二次电池的高导热集流体及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种二次电池的高导热集流体的制备方法。

背景技术

目前的复合集流体主要为铜集流体和铝集流体两种，其中铜集流体或者铝集流体均由两部分构成，包含设置于中间的高分子薄膜层和设置于高分子薄膜层相背设置的两个表面的金属镀层。制备集流体的方式是通过真空蒸镀工艺完成，但是由于高分子薄膜层的导热性比较差，导致复合集流体的整体导热性比较差，在电池受热时，热量不能及时的传递出来，容易导致电池出现热失控现象。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高高分子薄膜层的导热性，以提升产品的整体导热性，且能够有效避免电池出现热失控现象的二次电池的高导热集流体的制备方法。

一种二次电池的高导热集流体，所述二次电池的高导热集流体包括：

高分子薄膜层，所述高分子薄膜层相背设置的两个表面上设置有金属镀层；

其中，所述高分子薄膜层包括均匀混合的高分子聚合物及碳化硅颗粒。

通过将高分子聚合物及碳化硅颗粒混合，由于碳化硅颗粒具有稳定的化学性能、较高的导热系数、热膨胀系数小及较好的耐磨性能等性能，使得含有碳化硅颗粒的高分子薄膜层的导热能力得到提高，从而能够提升产品的整体导热性，在电池受热时，热量能够及时传递出来，有效避免电池出现热失控现象。

在其中一个实施例中，所述高分子聚合物的相对分子质量为50-100万Mr。

在其中一个实施例中，所述高分子聚合物与所述碳化硅颗粒的质量比为10：1-20：1。

在其中一个实施例中，所述高分子薄膜层的穿刺强度≥100gf，MD拉伸强度≥180MPa,TD拉伸强度≥180MPa，MD延伸率≥10％,TD延伸率≥10％。

在其中一个实施例中，所述金属镀层为金属铝层或金属铜层。

在其中一个实施例中，所述金属镀层的纯度均≥99.8％。

在其中一个实施例中，所述高分子聚合物包括绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种；

其中，绝缘高分子材料包括聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、芳纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚丙乙烯(PPE)、聚甲醛(POM)、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯(PTEE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、纤维素、淀粉、蛋白质、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的至少一种。

绝缘高分子复合材料采用绝缘高分子材料与无机材料形成的复合材料。其中，无机材料可以是陶瓷材料、玻璃材料、陶瓷复合材料中的至少一种。

导电高分子材料采用经掺杂的聚氮化硫、经掺杂的聚乙炔中的至少一种。

导电高分子复合材料采用绝缘高分子材料与导电材料形成的复合材料。

在其中一个实施例中，所述高分子薄膜层的厚度范围为1μm-25μm，所述金属镀层的厚度范围为0.5μm-1.5μm。

本申请还提供了一种如上述的二次电池的高导热集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述高分子聚合物与所述碳化硅颗粒进行均匀混合，，以形成掺碳化硅高分子材料；

对所述掺碳化硅高分子材料进行流延作业，以形成所述高分子薄膜层；

在所述高分子薄膜层相背设置的两个表面分别蒸镀所述金属镀层。

在其中一个实施例中，在对所述掺碳化硅高分子材料进行流延作业后形成半高分子薄膜层，对所述半高分子薄膜层进行双向拉伸，并进行分切，以形成所述高分子薄膜层。

上述方案中，通过将高分子聚合物与碳化硅颗粒混合，由于碳化硅颗粒具有稳定的化学性能、较高的导热系数、热膨胀系数小及较好的耐磨性能等性能，使得含有碳化硅颗粒的高分子薄膜层的导热能力得到提高，从而能够提升产品的整体导热性，在电池受热时，热量能够及时传递出来，有效避免电池出现热失控现象；金属镀层采用金属铝层或金属铜层，且金属镀层300的纯度≥99.8％，高纯度的金属铝层具有低的变形抗力、高的电导率及良好的塑性等性能；高纯度的金属铜层具有良好的延展性、传热性及导电性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所示的二次电池的高导热集流体的结构示意图；

图2为本发明一实施例所示的二次电池的高导热集流体的制备方法的步骤流程示意图；

图3为本发明一对比例所示的复合集流体的制备方法的步骤流程示意图。

附图标记说明

10、高导热集流体；100、高分子薄膜层；110、高分子聚合物；120、碳化硅颗粒；300、金属镀层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1，本发明的一实施例提供了一种二次电池的高导热集流体10，包括高分子薄膜层100，高分子薄膜层100相背设置的两个表面上设置有金属镀层300，高分子薄膜层100包括均匀混合的高分子聚合物110及碳化硅颗粒120。具体地，碳化硅颗粒120的粉末粒径为0.5μm。

具体地，碳化硅颗粒120具有稳定的化学性能、较高的导热系数、热膨胀系数小及较好的耐磨性能等性能。通过将导热系数较高的碳化硅颗粒120与高分子聚合物110均匀混合，能够增加高分子薄膜层100的导热能力，从而能够提升产品的整体导热性。

