一種多孔金屬集流體及其制備方法技術

本發明專利技術屬于集流體技術領域，本發明專利技術提供了一種多孔金屬集流體及其制備方法，采用卷對卷印刷方式，將高分子聚合物膠液通過網格形狀的印刷版輥轉印在金屬集流體的表面，得到涂敷高分子聚合物層的金屬集流體；將裸露金屬表面進行蝕刻造孔，再對孔洞內部和孔洞邊緣進行微蝕刻，得到多孔集流體半成品；在壓力噴淋下，去除多孔集流體半成品表面的高分子聚合物層后干燥收卷，得到多孔金屬集流體。本發明專利技術的多孔集流體孔洞均勻，孔內壁及邊緣無金屬粉刺、毛刺、缺口、金屬粉和不規則等缺陷，孔洞采用規則陣列式排布，有效提升安全性能。本發明專利技術的制備方法有效的降低集流體重量，提高離子傳導能力，降低電池發熱量，提高電化學體系綜合性能，降低成本。低成本。低成本。

【技術實現步驟摘要】
一種多孔金屬集流體及其制備方法


[0001]本專利技術涉及集流體
, 尤其涉及一種多孔金屬集流體及其制備方法。

技術介紹

[0002]現有用于電化學體系（包括鋰離子電池、鈉離子電池、固態電池、超級電容器和鋰硫電池）的集流體，主要為鋁箔和銅箔。集流體的主要作用是提供良好的電子導通能力并連接至外電路，現有技術中包括直接在電化學體系中使用鋁箔、銅箔或其它具有電子導通能力的基底膜作為集流體，還包括為了改善集流體與附著于集流體表面的電極材料的接觸能力，提高界面電子導通能力以及避免電化學體系中某些物質對集流體的腐蝕而使用的涂層改性集流體。以上所述集流體為直接采用軋制壓延或者電解的薄膜金屬集流體，在鋰離子電池或者固態電池的應用中，現有集流體通過采用減薄厚度的方式降低集流體自身單位面積重量及體積占比提高能量密度及電池倍率、循環性能。因集流體為無孔薄膜狀材料，涂敷電極材料后，AB面之間因集流體的阻隔鋰離子無法穿透遷移，并且金屬集流體減薄后導致機械強度降低、金屬箔材表面針孔、版型等缺陷產生的幾率大大增加。受應用端高能量密度、高安全、快速充放電能力和長循環壽命的要求，電極端往補鋰方向發展，集流體產品逐漸往輕量化、高界面結合力和高安全方向發展。
[0003]申請號為201720391368.4的專利（申請日：2017
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14）公開了多孔導電塑料膜集流體，塑料薄膜上、下表面分別依次鍍有粘接力增強層、金屬鍍層和防氧化層；所述金屬鍍層為銅金屬鍍層或鋁金屬鍍層，塑料薄膜在一次鍍覆粘接力增強層、金屬鍍層和防氧化層后，進行激光高效率打孔或核徑跡蝕刻，使得膜表面分布直徑為0.1~200um的微孔，整體孔隙率為0.1~3%。該方法能夠實現電池的輕量化、提高能量密度，降低成本，又能使鍍銅/鋁層不容易脫落。申請號為CN201510133468.2的專利（申請日：2015
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25）公開了一種三維多孔集流體及其制備方法和用途，所述的三維多孔集流體可采用平整銅箔制備，包括如下步驟：將平整銅箔在含氨溶液中浸泡或漂浮20~50h，在其表面生長氫氧化銅，再升溫至180~250℃保溫脫水得到氧化銅，最終在還原氣氛下升溫至350~500℃保溫將其還原得到多孔集流體。該三維多孔集流體的方法簡單，原料易得，適宜大規模生產，具備很高的實用性。申請號為CN201810757822.2的專利（申請日：2018
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11）公開了一種鋰離子電池的多孔集流體的制備裝置及其制備方法，鋰離子電池的多孔集流體具有光孔多，分布均勻，孔徑小，無毛刺的優點。采用激光束發射器發射的激光束作為光源，在激光束發射器與集流體中間放置一塊納米級的透光光柵，將集流體鋪設在透光光柵的下方，且集流體的收尾處置于透光光柵的正下端，通過透光光柵對激光束進行攔截，使得打在集流體上的激光束為5~10nm的超細激光束，激光束打穿箔材形成5~10nm左右的微孔，且激光束的熱能使箔材的孔邊沿形成熔融態，避免了毛刺的形成，降低涂布后漏液的風險；制備的孔分布均勻，數量較多，有效的減輕了箔材的質量占比，且孔徑小，降低了涂布后漏液的風險。申請號為CN202210030008.7的專利（申請日期：2022
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12）公開了一種多孔銅箔的制備工藝，以黃銅合金箔片為原料，通過濕化學冶金浸析途徑制備多孔銅箔，具體包括：將黃銅合金箔片浸入化學浸鋅液中，經
反應后制備得到；化學浸鋅液原料包括濃度為5~20g/L的氨基磺酸、5~50g/L的氯化膽堿、10~100g/L的可溶性銨鹽和水。本專利技術的制備工藝簡單、可控，能耗低，制備得到的多孔銅箔，孔洞獨立且分布均勻，孔徑小且均一性高，具有良好的導電性、高抗熱性，加工成覆銅板后，與有機高分子粘合后的抗剝離強度高，可作為鋰離子電池負極集流體和電子電路用銅箔使用。
