本申请涉及一种双极性锂电池防渗漏双极性集流体基板，该基板包括防化学渗漏层、负极集流体层、正极集流体基底层、正极集流体表面层、正负极集流体连接体。本发明专利技术的特征是在负极集流体层、正极集流体基底层之间加入了高分子材料制作的防化学渗漏层，有效地解决了铜、铝压延、电解薄膜存在裂隙、微孔，容易在电化学作用下产生电解液渗漏的技术难题。本发明专利技术的另一特征是在正、负集流体周边，用正负极集流体连接体将正、负集流体直接连接，取消了极耳结构，内部连接电阻远低于卷绕、叠片和大圆柱等当前主流锂电池产品结构，可以大幅降低锂电池大电流充放电和快速补能时产生的热量，有利于双极性锂电池的工业化生产和产业化应用。双极性锂电池的工业化生产和产业化应用。双极性锂电池的工业化生产和产业化应用。
【技术实现步骤摘要】
一种双极性锂电池防渗漏集流体基板结构及制备方法
[0001]本专利技术属于电化学储能
，尤其涉及双极性锂电池防渗漏集流体基板结构及制备方法。
技术介绍
[0002]双极性锂电池是一种新的电池构型和电池种类，由于不需要输出极耳、外部连接导线和单体独自封装，可以减少动力电池30%左右的自重和体积，大幅提升动力电池模组的比容量，因而成为电动车行业重点研发的新结构电池。双极性锂电池的核心技术是双极性集流体基板，需要基板具有高导电性、耐电化学腐蚀性的同时，具有极薄的厚度与强度，研发难度较大，当前还没有可以产业化的成熟技术产品进入市场。现在主要有以下几类双极性集流体基板技术在研：1.采用多层金属制备复合集流体基板。双极性锂电池需要在导电基体两面分别制备正、负集流体。通常正极集流体采用铝箔制备，利用铝箔表面的氧化铝保护层防止铝集流体在充放电时产生电化学腐蚀损坏。负极集流体通常采用铜箔制备，为碳、硅等负极活性物质提供离子和电流通道。由于铝箔表面极易氧化形成导电性能很差的氧化铝薄膜，所以如果将铝、铜箔通过直接压合的方式制备双金属集流体基板，铜、铝箔之间将会产生电化学腐蚀并形成较大接触电阻，所以双极性电池不能采用铜、铝箔直接压合的方式制作双极性集电体基板。为此有专利技术方案提出，采用锡、铅等低熔点金属作为中间层，通过热融压合的方式制备铜、锡铅合金、铝多层结构双极性基板。由于铅、锡是比重极大并且极软的金属，数十微米厚的铅锡合金层的重量已远超过碳酸锂等活性物质的重量，因此用此方法制备的锂电池比容量极低，基本没有工业应用价值。
[0003]2.采用在导电金属表面溅射、电镀不同金属层的双极性电池基板。一些专利技术方案采用铜、不锈钢等导电金属箔作为导电基底，在金属箔表面通过真空溅射或电镀铝金属的方式制备双极性电池双金属基板。由于锂电池为了提高比容量，当前集流体铜箔厚度已经缩减到6～12微米，甚至已有2～4微米超薄铜箔用于锂电池生产。这些超薄压延或电解铜箔在生产过程中不可避免会产生微观裂隙和微孔缺陷，利用这些超薄金属箔做导电基底，然后在其表面溅射或沉积保护性金属制作的双极性电池基板，在电池充放电时电解液的电化学腐蚀作用会使原有裂隙和微孔不断扩大，致使单体电池之间产生电解液泄漏，电池会因内部短路造成重大安全事故。所以直接用金属薄膜添加保护膜制作的双极性锂电池基板，无法保证锂电池能够长期安全、可靠工作，所以无法进入工业化应用。
[0004]3.采用导电聚合物涂层与导电聚合物压制的基板。一些专利方案采用在导电基体表面涂覆导电聚合物涂层的方法保护集流体免受电化学腐蚀和产生化学渗漏，或用导电聚合物直接压制基板。由于表面聚合物导电涂层导电性能普遍较差，所以该类双极性电池只适合小电流放电，不适合动力电池等大电流、大功率的工业应用。
技术实现思路
[0005]基于此，有必要针对现有双极性锂电池集流体技术存在的电化学腐蚀、氧化铝绝缘以及裂隙化学渗漏等限制性缺陷，提供一种新结构的双极性锂电池集流体复合基板。
[0006]本专利技术所述的双极性锂电池集流体复合基板，是由防化学渗漏层、负极集流体层、正极集流体基底层、正极集流体表面层、正负极集流体连接体几种结构部件组成，是一种無输出极耳的准双极性电池集流体复合基板。
[0007]所述防化学渗漏层，是在负极集流体层、正极集流体基底层之间增加的防化学渗漏层，该层由5～50μm厚度聚酰亚胺薄膜制备。聚酰亚胺是优秀的高分子工程材料，可在
‑
200～300
°
C的使用温度范围提供较高的物理强度、抗强化学腐蚀性能和阻燃性能，能有效防止锂电池高压模组单体电池之间因电化学腐蚀和电池塑料隔膜高温融化造成的化学渗漏和电气短路，是双极性锂电池高压模组安全工作的必要构件。