二次电池的高导热集流体10的穿刺强度≥50gf，MD拉伸强度≥150MPa，TD拉伸强度≥150MPa，MD延伸率≥10％，TD延伸率≥10％。示例性地，二次电池的高导热集流体10的穿刺强度为80gf，MD拉伸强度为200MPa，TD拉伸强度为200MPa。MD延伸率为50％，TD延伸率为50％。需要说明的是：MD(Machine Direction，机械方向)是指纵向，TD(TransverseDirection，垂直于机械方向)是指横向。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，在本实施例中，高分子聚合物110的相对分子质量为50-100万Mr。在其他可行的实施例中，高分子聚合物110的相对分子质量也可以为其他数值范围，例如：高分子聚合物110的相对分子质量可以为1-50万Mr。示例性地，高分子薄膜层100的相对分子质量为40万Mr。

需要理解的是：相对分子质量(Relative molecular mass)，是指化学式中各个原子的相对原子质量(Ar)的总和。对于高分子聚合物110的相对分子质量，本申请对此不做限制。示例性地，高分子聚合物110的相对分子质量为60万Mr。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比为10：1-20：1。也就是说，在高分子薄膜层100内高分子聚合物110的比例远大于碳化硅颗粒120的比例。需要说明的是：高分子薄膜层100内的高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比的上限，可根据需要的高分子薄膜层100导热系数设定，本申请不做限制。但是分子薄膜层内的高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比的下限不得低于10：1，否则会影响高分子薄膜层100的导电性能。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，高分子薄膜层100的穿刺强度≥100gf，MD拉伸强度≥180MPa,TD拉伸强度≥180MPa，MD延伸率≥10％,TD延伸率≥10％。示例性地，高分子薄膜层100的穿刺强度≥300f，MD拉伸强度≥400MPa,TD拉伸强度≥400MPa，MD延伸率≥50％,TD延伸率≥50％。

需要说明的是：对于高分子薄膜层100的穿刺强度、MD拉伸强度、TD拉伸强度、MD延伸率、TD延伸率的上限本申请不做限制，可根据使用需要自行设定。对于高分子薄膜层100的穿刺强度的下限不得低于100gf，MD拉伸强度的下限不得低于180MPa，TD拉伸强度的下限不得低于180MPa，MD延伸率的下限不得低于10％，TD延伸率的下限不得低于10％，否则会影响高分子薄膜层100的力学性能，最终影响集流体的穿刺强度、MD拉伸强度、TD拉伸强度、MD延伸率、TD延伸率。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，金属镀层300采用金属铝层或金属铜层。具体地，金属镀层300的纯度≥99.8％。也就是说，本申请中的金属镀层300采用的是高纯度的金属。在一个实施例中，金属镀层300采用金属铝层，金属铝层的纯度≥99.8％。高纯度的金属铝层具有低的变形抗力、高的电导率及良好的塑性等性能。在另一个实施例中，金属镀层300采用金属铜层，金属铜层的纯度≥99.8％。高纯度的金属铜层具有良好的延展性、传热性及导电性。

金属镀层300与高分子薄膜层100之间的剥离力≥5N/m。示例性地，金属镀层300与高分子薄膜层100之间的剥离力为20N/m。金属镀层300与高分子薄膜层100之间的剥离力较高，能够使得金属镀层300与高分子薄膜层100之间不易发生脱落的现象，从而保证电池的电性能及安全性。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，高分子薄膜层100包括绝缘高分子材料、绝缘高分子复合材料、导电高分子材料、导电高分子复合材料中的至少一种。

其中，绝缘高分子材料包括聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、芳纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚丙乙烯(PPE)、聚甲醛(POM)、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯(PTEE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、硅橡胶(Siliconerubber)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、纤维素、淀粉、蛋白质、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的至少一种。

上述的绝缘高分子复合材料，可以是绝缘高分子材料与无机材料形成的复合材料。其中，无机材料可以是陶瓷材料、玻璃材料、陶瓷复合材料中的至少一种。

上述的导电高分子材料，可以是经掺杂的聚氮化硫、经掺杂的聚乙炔中的至少一种。

上述的导电高分子复合材料，可以是绝缘高分子材料与导电材料形成的复合材料。具体地，导电材料可以是导电碳材料、金属材料、复合导电材料中的至少一种。更具体地，导电碳材料选自碳黑、碳纳米管、石墨、乙炔黑、石墨烯中的至少一种。金属材料选自金属镍、金属铁、金属铜、金属铝或上述金属的合金中的至少一种。复合导电材料选自金属镍包覆的石墨粉、金属镍包覆的碳纤维中的至少一种。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，高分子薄膜层100的厚度范围为1μm-25μm，金属镀层300的厚度范围为0.5μm-2.5μm。需要理解的是：本申请的二次电池的高导热集流体10的厚度范围为3μm-30μm。示例性地，高分子薄膜层100100的厚度为20μm，金属镀层300的厚度为1.5μm。

