導電基材、電極和電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于蓄電裝置領域，尤其是涉及一種導電基材、電極和電池。
【背景技術】
[0002]電池是由正極、負極、隔膜等經(jīng)過卷繞或疊片等方法制造。其中正極和負極分別由正極活性材料、負極活性材料和導電基材(集流體)組成。為了開發(fā)柔性電池產(chǎn)品必須提高電池內部組件的柔性。
[0003]傳統(tǒng)電池包括的非柔性外結構和柔性外結構都幾乎沒有什么柔性。柔性外結構的電池柔性差的主要原因是電池內部的正負極片的柔性差，而正負極片柔性差的主要原因之一是金屬導電基材的柔性差，多層卷繞或疊片后，電池幾乎失去柔性。同時由于導電基材是純金屬材質，其有折斷變形褶皺的風險，所以，如何設計一種柔性導電基材成為本領域技術人員研究的課題。
【實用新型內容】
[0004]有鑒于此，本實用新型旨在提出一種柔性導電基材、電極和電池，以解決電池柔性的問題。
[0005]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]—種導電基材，包括非導電襯底層和設于所述非導電襯底層上的導電層，所述非導電襯底層為0.1-100微米厚、孔隙率為40% _60%、優(yōu)良的柔韌性及具有自支撐性且耐高溫耐腐蝕性的塑料或橡膠態(tài)聚合物膜層或復合聚合物膜層，所述導電層為粒徑為納米級的導電材料層，所述導電層的厚度為1-300微米。
[0007]所述非導電襯底層為PP、PE、PVC或PET中的一種或多種組成的單層或多層膜層或金屬塑料復合膜層。
[0008]具有上述的導電基材的電極。
[0009]所述導電基材為具有孔、洞的圖案化結構。
[0010]具有上述的電極的電池。
[0011]相對于現(xiàn)有技術，本實用新型所述的電極具有以下優(yōu)勢:
[0012](I)本實用新型所述的導電基材包括柔性非導電襯底層和導電層，通過在柔性非導電襯底層上涂覆導電層來達到增加基材柔性進而提高電極柔性的目的；
[0013](2)本實用新型所述的導電基材為具有孔、洞的圖案化結構，進一步增強電極的柔性；
[0014](3)本實用新型的導電基材使可充電電池具有了良好的柔性，可彎折程度大大增加；非導電襯底層可以避免金屬在加工和使用過程中出現(xiàn)的毛刺，降低電池短路的概率，因此可以提高電池的安全性；塑料等非導電襯底層相對金屬材料成本低，制造簡單，使用及加工方便；同時降低電池產(chǎn)品的重量，提高電池的重量比能量。
【附圖說明】
[0015]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0016]圖1為本實用新型導電基材結構不意圖；
[0017]圖2a_2k為本實用新型導電基材的各種孔、洞圖案化結構示意圖圖例；
[0018]圖3為本實用新型實施例1極片涂布效果圖。
[0019]附圖標記說明:
[0020]1-導電層，2-非導電襯底層。
【具體實施方式】
[0021]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0022]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0023]導電基材，該基材包括一層非導電柔性襯底層和導電層。非導電層與導電層一起構成導電基材，作為電極的一部分，為電極所收集到的電子提供轉移通路。
[0024]柔性襯底層包括一定厚度、一定孔隙率、優(yōu)良的柔韌性(可隨意彎折)及具有自支撐性且耐高溫耐腐蝕的柔性聚合物膜或聚合物層，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚烯烴及所有可用于該實用新型的柔性聚合物；
[0025]導電層由具有導電性質的一種或一種以上粒徑為納米級別的金屬(如銅、招、鎳等)或非金屬(如石墨)、粘結劑(如PVDF(聚偏氟乙烯)，SBR(羧基丁苯膠乳)，CMC(羧甲基纖維素鈉)等)、溶劑(如NMP(N-甲基吡咯烷酮)、純凈水等)等組成；
