一种全金属极耳复合集流体及其制备方法与流程

本技术涉及复合集流体制造，具体而言，涉及一种全金属极耳复合集流体及其制备方法。

背景技术：

1、复合集流体具有高能量密度以及低成本的优势，其为“三明治”结构（即金属层-高分子基材层-金属层），由于位于中间的高分子基材层为绝缘材料无法直接焊接，故复合集流体的极耳焊接通常需要使用转接焊，导致电芯单位的制造成本增加，且转接焊还存在焊接效率以及焊接强度较低的问题。与此同时，超薄化是复合集流体未来发展方向之一，相应地，所需金属箔的厚度也越来越薄；然而，超薄金属层的工业生产技术目前尚未普及，这导致超薄复合集流体的推广和应用也受到严重制约（特别是工业化制造层面）。

2、基于此，研究人员提出了一种具有全金属极耳的复合集流体，以解决传统复合集流体需要进行转接焊的缺陷；并且，全金属极耳复合集流体依托于磁控溅射镀膜工艺进行制备，以使得全金属极耳复合集流体还能满足超薄化的应用需求。然而，现有工艺制备得到的超薄化全金属极耳复合集流体存在一定缺陷。例如专利cn 119332242b公开：在高分子基材上虚线切割出虚线切割条，先在高分子基材的第一表面镀铜，去除虚线切割条后在高分子基材的第二表面镀铜，最后在纯铜层位置进行居中分切，即可得到自带极耳的多卷复合铜箔；由于虚线切割条的存在，使得第一表面形成的铜层在极耳区与材料区的交界处存在金属层不连续的问题（导致极耳容易断裂）。

3、因此，目前急需提供一种全新的制备工艺，以制备得到能够满足超薄化应用需求的全金属极耳复合集流体，且还能同步改善全金属极耳复合集流体极耳容易断裂的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种全金属极耳复合集流体及其制备方法，可制备得到能够满足超薄化应用需求的全金属极耳复合集流体，且还能同步改善全金属极耳复合集流体极耳容易断裂的问题。

2、本技术的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供一种全金属极耳复合集流体的制备方法，包括以下步骤：将高分子基材铺设于可剥离金属层的表面并进行贴合处理，得到第一复合体；其中，高分子基材包括高分子基体层和位于高分子基体层其中一侧的粘接层，可剥离金属层包括依次层叠分布的高分子支撑层、离型层和第一金属层，第一金属层的厚度小于1.5 μm；第一复合体中，粘接层背离高分子基体层的一侧与第一金属层背离离型层的一侧粘接，且在第一复合体的幅宽方向上，高分子基材的至少一端有第一金属层露出；在第一复合体的第一表面形成第二金属层，第一表面为第一复合体中与高分子支撑层相对的一侧表面，得到第二复合体；去除第二复合体中的离型层和高分子支撑层，然后进行分切处理，得到全金属极耳复合集流体。

4、上述技术方案中，将高分子基材层铺设于可剥离金属层的表面并进行贴合处理，可剥离金属层中第一金属层的厚度小于1.5 μm（第一金属层通过磁控溅射镀膜以及水电镀工艺制备得到，其为连续且无图案化的一体式金属层，极耳区金属层和料区金属层结合牢靠，厚度限定是全金属极耳复合集流体满足超薄化应用需求的结构基础）；贴合形成的第一复合体中，粘接层背离高分子基体层的一侧与第一金属层背离离型层的一侧粘接，在第一复合体的幅宽方向上，高分子基材的至少一端有第一金属层露出（有第一金属层露出的区域即为极耳区，一端露出为单侧极耳，两端露出为双侧极耳）；然后在第一复合体的第一表面形成第二金属层（第二金属层中与第一金属层对应的区域为极耳区金属层，第二金属层的极耳区金属层和第一金属层的极耳区金属层共同形成全金属极耳），第一表面为第一复合体中与高分子支撑层相对的一侧表面，以得到第二复合体；最后在去除离型层和高分子支撑层后进行分切，便可得到能够满足超薄化应用需求的全金属极耳复合集流体，且还能同步改善全金属极耳复合集流体极耳容易断裂的问题。

5、在一些可选的实施方案中，全金属极耳复合集流体在幅宽方向上的厚度相同，和/或，高分子基体层的材质选自pp、pet、pi和pe中的至少一种。

6、上述技术方案中，全金属极耳复合集流体在幅宽方向上的厚度相同，具有整体结构较为规整的优势，且还能同步改善膜材在收卷过程中因厚度差异出现暴筋的问题。高分子基体层可适用的材质种类较多，能够提供较多的可实施方案，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用。

