【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体是一种集流体及其制备方法。
技术介绍
1、随着固态电池技术的不断发展，实现高电压输出成为了一个重要研究方向。在固态电池中，多个电池单元的串联是实现高电压输出的有效手段。
2、现有技术中，传统的串联方式，即通过正、负集流体叠置并简单接触，存在着一定的缺陷。在这种设计下，正、负集流体之间缺乏稳固的连接关系，一旦电池在使用过程中出现活性物质层脱离或电解质脱离的情况，这些脱离的物质很容易进入正负集流体之间的间隙，从而引发局部副反应和电化学腐蚀，严重影响电池的寿命和性能。
3、为了克服这一缺陷，科研人员尝试了多种替代方案，其中，有将铜层铝层直接轧制复合以实现更紧密的结合，但由于二者金属材料的延展率存在差异，这种方式会导致复合后二者结合强度并不理想；另一种方案是在铜箔上蒸镀铝，但这种做法往往因为铜层厚度远大于铝层，使得集流体的整体质量密度偏大，不仅降低了电池的能量密度，还增加了制造成本。
4、综上所述，如何提升集流体的机械强度、过流能力以及结构稳定性，避免上述问题的发生，得到一种集流体具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种集流体及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种集流体，所述集流体的结构由上到下包括第一氧化铝层、铝层、第二氧化铝层和铜层；所述铜层包括第一铜层和第二铜层；所述第一氧化铝层的厚度大于第二氧化铝层
4、较为优化地，所述铝层厚度>20μm；所述第二氧化铝层厚度＜1μm；所述铜层厚度＜10μm。
5、较为优化地，所述第二氧化铝层不完全覆盖铝层表面，所述第二氧化铝层在平面方向具有多个通孔或盲孔，所述铜层部分或全部至少部分嵌设在通孔或盲孔中，所述铜层部分或全部与铝层直接接触。
6、较为优化地，如权利要求1~3任一项所述的一种集流体的制备包括以下步骤：
7、s1：取两侧具有自然氧化铝层的铝箔，备用；其中，铝箔中非自然氧化铝层的区域为铝层；
8、s2：将铝箔一侧的自然氧化铝层作为第一氧化铝层；在真空环境或惰性气体保护下，将铝箔另一侧的自然氧化铝层进行减薄处理，得到第二氧化铝层；以此为预处理铝箔；
9、s3：在真空环境或惰性气体保护下，在预处理铝箔的第二氧化铝层表面磁控溅射镀铜，得到第一铜层；在第一铜层表面用电解液电镀铜，得到第二铜层；得到集流体。
10、其中，自然氧化铝层的减薄工序优选在真空环境下或惰性气体保护下进行，且在真空环境下或惰性气体保护下进入s3，避免自然氧化铝层减薄后，暴露出来的铝层又与空气反应，再次生成氧化铝。
11、较为优化地，s2中，所述减薄处理的方式包括电晕、离子溅射、酸洗的一种。
12、较为优化地，所述减薄处理的方式为酸洗时，具体过程为：在真空环境或惰性气体保护下，将铝箔置于滚轴上，在铝箔另一侧的自然氧化铝层上动态喷涂酸洗液，进行淋浴刻蚀；然后动态水洗，烘干、收卷，得到第二氧化铝层；以此为预处理铝箔。
13、较为优化地，所述酸洗液包括以下组分：按重量百分比计，6~10wt%盐酸、0.4~0.6wt%硫酸，其余为水；所述酸洗液淋浴刻蚀的温度为75~85℃；酸洗液喷涂时，铝箔在滚轴上的走带速度为0.04~0.06m/s。
14、进一步方案中，铝层表面的自然氧化铝层仅单侧进行减薄，因为不需镀铜的一侧为正极侧，若此侧也进行减薄，在电镀过程中难以避免会镀上部分铜金属，在电池体系中，正极侧若有铜，在正极高电势的情况下（>3v），铜金属容易和电池体系里发生氧化反应，作为重金属析出至电解质中，污染电解质。
15、其中，将自然氧化铝层的减薄选择酸洗减薄，酸洗工艺可以提高铝箔表面粗糙度，后续镀铜时，铜离子沉积后，粗糙的表面凹坑被铜离子嵌入，提高铜层和铝层的结合强度；酸洗后增加水洗，水洗工艺可以防止酸洗液对自然氧化铝层酸洗过度，同时也可以防止收卷时酸洗侧残留的酸洗液污染未酸洗侧的第一氧化铝层，造成未酸洗侧的第一氧化铝层被破坏。
16、进一步方案中，所述减薄处理的方式为离子溅射时，具体过程为：设置离子源功率为1.5~2.5kw、轰击速度为1.5~2.5m/s，通过运行卷绕式真空磁控溅射镀膜设备卷离子源系统对铝箔下方第一氧化铝层表面进行等离子体轰击处理。
17、较为优化地，所述第一铜层的磁控溅射镀铜的工艺参数为：真空镀为2.5×10-1~3.5×10-1pa、负偏压电压为125~135v、铜靶材与铝箔的距离为15~25cm、镀速为2.5~3.5m/min、靶电流为10~20a。
18、较为优化地，所述第二铜层的电镀铜过程中的电解液为硫酸铜电解液，所述硫酸铜电解液包括以下组分：195~205g/l的硫酸铜、75~85g/l硫酸、35~45ppm的氯离子、0.02~0.04g/l的胶原蛋白。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、1、本方案将正负集流体进行了复合，将铝层与铜层复合为一张集流体，可以改善在固态电池使用过程中，若发生活性物质层脱离或电解质脱离后进入到正负集流体之间的间隙当中，可能会导致局部副反应、发生局部电化学腐蚀等问题，延长电池寿命。同时正、负集流体复合为一层后，电池单元之间串联导通的过流能力也得到提升。
