的防氧化層，可解決塑料上鋁鍍層脫落的問題，同時(shí)達(dá)到防氧化的目的。防氧化層的厚度可為10-100nm，可進(jìn)一步優(yōu)選為10-50nm。
下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
一種正極集流體的制備方法，包括如下步驟：
s1.首先對(duì)需要鍍膜的塑料薄膜表面進(jìn)行電暈處理，然后將卷筒塑料薄膜置入雙面往返電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍?cè)蟖l2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即粘接力增強(qiáng)層；
s2.將s1得到的鍍al2o3膜置入雙面往返蒸發(fā)鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到4×10-2-6×10-2pa，將蒸發(fā)機(jī)構(gòu)升溫至1300℃-1400℃，然后再把鋁送至蒸發(fā)機(jī)構(gòu)上,調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，鋁在蒸發(fā)機(jī)構(gòu)中持續(xù)熔化、蒸發(fā)，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層鋁，即鋁金屬鍍層；
s3.將s2得到的鍍鋁膜置入鍍膜機(jī)真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級(jí)抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍?cè)蟖l2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動(dòng)的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即防氧化層。本發(fā)明提供的正極集流體的應(yīng)用主要是在電池中的應(yīng)用，尤其是在鋰離子電池中的應(yīng)用。
從而得到具有多層結(jié)構(gòu)的正極集流體。
將實(shí)施例1得到的正極集流體用于鋰離子電池中，其最基本的功能是匯集電流，同時(shí)作為載體來存放正極材料，即將正極材料(電池活性物質(zhì))產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對(duì)外輸出。
將實(shí)施例1得到的正極集流體進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可得到如下結(jié)論：
(1)通過塑料薄膜層實(shí)現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實(shí)現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，顯著提高電池能量密度。；
(2)塑料薄膜作為基底具有更強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度，使得制備工序中的張力，壓力等窗口會(huì)更大，從而備料段可采用更高的壓力實(shí)現(xiàn)更大壓實(shí)密度，提高過程制造能力；
(3)鍍上一層粘接力增強(qiáng)層，可減少鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失；
(4)采用鍍膜的方式得到的防氧化層，可解決塑料上鋁鍍層脫落的問題，同時(shí)達(dá)到防氧化的目的。
上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。