專利名稱：一種防漏雙極性集流體和高電壓電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防漏雙極性集流體和高電壓電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)和環(huán)境惡化已成為傳統(tǒng)汽車發(fā)展的最大障礙，而發(fā)展電動(dòng)汽車是能夠緩解這些問題的有效手段。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一是動(dòng)力電池。目前，由于鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池且備受關(guān)注。為了將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，通常將電極活性物質(zhì)涂覆在集流體上，集流體通常為銅箔、鋁箔等金屬箔膜，集流體與活性物質(zhì)充分接觸，從而形成較大的電流對(duì)外輸出。
通常采用內(nèi)部疊加串聯(lián)電極的方法來制備高電壓電池。但是，現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)部串聯(lián)高電壓電池的集流體一般采用的是銅鋁復(fù)合箔膜，箔膜厚度小于100微米，所以達(dá)到所用復(fù)合薄膜中銅箔和鋁箔沒有孔洞是一個(gè)很難解決的技術(shù)問題。如果一旦箔膜中存在微小的穿透性裂紋或孔洞，電解液進(jìn)入其中而發(fā)生漏液，則電池將發(fā)生內(nèi)部短路。目前，為解決集流體漏液?jiǎn)栴}，一般是先制備聚合物薄膜，然后在聚合物薄膜上鍍金屬薄膜制得復(fù)合集流體，這種集流體大都是利用兩端來導(dǎo)電，導(dǎo)電性能較差；而且，長(zhǎng)時(shí)間使用中，滲入金屬穿透性裂紋和孔洞的電解液仍可能通過金屬-聚合物界面滲出，引起電池內(nèi)部短路。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上提到的問題，本發(fā)明提供了一種防漏雙極性集流體和高電壓電池及其制備方法，該集流體應(yīng)用于高電壓電池的制作。采用聚合物對(duì)金屬薄膜穿透性裂紋和孔洞進(jìn)行補(bǔ)漏，可以有效地阻止電解液的通過，避免由此引起的電池內(nèi)部短路問題。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種防漏雙極性集流體。本發(fā)明提供一種防漏雙極性集流體包括金屬薄膜；以及滲入金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中的聚合物。金屬薄膜采用鎳、鋁、鋁鎳復(fù)合、鋁銅復(fù)合和不銹鋼的導(dǎo)電性能良好并且耐電解液性能良好的金屬材料中的一種，厚度為5 50μπι。金屬薄膜含有穿透性裂紋和孔洞，需要用聚合物來填補(bǔ)，以有效地阻止電解液的通過，從而避免由此引起的電池內(nèi)部短路的問題。聚合物采用聚乙烯ΡΕ、聚丙烯ΡΡ、聚酰胺PA、聚碳酸酯PC、聚偏氟乙烯PVDF、馬來酸酐接枝聚乙烯MAH-g-PE以及苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯SBS共聚物的耐電解液腐蝕性能良好且與金屬薄膜之間粘接性良好的聚合物材料中的一種或幾種的復(fù)合物。在集流體的制備過程中，將摻雜有導(dǎo)電粉體的聚合物的溶液或者熔體真空流延涂布在金屬薄膜的上表面和下表面，形成薄膜層，然后惰性氣體增壓，以確保聚合物滲入到金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中；再去除金屬薄膜的上表面和下表面的多余的薄膜層，從而得到本發(fā)明的集流體。但是，在實(shí)際的制備過程中，由于聚合物與金屬薄膜之間的粘接較為緊密，某些情況下，沒有完全去除金屬薄膜表層的聚合物，從而在金屬薄膜的上表面和下表面粘接有薄膜層。為確保集流體的導(dǎo)電性，在聚合物中摻雜導(dǎo)電粉體，以保證薄膜層具有良好的導(dǎo)電性。薄膜層的厚度為O ΙΟμπι。導(dǎo)電粉體采用石墨、炭黑、碳纖維和金屬粉體中的一種或幾種的混合物。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種防漏雙極性集流體的制備方法。本發(fā)明的防漏雙極性集流體的制備方法包括以下步驟I)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行預(yù)處理，具體包括a.清洗金屬薄膜；
