一种高界面结合力的复合集流体及其制备方法与流程

本发明属于电池制造，具体涉及一种高界面结合力的复合集流体及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车和储能产业的快速发展，对锂离子电池的能量密度、安全性和循环寿命提出了更高要求。复合集流体作为一种新型电池材料，因其高安全性、高能量密度的特性，近年来受到广泛关注。传统复合集流体通常采用"金属层-高分子材料基膜层-金属层"的三明治结构，其中高分子材料基膜层（如pp、pet等）作为中间支撑层，两面分别镀有金属层（铜或铝）。

2、然而，现有技术中的复合集流体存在明显缺陷：高分子材料基膜层与金属层之间的界面结合力较弱，导致在电池使用过程中容易发生金属层脱落现象，严重影响电池的循环性能和安全性。中国专利申请cn117832502a公开了一种复合集流体，通过摒弃高分子材料基膜层，采用胶粘层直接连接两个金属层，提高了界面结合力。但该技术方案仍存在以下问题：

3、1.金属层与胶粘层之间的界面结合力提升有限，实际测试中剥离力仅提高约20%-30%，在电池充放电循环过程中仍可能出现界面分离现象。

4、2.胶粘层与金属层之间的界面应力分布不均匀，导致在电池制造和使用过程中容易产生局部应力集中，形成微裂纹，影响长期可靠性。

5、3.现有技术中的胶粘层通常为均质结构，无法有效缓解金属层与胶粘层之间的热膨胀系数差异，导致温度变化时界面处产生较大应力。

6、4.现有技术中的复合集流体在制备过程中，金属层表面为光滑结构，与胶粘层的机械互锁作用较弱，限制了界面结合力的进一步提升。

7、目前，如何进一步提高复合集流体中金属层与胶粘层之间的界面结合力，同时解决界面应力分布不均、热膨胀系数差异等问题，成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种高界面结合力的复合集流体，以解决现有技术中复合集流体的金属层与胶粘层之间界面结合力不足的问题。

2、本发明的目的之二在于提供一种高界面结合力的复合集流体的制备方法，通过特定的工艺步骤和参数控制，实现上述复合集流体的高效制备。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种高界面结合力的复合集流体，从厚度方向依次包括：第一金属层、界面增强层、功能胶粘层和第二金属层，所述第一金属层与界面增强层之间、所述功能胶粘层与第二金属层之间均形成微纳互锁结构；所述界面增强层由纳米颗粒改性的金属氧化物组成，厚度为0.005μm-0.5μm；所述功能胶粘层由改性聚偏氟乙烯与纳米填料复合而成，厚度为0.1μm-5μm；所述第一金属层和第二金属层的厚度分别为0.01μm-3μm。

5、进一步的，所述第一金属层和第二金属层的材质分别独立地选自铝、铜、镍、钛、银或其合金中的一种或多种。

6、进一步的，所述界面增强层的纳米颗粒改性的金属氧化物中，纳米颗粒为二氧化硅、氧化铝或氧化锆中的一种或多种，粒径为5nm-50nm，添加量为金属氧化物总质量的0.1%-5%。

7、进一步的，所述功能胶粘层中，改性聚偏氟乙烯为羧基化聚偏氟乙烯或羟基化聚偏氟乙烯，纳米填料为碳纳米管、石墨烯或氮化硼中的一种或多种，添加量为胶粘剂总质量的0.01%-2%。

8、进一步的，所述第一金属层表面的微纳结构为深度0.005μm-0.1μm、宽度0.01μm-0.5μm的沟槽结构，沟槽密度为50-500条/μm2；所述第二金属层表面的微纳结构为高度0.005μm-0.1μm、直径0.01μm-0.5μm的凸起结构，凸起密度为50-500个/μm2。

9、进一步的，所述界面增强层中金属氧化物为氧化铝、氧化钛或氧化硅中的一种或多种。

10、进一步的，所述复合集流体应用于锂离子电池的正极或负极，其中当应用于负极时，第一金属层为铜或铜合金，第二金属层为铜或铜合金；当应用于正极时，第一金属层为铝或铝合金，第二金属层为铝或铝合金。