7、在一些可选的实施方案中，高分子基体层的材质选自pp，粘接层的材质包括pp和马来酸酐接枝pp，贴合处理的步骤中采用热压贴合。

8、上述技术方案中，高分子基体层的材质选自pp，是由于其具备优异的耐电解液腐蚀能力、成本效益、轻量化特性、良好的双向拉伸稳定性以及与磁控溅射镀膜工艺的兼容性；在此基础上，粘接层采用pp与马来酸酐接枝pp（pp-g-mah）的共混体系，pp用于保障粘接层与高分子基体层的相容性，pp-g-mah的存在并结合热压贴合工艺，能够实现第一金属层与粘接层的牢靠结合，进而实现第一金属层与高分子基体层的牢靠结合。

9、在一些可选的实施方案中，高分子基材还包括改性层，改性层位于高分子基体层背离粘接层一侧，改性层的材质包括pp和pe。

10、上述技术方案中，改性层的材质包括pp和pe，pp用于保障改性层与高分子基体层的相容性，pe的存在可充当等离子体活化增效剂，在磁控溅射形成第二金属打底层前经等离子体活化处理，可在改性层表面高效引入各种极性基团，显著提升表面能与润湿性，从而实现第二金属打底层与改性层的牢靠结合进而实现第二金属层与高分子基体层的牢靠结合。

11、在一些可选的实施方案中，高分子基材的厚度为2 μm~4.5 μm。

12、上述技术方案中，将高分子基材的厚度限定在上述范围内，以使得高分子基材具有较为优异的力学性能；同时，该厚度范围还能较好地满足超薄化复合集流体的应用需求。

13、在一些可选的实施方案中，高分子基材包括依次层叠分布的粘接层、高分子基体层和改性层，且高分子基材采用三层熔融共挤工艺制备得到。

14、上述技术方案中，高分子基材采用三层熔融共挤工艺制备得到，具有众多优势：（1）熔融共挤在高温熔融态下实现层间分子链缠结与微扩散，可有效提升层间剥离强度和整体结构完整性；（2）共挤工艺的特性在于连续化、无溶剂且一步成型，不用单独进行涂布、烘干、熟化等工序，具有所需成本低、制备效率高等优势；同时，制备得到的高分子基材还具有厚度较为均匀的优势。

15、在一些可选的实施方案中，改性层、高分子基体层和粘接层的厚度的比依次为（10~25）：（50~80）：（10~25）。

16、上述技术方案中，将改性层、高分子基体层和粘接层的厚度的比限定在上述范围内，以使得三种功能层具有较为适宜的厚度占比，能够在兼顾高分子基体层固有理化性能优势的前提下较好地发挥粘接层与改性层的各自功效。

17、在一些可选的实施方案中，粘接层中，pp与马来酸酐接枝pp的质量的比为（50~90）：（10~50）。

18、上述技术方案中，将粘接层中pp与马来酸酐接枝pp的质量的比限定在上述范围内，能够在较好维持粘接层与高分子基体层相容性的前提下实现粘接层与第一金属层的牢靠结合。

19、在一些可选的实施方案中，改性层中，pp与pe的质量的比为（80~95）：（5~20）。

20、上述技术方案中，将改性层中pp与pe的质量的比限定在上述范围内，能够在较好维持改性层与高分子基体层相容性的前提下使得pe的等离子体活化增效剂作用充分发挥。

21、在一些可选的实施方案中，贴合处理的步骤包括：将铺设有高分子基材的可剥离金属层输送到热压对辊处进行热压贴合处理，其中，处理温度为180℃~220℃、处理压力为0.3 mpa~0.5 mpa、走膜速度为5 m/min~50 m/min。

22、上述技术方案中，将热压贴合步骤中的处理温度、处理压力和走膜速度分别限定在上述范围内，能够实现第一金属层与粘接层的牢靠结合进而实现第一金属层与高分子基体层的牢靠结合。

23、在一些可选的实施方案中，可剥离金属层的制备方法包括：在高分子支撑层的其中一侧制备离型层，高分子支撑层的厚度为20 μm~50 μm；采用磁控溅射镀膜技术在离型层背离高分子支撑层的一侧制备第一金属打底层，采用水电镀技术对第一金属打底层进行增厚处理形成第一金属层。

24、上述技术方案中，采用上述制备工艺制备可剥离金属层，由于结合了磁控溅射镀膜技术以及水电镀技术的优势，使得该制备方法具有制备效率高、成本低且膜材品质较高的优势（包括但不限于第一金属层的结构完整、致密、厚度均匀）。