b.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行干燥溫度70 90°C,熱風(fēng)干燥I 3min ；c.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行活化處理在一定溫度下，將金屬薄膜浸入酸液中，滯留一段時(shí)間后牽弓I出，采用噴淋或浸潰方法，用水將金屬薄膜清洗干凈；2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引進(jìn)真空流延涂布室，抽真空，真空度I 50Pa，加熱板加熱，干燥金屬薄膜，溶液涂布或者熔體涂布方法將聚合物溶液或熔體流延到金屬薄膜上，形成薄膜層；3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室，惰性氣體增壓O. 5^2. OMPa,并滯留20 40min,加熱板加熱，以確保聚合物滲入到金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)加熱刮板或者加熱滾筒間，控制兩個(gè)加熱刮板或加熱滾筒的間距，去除金屬薄膜表面多余的薄膜層，牽出惰性氣體增壓室，其中室內(nèi)的加熱板、加熱刮板或加熱滾筒的溫度為220 280°C ；4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室內(nèi)加熱板上加熱，力口熱板和加熱滾筒的溫度70 110°C，加熱滾筒滾壓定型，得到本發(fā)明的防漏雙極性集流體。其中，在步驟I) a中，清洗金屬薄膜可以采用擦拭清潔用脫脂棉沾取有機(jī)溶劑對(duì)金屬薄膜進(jìn)行擦拭3 5遍，除去油污；或者浸潰清洗金屬薄膜浸入有機(jī)溶劑中，滯留3 5min，除去油污；或者噴淋清洗金屬薄膜進(jìn)入噴淋室進(jìn)行噴淋清洗，室內(nèi)溫度控制40 60°C，清洗4 7min，除去油污。其中，有機(jī)溶劑采用丙酮、醋酸乙酯、三氯乙烯、甲苯和氟氯烷的具有較低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑中的一種或幾種的混合物。在步驟l)c中，金屬薄膜采用不同的金屬，對(duì)應(yīng)著不同的酸液組成和工藝參數(shù)，如下所示金屬薄膜采用不銹鋼，酸液組成偏硅酸鈉洗衣粉氫氧化鈉水焦磷酸鈉(質(zhì)量比)為10 1 5 :500 5 ;工藝參數(shù)70 85°C下浸泡8 IOmin0金屬薄膜采用鎳，酸液組成三氧化鉻鹽酸(質(zhì)量比)為15 20 ;工藝參數(shù)室溫下浸泡2 4min。金屬薄膜采用鋁，酸液組成重鉻酸鈉2 7. 5% (質(zhì)量)，濃硫酸20 30% (質(zhì)量)，蒸餾水適量；工藝參數(shù)66 71°C下浸泡10 12min。在步驟2)中，對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布采用溶液涂布將聚合物粉體溶解于有機(jī)溶劑中，溶液濃度為15 40% (wt%);然后，加入導(dǎo)電粉體，充分?jǐn)嚢杈鶆颍频脩腋∫?；將懸浮液加入真空流延涂布室?nèi)的流延涂布裝置中，攪拌20 40min，抽出懸浮液中氣泡；然后，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 μ m，其中，聚合物粉體導(dǎo)電粉體(質(zhì)量比)為40 70 30 60，金屬薄膜處加熱板和加熱滾筒的溫度為40 80°C，其余加熱板不加熱；或者熔體涂布將聚合物粉體A溶解于溶劑中，聚合物溶液濃度2 5% (wt%);導(dǎo)電粉體與聚合物粉體B高速混合均勻，加入聚合物粉體A的溶液中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，得懸浮液；將懸浮液加入真空流延涂布室?nèi)的流延涂布裝置中，溫度設(shè)為170 250°C，攪拌30 60min，揮發(fā)溶劑且聚合物熔融，導(dǎo)電粉體均勻分散于聚合物熔體中；然后，控制涂布機(jī)頭溫度為210 280°C，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 μ m，其中，聚合物粉體B :導(dǎo)電粉體(質(zhì)量比)為10 25 75 90，金屬薄膜處加熱板和加熱滾筒的溫度為250 300°C。本發(fā)明的又一目的在于提供一種高電壓電池。本發(fā)明的高電壓電池包括如上所述的防漏雙極性集流體；在集流體的一個(gè)表面涂布有正極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的正極混合物，在集流體的另一個(gè)表面涂布有負(fù)極 活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的負(fù)極混合物，構(gòu)成雙極性電極；雙極性電極與隔膜交替疊加形成多層結(jié)構(gòu)；多層結(jié)構(gòu)封裝在不銹鋼外殼中；在不銹鋼外殼內(nèi)注入有電解液。本發(fā)明的高電壓電池的制備方法，包括以下步驟I)提供如上所述的防漏雙極性的集流體；2)在集流體的一個(gè)表面涂布正極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的混合物，另一個(gè)表面涂布負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的混合物，制得雙極性電極；3)將雙極性電極與隔膜交替疊加形成多層結(jié)構(gòu)；4)將多層結(jié)構(gòu)熱壓封裝在不銹鋼外殼中，注入電解液，制得內(nèi)部串聯(lián)雙極性電極的高電壓電池。