11、一种用于上述高界面结合力的复合集流体的制备方法，包括如下步骤：

12、s1、在第一离型膜的两面通过物理气相沉积法镀上第一金属层，并对第一金属层表面进行激光微结构处理，形成微纳沟槽结构；

13、s2、在第一金属层表面通过原子层沉积法形成界面增强层，并对界面增强层进行等离子体处理；

14、s3、在界面增强层上涂覆功能胶粘层，形成依次包括功能胶粘层、界面增强层、第一金属层、第一离型膜、第一金属层、界面增强层、功能胶粘层的第一半成品；

15、s4、在第一半成品的两面分别贴上第二离型膜，形成第二半成品；

16、s5、将第二半成品中第二离型膜从功能胶粘层上剥离，对第二离型膜剥离面进行电晕处理，同时在功能胶粘层表面通过物理气相沉积法镀上第二金属层，第二金属层表面形成微纳凸起结构；

17、s6、将复合集流体和第一离型膜剥离，得到两卷高界面结合力的复合集流体。

18、进一步的，s1中所述激光微结构处理的参数为：激光波长266nm-1064nm，脉冲宽度10ps-100ns，能量密度0.1j/cm2-5j/cm2，扫描速度50mm/s-500mm/s，扫描间距5μm-50μm。

19、进一步的，s2中所述原子层沉积法形成界面增强层的工艺参数为：沉积温度80℃-200℃，前驱体为三甲基铝、四氯化钛或四乙氧基硅烷，反应室压力10pa-100pa，脉冲时间0.01s-1s，吹扫时间1s-10s，循环次数5-100次；所述等离子体处理的参数为：氧气流量10sccm-100sccm，功率50w-500w，处理时间10s-120s，处理距离5mm-20mm。

20、本发明的有益效果：

21、1.本发明通过在第一金属层表面设计微纳沟槽结构、在第二金属层表面设计微纳凸起结构，与界面增强层和功能胶粘层形成微纳互锁结构，显著增加了界面接触面积，提高了机械互锁作用，使界面结合力提高40%-60%，有效防止了金属层与胶粘层之间的分离现象。第一金属层和第二金属层的厚度精确控制在0.01μm-3μm范围内，使金属层兼具足够的导电性和机械强度，同时显著减轻了重量。金属层厚度减少的同时，大幅提高了电池能量密度，且具有优异的柔韧性和抗断裂性能平衡。

22、2.本发明采用纳米颗粒改性的金属氧化物作为界面增强层，纳米颗粒的加入不仅提高了界面增强层的机械强度，还改善了其与金属层和功能胶粘层的相容性，形成了梯度过渡结构，有效缓解了界面应力集中问题。厚度精确控制在0.005μm-0.5μm范围内，确保了界面增强层既能有效传递应力，又不会过度增加整体厚度，实现了柔韧性和机械强度的最佳平衡。

23、3.本发明的功能胶粘层采用改性聚偏氟乙烯与特定纳米填料复合，改性后的聚偏氟乙烯含有活性官能团，能与金属氧化物界面增强层形成化学键合，纳米填料的加入进一步提高了胶粘层的力学性能和热稳定性，使复合集流体在宽温度范围内保持优异的界面结合性能。厚度控制在0.1μm-5μm范围内，确保了足够的粘结强度，同时避免过度增加厚度和内阻。

24、4.本发明的制备方法中，通过激光微结构处理、原子层沉积、等离子体处理等多步骤协同作用，精确控制界面微观结构，实现了界面结合力的最大化，同时保证了生产效率和产品一致性。

25、5.本发明的复合集流体摒弃了传统高分子基膜层，厚度更薄，提高了电池能量密度，同时避免了高分子基膜层引起的褶皱问题，提高了产品良品率。

26、6.本发明的制备工艺在第一离型膜的两面同时进行处理，一次工艺可制得两卷复合集流体，提高了生产效率，降低了生产成本。