25、在一些可选的实施方案中，离型层的剥离力为45 g/25mm~55 g/25mm。

26、上述技术方案中，离型层的剥离力限定在上述范围内，在贴合处理以后，能够较为容易且无损地将离型层与第一金属层剥离开。

27、在一些可选的实施方案中，将高分子基材铺设于可剥离金属层的表面并进行贴合处理的步骤包括：将多个高分子基材铺设于可剥离金属层的表面并进行贴合处理，得到第一复合体；第一复合体中，多个粘接层背离高分子基体层的一侧均与第一金属层背离离型层的一侧粘接，在第一复合体的幅宽方向上，多个高分子基材间隔、并排分布，且多个高分子基材的两端均有第一金属层露出。

28、上述技术方案中，同时将多个高分子基材铺设于可剥离金属层后进行贴合处理，且控制在第一复合体的幅宽方向上，多个高分子基材间隔、并排分布，多个高分子基材的两端均有第一金属层露出，在后续分切以后便可同步得到多个两端均具有全金属极耳的复合集流体。

29、在一些可选的实施方案中，在第一复合体的幅宽方向上，任意两个相邻高分子基材之间的距离为30 mm~60 mm。

30、上述技术方案中，将任意两个相邻高分子基材之间的距离限定在上述范围内，即将两个极耳区的总宽度限定在上述范围内，后续分切后能够使得相邻的两个全金属极耳区均具有较为适宜的尺寸，从而便于直接进行焊接。

31、在一些可选的实施方案中，在第一复合体的第一表面形成第二金属层的步骤包括：先对第一复合体的第一表面进行等离子体处理，然后再采用磁控溅射技术在第一表面形成第二金属打底层，其中，第二金属打底层的厚度为50 nm~100 nm；然后采用水电镀技术对第二金属打底层进行增厚处理，其中，第一镀膜区增加的厚度等于第二镀膜区增加的厚度与高分子基材的厚度之和，第一镀膜区（即极耳区）为第二金属打底层与第一金属层接触的区域，第二镀膜区（即料区）为第二金属打底层与高分子基材接触的区域，以形成第二金属层。

32、上述技术方案中，先对第一复合体的第一表面进行等离子体处理，然后再采用磁控溅射技术在第一表面形成第二金属打底层，能够提高第二金属打底层与第一复合体的结合强度；同时，将第二金属打底层的厚度限定在上述范围内，能够为后续进行水电镀增厚提供厚度较为适宜的结构基础；然后再采用水电镀技术并按照上述厚度标准对第二打底层的不同区域进行差异化增厚处理，便能得到整体厚度均为均匀的第二金属层，进而便能制备得到厚度较为均匀的全金属极耳复合集流体。

33、在一些可选的实施方案中，采用选择性电镀工艺对第二金属打底层进行增厚处理，所用遮挡板包括与第一镀膜区对应的镂空区和与第二镀膜区对应的开孔区，其中，开孔区包括多个呈阵列分布的孔洞，且每个孔洞的内径为1 mm~5 mm。

34、上述技术方案中，采用选择性电镀工艺对第二金属打底层进行差异化增厚，具体地，通过定制化遮挡板精准调控金属离子在两个区域的沉积速度，其中，镂空区对应第一镀膜区（即极耳区），电镀液中的金属离子在该区域可快速通过并通过电场效应在极耳区快速沉积形成金属层；开孔区则精准对应第二镀膜区（即料区），开孔区包括多个呈阵列分布的孔洞，且每个孔洞的内径为1 mm~5 mm，电镀液中的金属离子在开孔区的流通受阻以使得料区的沉积速度小于极耳区；最终便能同步形成连续且具有特定厚度差异的第二金属层。

35、在一些可选的实施方案中，任意两个相邻孔洞之间的距离为4 mm~10 mm。

36、上述技术方案中，将任意两个相邻孔洞之间的距离限定在上述范围内，能够更为精准地调控金属离子在第一镀膜区和第二镀膜区的沉淀速度差值，从而制备得到整体厚度更为均匀的第二复合体。

37、在一些可选的实施方案中，遮挡板的至少一侧还具有阳离子交换膜。

38、上述技术方案中，遮挡板的至少一侧还具有阳离子交换膜，可使得电镀液中的金属离子定向移动并到达阴极电镀区沉积形成金属层，而电镀液中的阴离子则会被有效阻挡，该设置能够改善阴极界面失稳问题，有助于提高形成金属层的致密性以及与基底之间的结合力。

39、第二方面，本技术实施例提供一种全金属极耳复合集流体，采用如第一方面实施例提供的制备方法制得。

40、上述技术方案中，全金属极耳复合集流体采用如第一方面实施例提供的制备方法制得，其能够满足超薄化全金属极耳复合集流体的应用需求，且还能同步改善全金属极耳复合集流体极耳容易断裂。