正極活性材料為磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、硅酸鋰、硅酸鐵鋰、硫酸鹽化合物、鈦硫化合物、鑰硫化合物、鐵硫化合物、摻雜鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鈦氧化物、鋰釩氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鎳鈷氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物以及其它可脫嵌鋰化合物的一種或幾種混合物；上述負(fù)極活性材料為可逆嵌鋰的鋁基合金、硅基合金、錫基合金、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、碳材料的一種或幾種混合物。隔膜為聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或其他耐電解液性能和加工性能良好的微孔聚合物材料中的一種或幾種的復(fù)合物；電解液為六氟磷酸鋰/碳酸乙酯+碳酸二甲酯LiPF6/EC+DMC、六氟磷酸鋰/碳酸乙酯+碳酸二乙酯LiPF6/EC+DEC或其他的高純有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鉀鹽和必要的添加劑組成混合物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用聚合物填補(bǔ)金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞，可以有效地阻止電解液的滲透，防止電池內(nèi)部短路情況的發(fā)生，提高了電池的安全性；而且本發(fā)明防漏雙極性集流體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制備，具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明的防漏雙極性集流體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的防漏雙極性集流體粘接有薄膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的防漏雙極性集流體的制備方法的工藝流程的示意圖4為本發(fā)明的真空流延涂布室內(nèi)的流延涂布裝置的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖I所示，本發(fā)明的防漏雙極性集流體包括金屬薄膜I ;以及滲入金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中的聚合物2。如圖2所示，在實(shí)際的制備過程中，沒有完全去除在金屬薄膜的表面的聚合物，從而在金屬薄膜I的上表面和下表面粘接有薄膜層3。薄膜層3為聚合物和導(dǎo)電粉體的混合物，導(dǎo)電粉體采用石墨、炭黑、碳纖維和金屬粉體的一種或幾種的混合物，以保證薄膜層具有良好的導(dǎo)電性。薄膜層的厚度為O ΙΟμπι。實(shí)施例一 本實(shí)施例中，防漏雙極性集流體包括金屬薄膜I采用鋁單面鍍鎳；聚合物2采用聚偏氟乙烯和聚乙烯；以及導(dǎo)電粉體采用炭黑。其中，金屬薄膜的厚度為20μπι，金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞被由聚偏氟乙烯和聚乙烯填充，薄膜層3的厚度為2 μ m，薄膜層中的(聚偏氟乙烯+聚乙烯)炭黑(質(zhì)量比)為(5+25) :80。本實(shí)施例的防漏雙極性集流體的制備方法如下I)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行預(yù)處理a.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行噴淋清洗，即金屬薄膜進(jìn)入金屬薄膜預(yù)處理室6，用丙酮對(duì)其進(jìn)行噴淋清洗，室內(nèi)溫度控制50°C，清洗6min，除去油污；b.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行干燥,溫度65°C,對(duì)金屬薄膜熱風(fēng)干燥Imin ；c.