一种高分子复合导电膜及制备系统、电池和保护隔离膜 |
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| 申请号 | CN202311663139.X | 申请日 | 2023-12-06 | 公开(公告)号 | CN117894509A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 深圳金美新材料科技有限公司; | 发明人 | 臧世伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种高分子复合导电膜及制备系统、 电池 和保护隔离膜，该高分子复合导电膜包括：原膜；以及通过 真空 镀 膜 的方式层积在所述原膜的上表面和/或下表面的导电材料层；导电材料层的导电材料的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，导电材料与所述原膜的结合 力 大于等于3N/m。本发明 实施例 中，导电材料与原膜的结合力在3N/m以上时，整个高分子复合导电膜在一定拉力下，使整个高分子复合导电膜的拉伸形变为5％以内，其方 阻变 化率会小于5％，当拉伸回弹方阻变化率小于5％时，表明高分子复合导电膜在拉伸拉伸形变为5％以内就其表面 导电性 能不变，有利于对高分子复合导电膜的后续处理。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高分子复合导电膜(1)，其特征在于，所述高分子复合导电膜(1)包括： |
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| 说明书全文 | 一种高分子复合导电膜及制备系统、电池和保护隔离膜技术领域背景技术发明内容[0005] 为达上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种高分子复合导电膜，所述高分子复合导电膜包括： [0006] 原膜； [0008] 在一些可能的实施方式中，所述导电材料层的厚度在500nm至1500nm之间； [0009] 所述导电材料层的导电材料为铜或者铝；所述导电材料层的厚度为1um。 [0010] 在一些可能的实施方式中，所述高分子复合导电膜还包括粘结材料层； [0011] 所述粘结材料层设置在所述导电材料层与所述原膜之间； [0012] 所述粘结材料层的粘结材料颗粒的平均晶粒尺寸大于50nm且小于200nm。 [0013] 在一些可能的实施方式中，所述粘结材料层为金属、合金或者非金属； [0014] 所述粘结材料层的粘结材料的密度小于所述导电材料层的导电材料的密度。 [0015] 在一些可能的实施方式中，所述原膜的厚度为3um至8um； [0016] 所述原膜的材质为聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、及聚对苯二甲酰对苯二胺，丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶或聚碳酸酯。 [0017] 第二方面，本发明实施例还提供了一种用于制备高分子复合导电膜的制备系统，所述系统包括： [0018] 放卷设备，用于提供并展开原膜； [0019] 真空镀膜设备，用于在所述原膜的第一表面和第二表面分别层积导电材料层，并调整镀膜参数使得导电材料颗粒的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，确保导电材料与所述原膜的结合力大于等于3N/m； [0020] 收卷设备，用于收取经过真空镀膜单元处理后的高分子复合导电膜。 [0021] 在一些可能的实施方式中，当所述真空镀膜设备为磁控溅射镀膜设备时，在真空腔体里面通入惰性气体的流速为300ml/分钟至500ml/分钟，溅射电压为10V至30V，所述原膜走速为3米/分钟至5米/分钟； [0023] 所述导电材料层的厚度在500nm至1500nm之间。 [0024] 在一些可能的实施方式中，在所述原膜与所述导电材料层之间分别设置有粘结材料层3； [0025] 所述粘结材料层的粘结材料颗粒的平均晶粒尺寸大于50nm且小于200nm； [0026] 所述粘结材料层为金属、合金或者非金属； [0027] 所述粘结材料层的粘结材料的密度小于所述导电材料层的导电材料的密度。 [0028] 第三方面，本发明实施例还提供了一种电池，所述电池包括：壳体、隔膜、正极极片和负极极片，所述隔膜、所述正极极片和所述负极极片分别设置在所述壳体内，所述正极极片和所述负极极片分别位于所述隔膜的两侧，其中， [0029] 所述正极极片为，在第一方面任意一种所述的高分子复合导电膜上涂覆正极材料； [0030] 所述负极极片为，在第一方面任意一种所述的高分子复合导电膜上涂覆负极材料。 [0031] 第四方面，本发明实施例还提供一种电池保护隔离膜，所述电池保护隔离膜包括第一方面所述的高分子复合导电膜； [0032] 保护层，设置在所述高分子复合导电膜的第一表面； [0033] 导电胶层，设置在所述高分子复合导电膜的与所述第一表面相对的第二表面。 [0034] 上述技术方案的有益技术效果在于： [0035] 本发明实施例提供的一种高分子复合导电膜及制备系统、电池和保护隔离膜，该高分子复合导电膜包括：原膜；以及通过真空镀膜的方式层积在所述原膜的上表面和/或下表面的导电材料层；导电材料层的导电材料的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，导电材料与所述原膜的结合力大于等于3N/m。本发明实施例中，导电材料与原膜的结合力在3N/m以上时，整个高分子复合导电膜在一定拉力下回弹后，使整个高分子复合导电膜的拉伸形变为5％以内，其方阻变化率会小于5％，当拉伸回弹方阻变化率小于5％时，表明高分子复合导电膜在拉伸拉伸形变为5％以内就其表面导电性能不变，有利于对高分子复合导电膜的后续处理。附图说明 [0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。 [0037] 图1是本发明实施例的一种高分子复合导电膜的结构示意图； [0038] 图2是本发明实施例的另一种高分子复合导电膜的结构示意图； [0039] 图3是本发明实施例的一种电池的结构示意图； [0040] 图4是本发明实施例的一种电池保护隔离膜的结构示意图。 [0041] 附图标号说明： [0042] 1、高分子复合导电膜；11、原膜；12、导电材料层；13、粘结材料层； [0043] 2、电池；21、壳体；22、隔膜；23、正极极片；231、正极材料；24、负极极片；241、负极材料； [0044] 3、电池保护隔离膜；31、保护层；32、导电胶层。 具体实施方式[0045] 下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。 [0046] 实施例一 [0047] 图1是本发明实施例的一种高分子复合导电膜的结构示意图，如图1所示，该高分子复合导电膜1包括：原膜11；以及通过真空镀膜的方式层积在原膜11的上表面和/或下表面的导电材料层12；导电材料层12的导电材料的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，导电材料与原膜11的结合力大于等于3N/m。本发明实施例中，导电材料与原膜11的结合力在3N/m以上时，整个高分子复合导电膜1在一定拉力下回弹后，使整个高分子复合导电膜1的拉伸形变为5％以内，其方阻变化率会小于5％，其中，拉力为15N‑19N，因为当导电材料的平均晶粒尺寸在50nm‑200nm之间时，晶粒之间相互接触面积较大，其加大了晶粒与晶粒之间的作用力，同时导电材料与原膜11之间的粘结力也给本申请的高分子复合导电膜1提供了一个力，在两个力的作用下，当高分子复合导电膜1受到横向的拉力时，导电材料的颗粒之间保持稳定，不会出现裂纹。 [0048] 因为当拉伸回弹方阻变化率小于5％时，表明高分子复合导电膜1在拉伸拉伸形变为5％以内就其表面导电性能不变，有利于对高分子复合导电膜1的后续处理，例如将本实施例中的高分子复合导电膜1用于电池中时，需要卷绕，由于卷然时整个高分子复合导电膜1的拉伸形变为5％以内，这样就不会将高分子复合导电膜1的导电材料层12破坏，维持高分子复合导电膜1的导电性能。 [0049] 在一些实施例中，导电材料层12的厚度在500nm‑1500nm之间；导电材料层12的导电材料可以为铜或者铝；导电材料层12的厚度为1um。因为本发明人经过研究发现，当导电材料的平均晶粒尺寸在50nm‑200nm之间时，且导电材料层12的厚度在500nm‑1500nm之间时，整个导电材料层12与原膜11的之间的结合力可以达到4N/m以上，使得导电材料层12不会从原膜11上脱落，极大的增加了导电材料层12与原膜11之间的结合力，极大提高产品的合格率；因为当导电材料层12的导电材料的平均晶粒尺寸在50nm‑200nm之间时，晶粒之间相互接触面积较大，其加大了晶粒与晶粒之间的作用力，同时导电材料颗粒与原膜11之间的作用力配合晶粒与晶粒之间的作用力、以及导电材料层12的厚度所带来的重量实现了平衡，进而增加了导电材料层12与原膜11之间的结合力避免导电材料层12从原膜11上脱落。