实施例：

下述实施例更具体地描述了本发明公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本发明公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

请参阅图2，本申请的一实施例1还提供了一种如上述的二次电池的高导热集流体10的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选取6μm的高分子聚合物110、99.9％纯度的金属铝层及碳化硅颗粒120。其中，高分子聚合物110采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)，高分子聚合物110的相对分子质量为60万Mr，碳化硅颗粒120的粉末粒径为0.5μm。

步骤2：将高分子聚合物110与碳化硅颗粒120进行均匀混合，以形成掺碳化硅高分子材料。其中，高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比为20：1。

步骤3：对掺碳化硅高分子材料进行流延作业，以形成高分子薄膜层100。其中，对掺碳化硅高分子材料进行流延作业的设备不是本申请的发明点，因此，本申请对此不做赘述。需要理解的是：高分子薄膜层100是通过流延挤出拉制形成的。

步骤4：在高分子薄膜层100相背设置的两个表面分别蒸镀99.9％纯度的金属铝层。其中，金属铝层的厚度为1μm，最终制得8μm的二次电池的高导热集流体10。在二次电池的高导热集流体10制备完成后，对二次电池的高导热集流体10进行分切收卷以及真空包装作业。通过将导热系数较高的碳化硅颗粒120与高分子聚合物110均匀混合，并制成高分子薄膜层100，能够增加高分子薄膜层100的导热能力，从而能够提升产品的整体导热性。

请参阅图1，根据本申请的一些实施例，可选地，在对掺碳化硅高分子材料进行流延作业后形成半高分子薄膜层，对半高分子薄膜层进行双向拉伸，并进行分切，以形成高分子薄膜层100。需要理解的是：双向是指高分子薄膜的纵向及横向。

实施例2

步骤1：选取1μm的高分子聚合物110、99.9％纯度的金属铝层及碳化硅颗粒120。其中，高分子聚合物110采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)，高分子聚合物110的相对分子质量为50万Mr，碳化硅颗粒120的粉末粒径为0.5μm。

步骤2：将高分子聚合物110与碳化硅颗粒120进行均匀混合，以形成掺碳化硅高分子材料。其中，高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比为10：1。

步骤3：对掺碳化硅高分子材料进行流延作业，以形成高分子薄膜层100。

步骤4：在高分子薄膜层100相背设置的两个表面分别蒸镀99.9％纯度的金属铜层。其中，金属铝层的厚度为2.5μm，最终制得30μm的二次电池的高导热集流体10。

实施例3

步骤1：选取1μm的高分子聚合物110、99.9％纯度的金属铜层及碳化硅颗粒120。其中，高分子聚合物110采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)，高分子聚合物110的相对分子质量为100万Mr，碳化硅颗粒120的粉末粒径为0.5μm。

步骤2：将高分子聚合物110与碳化硅颗粒120进行均匀混合，以形成掺碳化硅高分子材料。其中，高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比为15：1。

步骤3：对掺碳化硅高分子材料进行流延作业，以形成高分子薄膜层100。

步骤4：在高分子薄膜层100相背设置的两个表面分别蒸镀99.9％纯度的金属铜层。其中，金属铝层的厚度为1μm，最终制得3μm的二次电池的高导热集流体10。

对比例1

请参阅图3，本对比例提供的复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选取6μm的高分子薄膜层100及99.9％纯度的金属铝层。其中，高分子薄膜层100采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)。

步骤2：将6μm的高分子薄膜层100及99.9％纯度的金属铝层分别投入真空镀膜设备内，并在高分子薄膜层100相背设置的两个表面蒸镀金属铝层，即可得到所需的复合集流体。其中，本实施例中，金属铝层的厚度为1μm。

最终制得8μm的复合集流体。在复合集流体制备完成后，对复合集流体进行分切收卷以及真空包装作业。

对比例2

本对比例提供的复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选取25μm的高分子薄膜层100及99.9％纯度的金属铜层。其中，高分子薄膜层100采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)。

步骤2：将25μm的高分子薄膜层100及99.9％纯度的金属铜层分别投入真空镀膜设备内，并在高分子薄膜层100相背设置的两个表面蒸镀金属铝层，即可得到所需的复合集流体。其中，本实施例中，金属铝层的厚度为2.5μm。

最终制得10μm的复合集流体。在复合集流体制备完成后，对复合集流体进行分切收卷以及真空包装作业。

对实施例1-3的二次电池的高导热集流体10及对比例1-2的复合集流体的导热系数进行测试，得到如表1所述的效果数据。

表1为复合集流体10的溶解度测试数据。

表1

从上表可以看出本发明的二次电池的高导热集流体10的导热系数大于对比例的复合集流体的导热系数，可从上表得出二次电池的高导热集流体10的导热系数与二次电池的高导热集流体10的高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比有关，高分子聚合物110与碳化硅颗粒120的质量比越大，则表示碳化硅颗粒120的含量越低，二次电池的高导热集流体10的导热系数也就越低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。