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行活化處理，室溫下，將金屬薄膜浸入酸液中，其中，三氧化鉻鹽酸(質(zhì)量比)為15 :20，浸泡3min后牽引出，然后,浸入水中清洗；2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引到真空流延涂布室8，抽真空，真空度10Pa，加熱板11和加熱滾筒12溫度為250°C，干燥金屬薄膜，并使金屬薄膜保持此溫度；采用熔體涂布，即配置PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液，濃度為3%，將炭黑與PE粉體高速混合均勻，PE粉體炭黑粉體(質(zhì)量比)為25 :80，加入PVDF溶液中，攪拌均勻，得懸浮液；將懸浮液加入真空流延涂布室8內(nèi)的流延涂布裝置13中，設(shè)置溫度210°C，加熱、攪拌40min，揮發(fā)溶劑且PVDF與PE熔融；控制涂布機(jī)頭的溫度為240°C，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離，控制流延膜的厚度小于20μπι;3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室9，氮?dú)庠鰤簂.OMPa，滯留20min，加熱板11的溫度為260°C，然后，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)溫度為260°C的加熱刮板14，控制加熱刮板14的間距以去除金屬薄膜表面多余的熔體，牽出惰性氣體增壓室9 ；4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室10的加熱板11上，加熱板11和加熱滾筒12的溫度80°C，滾壓定型，得到本發(fā)明防漏雙極性集流體。如圖3所示，其中7為過渡室。實(shí)施例二 本實(shí)施例中，聚合物2采用聚偏氟乙烯和馬來酸酐接枝聚乙烯，其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例的防漏雙極性集流體的制備方法，在步驟2)中，PE粉體替換為MAH-g-PE粉體，其他與實(shí)施例一相同。實(shí)施例三本實(shí)施例中，防漏雙極性集流體包括金屬薄膜I采用鋁單面鍍銅；聚合物2采用聚偏氟乙烯和聚丙烯；以及導(dǎo)電粉體采用炭黑。其中，金屬薄膜厚度為20 μ m,金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞被聚偏氟乙烯和聚丙烯填充，薄膜層3的厚度為4 μ m,(聚偏氟乙烯+聚丙烯)炭黑(質(zhì)量比)為(5+25) 70o本實(shí)施例的防漏雙極性集流體的制備方法如下
I)與實(shí)施例一的步驟I)相同；2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引到真空流延涂布室8，抽真空，真空度lOPa，加熱板11和加熱滾筒12溫度為280°C，干燥金屬薄膜，并使金屬薄膜保持此溫度；熔體涂布，即配置PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液，濃度為3%，將炭黑與PP粉體高速混合均勻，pp粉體炭黑粉體(質(zhì)量比)為25:70 Jpapvdf溶液中，攪拌均勻，得懸浮液；將懸浮液加入真空流延涂布室8內(nèi)的流延涂布裝置13中，設(shè)置溫度230°C，攪拌40min，揮發(fā)溶劑且PVDF與PP熔融；控制涂布機(jī)頭溫度為270°C，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 μ m ;3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室9，氮?dú)庠鰤篒. OMpa，惰性氣體增壓室9內(nèi)的加熱板的溫度為280°C，滯留20min ;然后，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)溫度為260°C的加熱刮板14，控制加熱刮板14間距以去除金屬薄膜表面多余的熔體，牽出惰性氣體增壓室9 ；4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室10的加熱板11上，加熱板11和加熱滾筒12的溫度100°C，滾壓定型，得到本發(fā)明防漏雙極性集流體。如圖3所示，其中7為過渡室。實(shí)施例四本實(shí)施例中的薄膜層中的(聚偏氟乙烯+聚乙烯):炭黑(質(zhì)量比)為(8+30) :60，其他與實(shí)施例一相同。本實(shí)施例的漏雙極性集流體的制備方法，在步驟3)中PVDF溶液濃度配置為4%，PE粉體炭黑粉體(質(zhì)量比)為30 :60，其他與實(shí)施例一相同。實(shí)施例五本實(shí)施例中，金屬薄膜I采用鋁；聚合物2采用聚偏氟乙烯；以及導(dǎo)電粉體采用石墨。其中，金屬薄膜的厚度為20 μ m,金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞被聚偏氟乙烯填充，薄膜層3的厚度為2 μ m，薄膜層中的聚偏氟乙烯石墨(質(zhì)量比)為50 :50。本實(shí)施例中的防漏雙極性集流體的制備方法如下I)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行預(yù)處理a.