[0026]導電層通過印刷、涂覆、表面沉積、修飾或以其他化學或物理方法與非導電層結合，并保持其成為一個整體；
[0027]導電層和非導電層可以為連續(xù)的薄膜層狀結構，也可以成非連續(xù)的層狀結構，如具有表面圖案化結構或具有孔狀結構(如圖2所示)
[0028]該導電基材具有良好的柔性，可逆彎曲且無折斷變形褶皺的風險；
[0029]采用該導電基材所制備的正電極、負電極或其它及其組件，含有該導電基材的電池均具有很好的柔性。
[0030]工藝方法:
[0031]將一種柔性聚合物隔膜或多層復合膜作為柔性襯底層，襯底層厚度在0.1-100微米，該襯底層材料可以為PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)等具有一定厚度、一定孔隙率、優(yōu)良的柔韌性及具有自支撐性且耐高溫耐腐蝕性的柔性塑料或橡膠態(tài)物質，一層或多層聚合物膜或聚合物復合使用膜，也可以為金屬/塑料復合膜，如鋁塑膜等。
[0032]在該襯底層上涂覆一薄層導電的金屬漿料或非金屬(如石墨)，該薄層的厚度可以為小于等于300微米。金屬漿料主要成分含有銅、鋁、鎳、銀、鋅等的一種或幾種，粒徑大小為納米級別。涂覆方法采用印刷、涂覆、表面沉積、修飾或以其他化學或物理方法等。涂覆后的極片用熱干燥、紅外或紫外干燥等方法干燥極片至失重小于lOOppm。
[0033]該導電基材既具有柔性又具有導電性，可直接代替正負極的導電基材進行使用。涂覆正負極活性物質后，該基材仍具有良好的柔韌度。該實用新型的原料為任何可充電電池使用的原材料；
[0034]該實用新型的配料工藝基本與傳統(tǒng)電池一致，配方中含有電極活性物質(例如正電極為:鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、不同配比的三元鋰離子活性物質或氫氧化亞鎳等；負電極為:人造或天然石墨、石墨烯、儲氫合金、金屬鎘或鋅等)；導電劑SP(碳黑導電劑)、VGCF (超細微碳纖維)、SFG-6 (導電炭)、碳納米管等；黏合劑PVDF (聚偏氟乙烯)，SBR (羧基丁苯膠乳)，CMC (羧甲基纖維素鈉)等)、溶劑(如NMP (N-甲基吡咯烷酮)、水等和輔助試劑如草酸等。漿料的粘度保持2000cP左右為宜。
[0035]涂布工藝使用擠壓、噴涂、微凹、沉積或印刷等的涂布方法將活性物質涂覆于導電基材上；
[0036]用涂覆有活性物質的該導電基材制作軟包裝電池，電池可具有良好的柔性。
[0037]實施例1:
[0038]鋰離子可充電表環(huán)電池(規(guī)格0420100)
[0039]該電池可裝于表帶的空間內，由于電池的柔軟性可以和表帶很好的成為一體，并可隨意彎折，既節(jié)約了空間增加了美觀度，又為表提供了電量。
[0040]導電基材的制備:
[0041]用一種厚度為10微米孔隙率55%左右的PE膜作為導電基材的襯底層，可使制出來的導電基材的柔韌性更好。為了提高該襯底層的耐溫性，在該襯底層上涂有三氧化二鋁的膠液，整體形成陶瓷襯底層。該襯底層的耐溫性可達到200度以上，熱收縮性好。
[0042]在該襯底層上以印刷涂覆的方式分別涂覆鋁漿和銅漿，一種襯底的正反面均涂鋁漿，一種襯底的正反面均涂銅漿。分別用粒徑為納米級別大小的鋁粉和銅粉，在其中加入溶劑NMP和粘接劑PVDF，攪拌漿料達到良好的流動性，能在襯底層上下共形成10微米的均勻的導電涂層。100度溫度干燥該導電基材至失重小于lOOppm，備用。
[0043]活性物質配料:各組分的重量百分比如下:
[0044]正電極:鈷酸鋰(97.95% )，碳納米管(1% ),PVDF(1% )，草酸(0.05% )；
[0045]負電極:人造石墨(95.98%)、SP(1% )、PVDF(3% )，草酸(0.02% )；
