本发明涉及集流体,具体为一种低电阻率复合集流体的制备方法及应用。
背景技术:
1、随着新能源和电子科技的高速发展,电池的循环寿命、能量密度、安全等性能提升已是电池发展的重中之重。集流体作为电池非常重要的一部分,用于将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,其性能优劣会直接影响到电池的循环寿命、能量密度、安全等性能。
2、目前锂电池、钠电池中的正负极片多使用铜箔、铝箔作为集流体,这类集流体的成本较高,且重量也会更重,不利于电池成本的控制和能量密度的提升。对此,相比于传统箔材集流体,复合集流体就具有了明显的优势。复合集流体通常是一种“三明治”结构,内层为聚合物高分子层,两侧为金属导电层;由于其表面的金属层较薄,内部的高分子层较轻,从而使得其可以很好的减轻集流体整体的重量,进而增加锂离子电池的能量密度;同时复合集流体表面较薄的金属层在锂离子电池发生热失控时,较传统箔材集流体更容易断开,从而隔绝活性物质与集流体的连接,阻止锂离子电池热失控继续进行,即可以改善电池的安全性能。
3、尽管复合集流体具有成本低、质量轻的优势,但由于磁控过程中高速沉积易导致复合集流体薄膜存在较多缺陷,导致其致密性较差,进而导致电池的电阻率增加,最终使电池的循环寿命、能量密度以及安全性能降低。
4、基于此,本发明将提供一种低电阻率复合集流体的制备方法,其具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种低电阻率复合集流体的制备方法及应用,以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
3、一种低电阻率复合集流体的制备方法,包括以下步骤:
4、s1:采用直流磁控溅射技术,以铜作靶材,基底薄膜作基材,对基底薄膜进行金属化处理,得到金属化薄膜;
5、s2:采用高功率脉冲磁控溅射技术,以钨作靶材,金属化薄膜作基材,对金属化薄膜进行辐照处理,最后经冷却,得到低电阻率复合集流体。
6、进一步的,所述低电阻率复合集流体的制备方法,具体为:
7、s1:对铜、钨、基底薄膜进行表面处理,确保其表面平整、不含杂质,备用;
8、s2:采用直流磁控溅射技术,以铜作靶材,基底薄膜作基材,对基底薄膜进行金属化处理,在其表面溅射沉积一层铜层,得到金属化薄膜;
9、s3:直流磁控溅射结束后,在3~5s内,采用高功率脉冲磁控溅射技术对金属化薄膜进行辐照处理,以钨作靶材,金属化薄膜作基材,在金属化薄膜的铜层上溅射沉积一层钨层,最后经冷却,得到低电阻率复合集流体。
10、进一步的,所述基底薄膜为pp薄膜,厚度为5~10μm。
11、进一步的,所述金属化处理具体为:在基底薄膜的两表面溅射沉积一层厚度为30~50nm的铜层。
12、进一步的,所述辐照处理的工艺参数为:脉冲脉宽为30~100μs,脉冲频率为150~200hz,平均功率为10~15kw,脉冲峰值功率为1~1.5mw,ar气压为0.5~0.6pa。
13、进一步的,所述辐照处理具体为:在金属化薄膜的铜层上溅射沉积一层厚度为5~10nm的钨层。
14、进一步的,所述所述辐照过程中的靶材和基材的距离为10~13cm。
15、进一步的,在金属化处理和辐照处理过程中,控制基材的冷却温度在-20~-10℃。
16、进一步的,所述低电阻率复合集流体的冷却温度为0~20℃。
17、脉冲特征、脉冲峰值功率、气压、温度等工艺参数过高以及靶-基距过低会导致辐照能量过高,进而使得金属化薄膜表面温升过大,造成基材受损;而脉冲特征、脉冲峰值功率、气压、温度等工艺参数过低以及靶-基距过高会导致辐照能量不足,进而使得原子迁移能量不足,使溅射的薄膜无法达到致密的效果,影响成品的性能,所以需要对其工艺参数进行严格限制。
18、进一步的,所述低电阻率复合集流体应用在电池中。
19、与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
20、(1)本发明通过采用高功率脉冲磁控溅射技术进行钨辐照,成功地解决了常规复合集流体用于补偿热驱动的吸附原子迁移率的不足问题,使其在较低的基板温度(低于130℃)下,就能提升原子迁移率,进而成功获得了金属层致密性更好的复合集流体;
21、(2)该复合集流体具有更低的电阻率,用其制作电池,可以提升明显提升电池的循环寿命、能量密度和安全等性能。
1.一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:s1中,所述金属化处理具体为:在基底薄膜的两表面溅射沉积一层厚度为30~50nm的铜层。
3.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:s2中,所述辐照处理的工艺参数为:脉冲脉宽为30~100μs,脉冲频率为150~200hz,平均功率为10~15kw,脉冲峰值功率为1~1.5mw,ar气压为0.5~0.6pa。
4.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:s2中,所述辐照处理具体为:在金属化薄膜的铜层上溅射沉积一层厚度为5~10nm的钨层。
5.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:s2中,所述辐照过程中的靶材和基材的距离为10~13cm。
6.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:在金属化处理和辐照处理过程中,控制基材的冷却温度在-20~-10℃。
7.根据权利要求1所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法,其特征在于:s2中,所述低电阻率复合集流体的冷却温度为0~20℃。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的一种低电阻率复合集流体的制备方法制备得到的低电阻率复合集流体。
9.一种权利要求8所述的低电阻率复合集流体在电池中的应用。