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行噴淋清洗，即金屬薄膜進(jìn)入金屬薄膜預(yù)處理室6，用丙酮對(duì)其進(jìn)行噴淋清洗，室內(nèi)溫度控制50°C，清洗6min，除去油污；b.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行干燥，溫度65°C，對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱風(fēng)干燥Imin ；c.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行活化處理，即在溫度70°C下，將金屬薄膜浸入酸液中，其中酸液組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為重鉻酸鈉4%、濃硫酸30%、蒸懼水66%,浸泡IOmin后牽引出，然后，用水淋洗，去除酸液；2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引到真空流延涂布室8，抽真空，真空度10Pa，加熱板11和加熱滾筒12溫度為60°C，干燥金屬薄膜；溶液涂布，即配制PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液，濃度為35% (wt%)，然后，加入石墨粉體，充分?jǐn)嚢杈鶆?，PVDF粉體石墨粉體(質(zhì)量比)為50 :50，制得懸浮液；將懸浮液加入真空流延涂布室8內(nèi)的流延涂布裝置13中，攪拌40min，抽出懸浮液中氣泡；然后，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 μ m。3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室9，氮?dú)庠鰤篛. 8MPa，加熱板的溫度為230°C，滯留20min，然后，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)溫度為230°C的加熱刮板14，控制加熱刮板14之間的距離以去除金屬薄膜表面多余的熔體，牽出惰性氣體增壓室9 ；4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室10的加熱板11上，加熱板11和加熱滾筒12的溫度為90°C，滾壓定型，得到本發(fā)明防漏雙極性集流體。如圖3 所示，其中7為過渡室。實(shí)施例六本實(shí)施例中，導(dǎo)電粉體米用碳纖維，其他與實(shí)施例一相同。本實(shí)施例中的防漏雙極性集流體的制備方法中，導(dǎo)電粉體采用碳纖維，其他與實(shí)施例一相同。實(shí)施例七本實(shí)施例中，金屬薄膜采用鋁，其厚度為25 μ m，其他與實(shí)施例一相同。本實(shí)施例的防漏雙極性集流體的制備方法的步驟I)為對(duì)金屬薄膜進(jìn)行預(yù)處理a.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行噴淋清洗，即金屬薄膜進(jìn)入金屬薄膜預(yù)處理室6，用丙酮對(duì)其進(jìn)行噴淋清洗，室內(nèi)溫度控制50°C，清洗6min，除去油污；b.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行干燥，溫度65°C，對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱風(fēng)干燥Imin ；c.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行活化處理，即在溫度70°C下，將金屬薄膜浸入酸液中，其中酸液組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為重鉻酸鈉4%、濃硫酸30%、蒸懼水66%,浸泡IOmin后牽引出，然后，用水淋洗，去除酸液；其他與實(shí)施例一相同。實(shí)施例八本實(shí)施例中，防漏雙極性集流體包括金屬薄膜I采用鎳；聚合物2采用聚偏氟乙烯和聚酰胺-6 ;以及導(dǎo)電粉體采用炭黑。其中，金屬薄膜的厚度為20μπι，金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞被由聚偏氟乙烯和聚酰胺-6填充，薄膜層3的厚度為3 μ m,薄膜層中的(聚偏氟乙烯+聚酸胺-6):炭黑(質(zhì)量比)為(6+20) 70o本實(shí)施例的防漏雙極性集流體的制備方法如下I)與實(shí)施例一的步驟I)相同；2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引到真空流延涂布室8，抽真空，真空度為lOPa，加熱板11和加熱滾筒12溫度為290°C，干燥金屬薄膜，并使金屬薄膜保持此溫度；采用熔體涂布，即配制PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液，濃度為2% ;將炭黑與PA-6粉體高速混合均勻，PA-6粉體炭黑粉體(質(zhì)量比)為20 :70，加入PVDF溶液中，攪拌均勻，得懸浮液，將懸浮液加入真空流延涂布室8內(nèi)的流延涂布裝置13中，設(shè)置溫度250°C，攪拌40min,揮發(fā)溶劑且PVDF與PA-6熔融；控制涂布機(jī)頭溫度為280°C，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 μ m ;3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室9，氮?dú)庠鰤篒. OMPa，室內(nèi)加熱板11的溫度為290°C，滯留30min，然后，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)溫度為290°C的加熱刮板14，控制兩個(gè)加熱板之間的距離以去除金屬薄膜表面多余的熔體，牽出惰性氣體增壓室9 ；4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室10的加熱板11上，加熱板11和加熱滾筒12的溫度為90°C，滾壓定型，得到本發(fā)明防漏雙極性集流體。如圖3 所示，其中7為過渡室。圖4為本發(fā)明的真空流延涂布室內(nèi)流延涂布裝置的放大圖，如圖4所示，8為真空流延涂布室，13為加熱板，15為真空控制閥，16為加料斗，17為攪拌器，18為進(jìn)料控制閥，19為料液控制閥，20為涂布機(jī)頭。最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種防漏雙極性集流體，其特征在于，所述集流體包括金屬薄膜(I);以及滲入金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中的聚合物(2 )。
2.如權(quán)利要求I所述的防漏雙極性集流體，其特征在于，所述金屬薄膜(I)采用鎳、鋁、鋁鎳復(fù)合、鋁銅復(fù)合和不銹鋼的導(dǎo)電性能良好并且耐電解液性能良好的金屬材料中的一種，厚度為5 50 ii m。
3.如權(quán)利要求I所述的防漏雙極性集流體，其特征在于，所述聚合物(2)采用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯以及苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物的耐電解液腐蝕性能良好且與金屬薄膜之間粘接性良好的聚合物材料中的一種或幾種的復(fù)合物。
4.如權(quán)利要求I所述的防漏雙極性集流體，其特征在于，所述金屬薄膜(I)的上表面和下表面粘接有薄膜層(3)，所述薄膜層(3)的厚度為0 IOy m。
5.如權(quán)利要求I所述的防漏雙極性集流體，其特征在于，所述薄膜層(3)為聚合物和導(dǎo)電粉體的混合物，所述導(dǎo)電粉體采用石墨、炭黑、碳纖維和金屬粉體的一種或幾種的混合物。
6.一種防漏雙極性集流體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟 1)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行預(yù)處理，具體包括 a.清洗金屬薄膜； b.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行干燥溫度70 90°C，熱風(fēng)干燥I 3min； c.對(duì)金屬薄膜進(jìn)行活化處理在一定溫度下，將金屬薄膜浸入酸液中，滯留一段時(shí)間后牽弓I出，采用噴淋或浸潰方法，用水將金屬薄膜清洗干凈； 2)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布將金屬薄膜牽引到真空流延涂布室，抽真空，真空度I 50Pa，加熱板加熱，干燥金屬薄膜；溶液涂布或者熔體涂布方法將聚合物溶液或熔體流延到金屬薄膜上，形成薄膜層； 3)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行惰性氣體增壓將金屬薄膜牽引進(jìn)惰性氣體增壓室，惰性氣體增壓0.5^2. OMPa，并滯留20 40min，加熱板加熱，以確保聚合物滲入到金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中，金屬薄膜在牽引下經(jīng)過兩個(gè)加熱刮板或者加熱滾筒間，控制兩個(gè)加熱刮板或加熱滾筒的間距，去除金屬薄膜表面多余的薄膜層，牽出增壓室，其中室內(nèi)的加熱板、加熱刮板或加熱滾筒的溫度為220 280°C ； 4)對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱壓定型將金屬薄膜牽引到熱壓定型室內(nèi)加熱板上加熱，加熱板和加熱滾筒的溫度70 110°C，加熱滾筒滾壓定型，得到本發(fā)明的防漏雙極性集流體。