21、2、本方案通过选择在铝层表面镀铜，可以避免现有技术中，将直接通过轧制复合铜层和铝层时，由于铜和铝这两种金属材料的延展率不同，会导致它们之间的结合强度很差的问题；也可以避免现有技术中在铜箔上蒸镀铝，铜层厚度远大于铝，这会使得集流体的质量密度较大，降低电池能量密度，还会增大成本的问题。
22、3、本方案在铝层一侧进行镀铜，铝层较厚，用于保证集流体的结构强度。在镀铜前，对铝层单侧的自然氧化铝层进行减薄处理。减薄过程需要将氧化铝层去除掉部分，原因为铜粒子溅射到铝层表面后，在较高的溅射能量下可以与铝形成结合力较高的金属键合，若直接溅射到氧化铝层，则铜与氧化铝仅通过分子间作用力进行结合，结合强度较差；并且自然氧化铝层的导电性较差，去除自然氧化铝层可以改善集流体的过流能力。但自然氧化铝层不可过度去除，常用的电晕、酸洗或离子溅射等减薄手段，无法精准控制去除厚度的均匀性，若过度去除，则会导致铝层本身被减薄，使得铝层表面产生较多缺陷，铝层为保证集流体结构强度的主要部分，若铝层缺陷较多，在集流体制备极片的过程中，经历辊压、卷绕等工序时容易发生断带问题，在电池使用过程中，也可能发生局部弯折，从而产生电解质密封结构失效、电解质泄漏短路等问题。
23、4、本方案镀铜优选分两步镀铜，虽然在第二氧化铝层一侧已有部分铝层暴露，已满足导电的要求，可以直接进行电镀镀铜。但是由于暴露的铝层面积有限且分布不均，为提升镀铜质量，故先通过磁控溅射进行初步镀铜，既可以提高集流体导电性，有利于下一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集流体，其特征在于：所述集流体的结构由上到下包括第一氧化铝层、铝层、第二氧化铝层和铜层；所述铜层包括第一铜层和第二铜层；所述第一氧化铝层的厚度大于第二氧化铝层，所述铝层的厚度大于铜层。
2.根据权利要求1任意一项所述的一种集流体，其特征在于：所述铝层厚度>20μm；所述第二氧化铝层厚度＜1μm；所述铜层厚度＜10μm。
3.根据权利要求1所述的一种集流体，其特征在于：所述第二氧化铝层不完全覆盖铝层表面，所述第二氧化铝层在平面方向具有多个通孔或盲孔，所述铜层部分或全部至少部分嵌设在通孔或盲孔中，所述铜层部分或全部与铝层直接接触。
4.一种集流体的制备方法，其特征在于：如权利要求1~3任一项所述的一种集流体的制备包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：S2中，所述减薄处理的方式包括电晕、离子溅射、酸洗的一种。
6.根据权利要求5所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：所述减薄处理的方式为酸洗时，具体过程为：在真空环境或惰性气体保护下，将铝箔置于滚轴上，在铝箔另一侧的自然氧化铝层
7.根据权利要求6所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：所述酸洗液包括以下组分：按重量百分比计，6~10wt%盐酸、0.4~0.6wt%硫酸，其余为水；所述酸洗液淋浴刻蚀的温度为75~85℃；酸洗液喷涂时，铝箔在滚轴上的走带速度为0.04~0.06m/s。
8.根据权利要求4所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：所述第一铜层的磁控溅射镀铜的工艺参数为：真空镀为2.5×10-1~3.5×10-1Pa、负偏压电压为125~135V、铜靶材与铝箔的距离为15~25cm、镀速为2.5~3.5m/min、靶电流为10~20A。
9.根据权利要求4所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：所述第二铜层的电镀铜过程中的电解液为硫酸铜电解液，所述硫酸铜电解液包括以下组分：195~205g/L的硫酸铜、75~85g/L硫酸、35~45ppm的氯离子、0.02~0.04g/L的胶原蛋白。
...【技术特征摘要】
1.一种集流体，其特征在于：所述集流体的结构由上到下包括第一氧化铝层、铝层、第二氧化铝层和铜层；所述铜层包括第一铜层和第二铜层；所述第一氧化铝层的厚度大于第二氧化铝层，所述铝层的厚度大于铜层。
2.根据权利要求1任意一项所述的一种集流体，其特征在于：所述铝层厚度>20μm；所述第二氧化铝层厚度＜1μm；所述铜层厚度＜10μm。
3.根据权利要求1所述的一种集流体，其特征在于：所述第二氧化铝层不完全覆盖铝层表面，所述第二氧化铝层在平面方向具有多个通孔或盲孔，所述铜层部分或全部至少部分嵌设在通孔或盲孔中，所述铜层部分或全部与铝层直接接触。
4.一种集流体的制备方法，其特征在于：如权利要求1~3任一项所述的一种集流体的制备包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：s2中，所述减薄处理的方式包括电晕、离子溅射、酸洗的一种。
6.根据权利要求5所述的一种集流体的制备方法，其特征在于：所述减薄处理的方式为酸洗时，具体过程为：在真空环境或惰性气体保护下，将铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：张桐，李学法，张国平，
申请(专利权)人：扬州纳力新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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