例如，对于平均晶粒尺寸为75nm、100nm、125nm、150nm或175nm等，导电材料层12为600nm、 700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm或1400nm等； [0050] 另外，由于本实施例的高分子复合导电膜1的导电材料层12的厚度为1微米(1um)，这样的厚度相对较薄，可以减少集流体的重量和体积，从而有助于提高电池的能量密度，所以高分子复合导电膜可以作为电池的电池正极和负极的集流体。 [0051] 图2是本发明实施例的另一种高分子复合导电膜的结构示意图，如图2所示，在一些实施例中，高分子复合导电膜1还包括粘结材料层13；粘结材料层13设置在导电材料层12与原膜11之间；粘结材料层13的粘结材料颗粒的平均晶粒尺寸大于50nm且小于200nm。 [0052] 具体的，在导电材料层12与原膜11的第一表面之间，以及导电材料层12与原膜11的第二表面之间分别设置有粘结材料层13，以增加导电材料层12与原膜11之间的粘结力。 [0053] 在一些实施例中，粘结材料层13可以为金属、合金或者非金属；粘结材料层13的粘结材料的密度小于导电材料层12的导电材料的密度。本实施例中，可以在原膜11和导电材料层12之间，还可以设置其它功能层，但是其它功能层的平均晶粒尺寸也需在50nm‑200nm之间，但是其密度应该小于导电材料层12的导电材料颗粒的平均粒径尺寸，这样当功能材料层和导电材料层在相同厚度的情况下，可以进一步提高导电材料层12与原膜11之间的结合力。 [0054] 例如，当导电材料层12的导电材料为金属铜时，由于铜的密度为8.96g/cm3，此时可以在导电材料层12和原膜11之间通过磁控溅射或者真空蒸镀或者其他方式形成密度为3 3 3 3 3 3 7.86g/cm 的铁、7.3g/cm的锰、7.2g/cm 的铬、4.55g/cm的钛、2.7g/cm 铝、1.74g/cm镁、 3 3 3 3 3 1.55g/cm的钙、0.97g/cm或0.87g/cm的钠、0.54g/cm的锂和0.45g/cm的石墨等金属或者 3 非金属。当导电材料层12的导电材料为金属铝时，由于铝的密度为2.7g/cm，那么可以在导 3 电材料层12和原膜11之间通过磁控溅射或者真空蒸镀或者其它的方式形成密度1.74g/cm 3 3 3 3 3 的镁、1.55g/cm的钙、0.97g/cm或0.87g/cm的钠、0.54g/cm的锂、0.45g/cm的石墨等金属或非金属。本实施例的金属包括合金和纯金属，合金可以为铍铜合金、铍铝合金和铍镍合金 3 等，这几个合金的密度为2.10g/cm，当然也可以为其他的合金，本实施例不再一一列举。本发明实施例中，通过在原膜11与导电材料层12之间设置粘结材料层13，可以进一步增加导电材料层12与原膜11之间的粘结力，防止导电材料层12从原膜11上脱落。 [0055] 在一些实施例中，原膜11的厚度为3um至8um；原膜11的材质为聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、及聚对苯二甲酰对苯二胺，丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶或聚碳酸酯。 [0056] 本实施例中，当原膜11的厚度为3um‑8um这个范围内时，一方面可以防止原膜11进行拉力测试时，在机器上被拉断，另一方面也可以尽可能减少本实施例中的高分子复合导电膜的重量，因为本实施例的高分子复合导电膜的成品的厚度为3um‑8um之间，比如此时原膜11的厚度为3um时，由于导电材料层12在原膜11的上表面可以为1um，下表面同样可以为1um，那么成品的高分子复合导电膜1的厚度可以为5um。 [0057] 实施例二 [0058] 本发明还提供了一种用于制备高分子复合导电膜的制备系统，该所述系统包括： [0059] 放卷设备，用于提供并展开原膜11； [0060] 真空镀膜设备，用于在原膜11的第一表面和第二表面分别层积导电材料层12，并调整镀膜参数使得导电材料颗粒的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，确保导电材料与原膜11的结合力大于等于3N/m； [0061] 收卷设备，用于收取经过真空镀膜单元处理后的高分子复合导电膜1。 [0062] 其中，真空镀膜设备包括： [0063] 真空腔室，用于维持所需的镀膜环境； [0064] 镀膜源，设置在真空腔室内，用于向原膜11的第一表面和第二表面分别层积导电材料层12； [0065] 控制器，与真空腔室和镀膜源相连，用于控制镀膜过程中的镀膜参数，以控制导电材料颗粒的平均晶粒尺寸在50nm至200nm之间，并确保导电材料与原膜的结合力大于等于3N/m。