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于在步驟I)a中，清洗金屬薄膜可以采用擦拭清潔用脫脂棉沾取有機(jī)溶劑對(duì)金屬薄膜進(jìn)行擦拭3 5遍，有機(jī)溶劑采用丙酮、醋酸乙酯、三氯乙烯、甲苯、氟氯烷或其他具有較低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑中的一種或幾種的混合物，除去油污；或者 浸潰清洗金屬薄膜浸入有機(jī)溶劑槽中，滯留3 5min，除去油污；或者 噴淋清洗金屬薄膜進(jìn)入噴淋室進(jìn)行噴淋清洗，室內(nèi)溫度控制40 60°C，清洗4 Imin,除去油污。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于在步驟2)中，對(duì)金屬薄膜進(jìn)行真空流延涂布采用溶液涂布將聚合物粉體溶解于有機(jī)溶劑中，溶液濃度為15 40% (wt%);然后，加入導(dǎo)電粉體，充分?jǐn)嚢杈鶆颍频脩腋∫?；將懸浮液加入真空流延涂布室?nèi)的流延涂布裝置中，攪拌20 40min，抽出懸浮液中氣泡；然后，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 ym，其中，聚合物粉體導(dǎo)電粉體(質(zhì)量比)為40 70 30 60，金屬薄膜處加熱板和加熱滾筒的溫度為40 80°C，其余加熱板不加熱；或者 熔體涂布將聚合物粉體A溶解于溶劑中，聚合物溶液濃度2 5% (wt%);導(dǎo)電粉體與聚合物粉體B高速混合均勻，加入聚合物粉體A的溶液中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，得懸浮液；將懸浮液加入真空流延涂布室?nèi)的流延涂布裝置中，溫度設(shè)為170 250°C，攪拌30 60min，揮發(fā)溶劑且聚合物熔融，導(dǎo)電粉體均勻分散于聚合物熔體中；然后，控制涂布機(jī)頭溫度為210 280°C，在金屬薄膜上流延，通過調(diào)節(jié)涂布機(jī)頭與金屬薄膜之間的距離控制流延膜的厚度小于20 iim，其中，聚合物粉體B :導(dǎo)電粉體(質(zhì)量比)為10 25 75 90，金屬薄膜處加熱板和加熱滾筒溫度為250 300°C。
9.一種高電壓電池，其特征在于，所述高電壓電池包括權(quán)利要求I所述的防漏雙極性集流體；在所述集流體的一個(gè)表面涂布有正極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的正極混合物，在所述集流體的另一個(gè)表面涂布有負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的負(fù)極混合物，構(gòu)成雙極性電極；所述雙極性電極與隔膜交替疊加形成多層結(jié)構(gòu)；所述多層結(jié)構(gòu)封裝在不銹鋼外殼中；在所述不銹鋼外殼內(nèi)注入有電解液。
10.一種高電壓電池的制備方法，包括以下步驟 1)提供權(quán)利要求I所述的防漏雙極性的集流體； 2)在所述集流體的一個(gè)表面涂布正極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的混合物，另一個(gè)表面涂布負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和膠粘劑的混合物，制得雙極性電極； 3)將所述雙極性電極與隔膜交替疊加形成多層結(jié)構(gòu)； 4)將所述多層結(jié)構(gòu)熱壓封裝在不銹鋼外殼中，注入電解液，制得內(nèi)部串聯(lián)雙極性電極的高電壓電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防漏雙極性集流體和高電壓電池及其制備方法。本發(fā)明的防漏雙極性集流體包括金屬薄膜，以及滲入金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞中的聚合物；金屬薄膜采用鎳、鋁、鋁鎳復(fù)合、鋁銅復(fù)合和不銹鋼中的一種；聚合物采用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯以及苯乙烯/丁二烯/苯乙烯共聚物中的一種或幾種的復(fù)合物。本發(fā)明利用聚合物填補(bǔ)金屬薄膜的穿透性裂紋和孔洞，能夠有效地阻止電解液的滲透，防止電池內(nèi)部短路情況的發(fā)生，提高了電池的安全性；而且，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制備，具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01M4/66GK102760887SQ20121024933
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者張萍, 李琪, 林道勇, 王秋平, 陳永翀, 韓立 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所, 北京好風(fēng)光儲(chǔ)能技術(shù)有限公司