[0004]現有技術中多孔集流體的開孔處理方式均是采用機械開孔、激光打孔和蝕刻等方法，所制作孔為貫穿孔。目前電池體系對能量密度要求較高，同時對倍率充放電性能和安全性能要求較高，傳統金屬集流體厚度已經薄到極限，厚度再減薄隨之帶來的是機械強度達不到要求，生產加工成本過高等系列問題。上述已公開專利中的幾種方法制備的多孔集流體，在應用過程中會導致以下幾個問題：1）非金屬基材采用多孔結構，孔徑為0.1~200μm、整體孔隙率為0.1~3%，孔隙率太低，無法更好的降低質量、提高鋰離子的遷移路徑和倍率性能；2）三維多孔集流體孔為微米束構成的孔容結構，而并非穿透孔，導致集流體機械強度大幅下降，只能夠提高表面粗糙度，無法解決鋰離子遷移路徑的問題；3）采用激光開孔，光束打穿箔材形成5~10nm左右的微孔，導致孔徑大小不均勻，孔內部邊緣為不規則形狀并且會產生燒灼形成更厚的氧化層，開孔率低，使得在多孔集流體制作電極后因孔邊緣較厚的氧化層導致導電性下降，開孔率較低導致AB面鋰離子遷移路徑較大，倍率性能下降；4）開孔孔徑過小，會導致電極材料之間無法形成H型壓合結構提高附著力，開孔率偏低，集流體重量降低不明顯；5）開孔孔徑過大，會導致電極涂布時出現漏料，孔徑排布不規則，則會導致集流體機械強度下降明顯，橫向和縱向強度差異較大等問題；6）現有技術中的多孔集流體的制備方法，在保證開孔率和孔洞品質的情況下，均無法實現大規模連續高品質生產。
[0005]因此，研究得到一種開孔率高、孔徑分布均勻、強度好、電化學性能良好、輕量化、成本低的多孔集流體，具有重要的價值和意義。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的在于為了克服現有技術的不足而提供一種多孔金屬集流體及其制備方法。
[0007]為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：本專利技術提供了一種多孔金屬集流體的制備方法，包含如下步驟：1）采用卷對卷印刷方式，將高分子聚合物膠液通過網格形狀的印刷版輥轉印在金屬集流體的表面，再順次干燥定型、收卷，得到涂敷高分子聚合物層的金屬集流體；2）將步驟1）得到的金屬集流體的裸露金屬表面進行蝕刻造孔，再對孔洞內部和孔洞邊緣進行微蝕刻，得到多孔金屬集流體半成品；3）在帶有壓力噴淋的堿性溶液槽中，去除多孔金屬集流體半成品表面的高分子聚合物層后干燥收卷，得到多孔金屬集流體；步驟1）所述網格形狀的印刷版輥中，網格形狀包含圓形、圓點、菱形、方形或六邊形，目數為10~1000目，網孔深度為1~100μm；卷對卷印刷方式為卷對卷凹版印刷、卷對卷凸版印刷或卷對卷絲網印刷；步驟1）所述高分子聚合物膠液轉印在金屬集流體表面的非開孔區域。
[0008]作為優選，步驟1）所述高分子聚合物膠液包含高分子聚合物和溶劑，所述高分子
聚合物包含聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、聚丙烯酸、聚氨酯、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺中的一種或幾種；所述溶劑包含水、N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺、醋酸丁酯、無水乙醇、異丙醇和丙酮中的一種或幾種；所述高分子聚合物膠液的質量濃度為5~25wt%本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種多孔金屬集流體的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：1）采用卷對卷印刷方式，將高分子聚合物膠液通過網格形狀的印刷版輥轉印在金屬集流體的表面，再順次干燥定型、收卷，得到涂敷高分子聚合物層的金屬集流體；2）將步驟1）得到的金屬集流體的裸露金屬表面進行蝕刻造孔，再對孔洞內部和孔洞邊緣進行微蝕刻，得到多孔金屬集流體半成品；3）在帶有壓力噴淋的堿性溶液槽中，去除多孔金屬集流體半成品表面的高分子聚合物層后干燥收卷，得到多孔金屬集流體；步驟1）所述網格形狀的印刷版輥中，網格形狀包含圓形、圓點、菱形、方形或六邊形，目數為10~1000目，網孔深度為1~100μm；卷對卷印刷方式為卷對卷凹版印刷、卷對卷凸版印刷或卷對卷絲網印刷；步驟1）所述高分子聚合物膠液轉印在金屬集流體表面的非開孔區域。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1）所述高分子聚合物膠液包含高分子聚合物和溶劑，所述高分子聚合物包含聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、聚丙烯酸、聚氨酯、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺中的一種或幾種；所述溶劑包含水、N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺、醋酸丁酯、無水乙醇、異丙...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡華勝，胡耀強，朱行威，
申請(專利權)人：寧波銨特姆新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：