[0046]分別加入濃度95% -105%的溶劑NMP，采用雙行星真空攪拌機，正、負電極分開在兩臺雙行星攪拌機經(jīng)過充分攪拌和分散及降溫后，調節(jié)粘度使正、負電極漿料的粘度在25-30度環(huán)境下達到2000cp ;正、負電極漿料均使用150目篩網(wǎng)進行過濾待用；
[0047]涂布:
[0048]正電極選取20 μ m厚，已制備好待用的鋁導電基材；負電極選取20 μ m厚，已制備好待用的銅導電基材。采用自動涂布機、擠壓涂布的方式對正、負電極漿料進行均勻涂布。涂布面密度設置為32mg/cm2，烘烤溫度為90°C，調節(jié)涂布速度至電極從烘箱出來的失重小于100ppm即為干燥。極片烘干后采用液壓碾壓機碾壓正電極至設計厚度90-93 μπι，碾壓負電極至120-123 μ m。涂布效果如圖3所示；
[0049]制片:
[0050]正電極的尺寸為150mm(長)*92_(寬)；
[0051]負電極的尺寸為170mm(長)*93mm(寬)；
[0052]按照以上尺寸制片，保證尺寸精度±0.2mm，然后在電極的兩端清洗出4*4mm的區(qū)域，在該區(qū)域上焊接可以引出電流的極耳，極耳為2mm*0.1mm的正電極鋁極耳和負電極鎳極耳；
[0053]裝配:
[0054]采用基膜為單層聚烯烴上均勻涂布陶瓷三氧化二鋁和聚偏氟乙烯的隔膜，隔膜厚度為 18 μ m，長 400mm* 寬 95mm ；
[0055]外包裝為210mm*50mm*86 μπι的進口鋁塑膜；
[0056]負電極居于隔膜正中間，正電極居于負電極正中間，隔膜隔開正、負電極，采用對插式卷繞機進行卷繞；卷繞后的卷芯用終止膠紙收尾粘貼成型，卷芯的正、負電極極耳及極耳膠對齊。用裁好的鋁塑膜包覆該卷芯，然后用頂側封機進行頂側邊封邊，保留一個側邊不封口。
[0057]對封好的電芯在70°C的溫度下進行抽真空烘烤16h，然后于手套箱中注入5gLiPF6電解液，側封保留的邊后在室溫下靜置陳化20h。
[0058]預充分容
[0059]對陳化后的電芯進行預充分容后即得到柔性可彎曲的表環(huán)電池。
[0060]傳統(tǒng)工藝制作的該尺寸及形狀的電池，不可彎折；
[0061]本實用新型制作的該尺寸及形狀的電池，可隨意彎折。
[0062]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種導電基材，其特征在于:包括非導電襯底層和設于所述非導電襯底層上的導電層，所述非導電襯底層為0.1-100微米厚、孔隙率為40% -60%、優(yōu)良的柔韌性及具有自支撐性且耐高溫耐腐蝕性的塑料或橡膠態(tài)聚合物膜層或復合聚合物膜層，所述導電層為粒徑為納米級的導電材料層，所述導電層的厚度為1-300微米。2.根據(jù)權利要求1所述的導電基材，其特征在于:所述非導電襯底層為PP、PE、PVC或PET中的一種。3.具有如權利要求1-2任一項所述的導電基材的電極。4.根據(jù)權利要求3所述的電極，其特征在于:所述導電基材為具有孔、洞的圖案化結構。5.具有如權利要求3或4所述的電極的電池。
【專利摘要】本實用新型提供的導電基材、電極和電池，導電基材，包括非導電襯底層和設于所述非導電襯底層上的導電層，所述非導電襯底層為0.1-100微米厚、孔隙率為40％-60％、優(yōu)良的柔韌性及具有自支撐性且耐高溫耐腐蝕性的塑料或橡膠態(tài)聚合物膜層或復合聚合物膜層，所述導電層的顆粒粒徑為納米級的導電材料層，所述導電層的厚度為1-300微米。本實用新型所述的導電基材包括柔性非導電襯底層和導電層，通過在柔性非導電襯底層上涂覆導電層來達到增加基材柔性進而提高電極柔性的目的。
【IPC分類】H01M4/66
【公開號】CN204732475
【申請?zhí)枴緾N201520301510
【發(fā)明人】劉強
【申請人】劉強
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年5月11日