[0008]所述负极集流体层由2～15μm厚度铜金属材料组成。该负极集流体基底层，是在上述防化学渗漏层的A面一侧，采用常规塑料表面镀铜工艺制备。
[0009]所述正极集流体基底层由2～15μm厚度铜金属材料组成。该正极集流体基底层，是在上述防化学渗漏层的B面一侧，采用常规塑料表面镀铜工艺制备。
[0010]所述正负极集流体连接体由5～15μm厚度铜金属材料组成。该正负极集流体连接体，是在上述防化学渗漏层的第一表面完成负极集流体层制备并在第二表面完成正极集流体基底层制备后，采用常规塑料表面镀铜工艺，在上述防化学渗漏层四周的侧边分别施镀一层铜金属，使正极集流体基底层与负极集流体层形成电气联通，为双极性电池各相邻单体之间提供了内阻极低的大电流电荷流通通道。
[0011]所述正极集流体表面层由2～15μm厚度铝金属材料组成。该正极集流体表面层，是在上述正极集流体基底层制备完成后，在氩或氮气保护气氛下采用铜金属表面镀铝工艺在正极集流体基底层的表面制备，达到铜、铝双金属层的无间隙结合。
[0012]本专利技术的优点及积极效果为：1.本专利技术与已有专利技术的最大区别在于，在传统铜、铝集电体金属箔之间增加耐高温高分子防化学渗漏层，有效避免压延或电解金属箔因裂隙和微孔造成电解液渗漏短路，为双极性锂电池进入产业化应用提供了可靠解决方案。
[0013]2. 本专利技术采取常规工业化塑料电镀工艺，直接在防化学渗漏层表面先后电化学沉积铜、铝双金属集电体，因此可以免除常规电池集电体所采用的压延、裁剪、粘贴等制造工序，同时可控制集电体厚度最薄至1～2μm，在大幅降低动力电池制造成本的同时，显著减少集电体在锂电池中的质量占比，提高锂电池比容量。
[0014]3. 本专利技术在正、负极集流体四周边沿实施电化学沉积电解铜的冷连接工艺，避免了常规电池极耳热熔焊接时熔渣飞溅对离子隔膜造成伤害，大幅提高了生产效率和产品合格率。
[0015]4. 由于采用正、负极集流体周边边沿直连技术，两单体电池正负极间连接距离仅为2～20μm，链接电阻是特斯拉4680大圆柱电池的二十分之一，普通卷绕电池的数百分之一，因此可以大幅降低动力电池大电流快速充电时的发热量，有利于提高动力电池快速充电时的安全性能。
NaOH，0～20g/L Na2co3，1g/L NiCl2，然后按基础液总量的25%加入 35 % 浓度的 HCHO。将聚酰亚胺薄膜在25～40℃化学镀铜液内浸泡30min，在聚酰亚胺薄膜表面沉积一层铜金属导电薄膜。
[0029]【电镀铜】进一步在铜电镀槽内，用电镀工艺在聚酰亚胺薄膜（防化学渗漏层）化学沉铜层的表面，再沉积2～20μm厚的铜金属材料，分别作为负极集流体层、正极集流体基底层与正负极集流体连接体。电镀液配制：150g/L CuSO4·
5H2O，47g/L H2SO
4 ，0.03g/L NaCl，0.5g/L C7H6N2S。磷铜阳极，电流0.5～1.5A/dm ，搅拌电镀液保持厚度镀层均匀。
[0030]【电沉积铝金属正极集流体表面层】进一步在铝电镀槽内，在聚酰亚胺薄膜（防化学渗漏层B面）铜金属正极集流体基底层的表面，电沉积2～5μm厚的铝金属正极集流体表面层。配置镀铝电镀液：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双极性锂电池防渗漏集流体基板结构，其特征在于：在负极集流体层、正极集流体基底层之间设置了防化学渗漏层，防止相邻单体电池之间产生电解液渗漏短路，是一种准双极性电池复合集流体基板结构。2.根据权利要求1所述的双极性锂电池防渗漏集流体基板结构，其特征在于：上述的防化学渗漏层，材料为聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、玻璃纤维环氧树脂薄膜中的一种。3.根据权利要求2所述的双极性锂电池防渗漏集流体基板结构，其特征在于：上述的防化学渗漏层的厚度范围是5～50μm。4.根据权利要求1所述的双极性锂电池防渗漏集流体基板结构，其特征在于：上述的防化学渗漏层，除具有防化学渗漏功能外，同时是负极集流体层、正极集流体基底层、正...
【专利技术属性】
技术研发人员：王荣之，
申请(专利权)人：睿智同创南京储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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