具体的，首先将原膜11通过放卷设备展开后，放在真空镀膜设备的真空腔室中进行镀膜，通过控制器控制镀膜过程中的镀膜参数，例如，调整磁控的气体流量和加热速率来控制导电材料层12的导电材料颗粒的粒径，通过控制铜丝或者铝丝的送丝速度或者原膜11的走速来控制镀层厚度。同时，本实施例还提供了一种拉力测试方法，该测试方法是将成品的高分子复合导电膜裁切成一定长度和宽度，然后在剪裁的高分子复合导电膜上贴胶带，采用拉力实验机器来拉伸得到来测量高分子复合导电膜的拉力强度。 [0066] 在一些实施例中，当真空镀膜设备为磁控溅射镀膜时，在真空腔体里面通入惰性气体的流速为300ml/分钟至500ml/分钟，溅射电压为10V至30V，原膜11走速为3米/分钟至5米/分钟。 [0067] 例如，导电材料为铜的时候，此时可以往真空腔体里面通入400ml每分钟的惰性气体，如氩气，通入电压15V，然后调整原膜11的走速为5米每分钟，就可以在原膜11上形成80nm厚度的铜层。用电镜扫描获得铜颗粒的尺寸在700nm，然后将获得的产品裁剪成长为 10nm，宽为2cm的样品，在拉力机下，拉伸可测得该产品上铜和原膜11的结合力为4.7N/m，符合要求； [0068] 当真空镀膜设备为真空蒸镀时，蒸发舟的电压为10V至30V，送丝速度为300‑600毫米每分钟，原膜11走速为5米/分钟至10米/分钟。 [0069] 例如，当导电材料为铝的时候，此时不需要往里面通入气体，而是采用送丝的方式将铝丝送入到蒸发舟上，此时蒸发舟的电压可以为10V‑30V之间，例如20V，送丝速度为300‑600毫米每分钟，例如400毫米每分钟，原膜11走速为5‑10米/分钟，例如7米/分钟，就可以在原膜11上形成50nm‑200nm的厚度的铝层，如100nm厚度的铝层，此时，仍然采用上述拉力测试方法，拉伸可以测得铝层与原膜11之间的结合力为5N/m的高分子复合导电膜。 [0070] 本实施例中，通过在上述参数的镀膜设备中，导电材料层12的厚度在500nm‑1500nm之间。 [0071] 在一些实施例中，在原膜11与导电材料层12之间分别设置有粘结材料层13；粘结材料层13的粘结材料颗粒的平均晶粒尺寸大于50nm且小于200nm；粘结材料层13为金属、合金或者非金属；粘结材料层13的粘结材料的密度小于导电材料层12的导电材料的密度。具体的，在导电材料层12与原膜11的第一表面之间，以及导电材料层12与原膜11的第二表面之间分别设置有粘结材料层13，以增加导电材料层12与原膜11之间的粘结力，其中，粘结材料层13也可以通过真空蒸镀或者磁控溅射镀膜的方式设置在原膜11上。 [0072] 在一些实施例中，粘结材料层13可以为金属、合金或者非金属；粘结材料层13的粘结材料的密度小于导电材料层12的导电材料的密度。本实施例中，可以在原膜11和导电材料层12之间，还可以设置其它功能层，但是其它功能层的平均晶粒尺寸也需在50nm‑200nm之间，但是其密度应该小于导电材料层12的导电材料颗粒的平均粒径尺寸，这样当功能材料层和导电材料层在相同厚度的情况下，可以进一步提高导电材料层12与原膜11之间的结合力。 [0073] 实施例三 [0074] 图3是本发明实施例的一种电池的结构示意图，如图3所示，该电池2包括：壳体21、隔膜22、正极极片23和负极极片24，隔膜22、正极极片23和负极极片24分别设置在壳体21内，正极极片23和负极极片24分别位于隔膜22的两侧，其中，正极极片23为在高分子复合导电膜1上涂覆正极材料231；负极极片24为高分子复合导电膜1上涂覆负极材料241。 [0075] 具体的，本实施例中的高分子复合导电膜1在电池中用做集流体时，如果导电材料为铜，那么就为铜集流体，如果为铝，那么就为铝集流体。本实施例中的集流体在卷绕过程中，不会因为拉扯而破坏高分子导电复合膜的导电材料层12，维持高分子导电复合膜的导电性能。本实施例中，由于采用高分子复合导电膜作为正负集流体，由于高分子复合导电膜的厚度较薄，质量较小，可以极大提高电池的能量密度。 [0076] 实施例四 [0077] 图4是本发明实施例一种电池保护隔离膜的结构示意图，如图4所示，该电池保护隔离膜3包括实施例一中的任意一种高分子复合导电膜1，以及设置在高分子复合导电膜1的第一表面的保护层31，设置在高分子复合导电膜1的与第一表面相对的第二表面的导电胶层32。本实施例中，当高分子复合导电膜1用于电磁屏蔽时，本实施例中的导电材料层12可以为屏蔽层，然后在高分子复合导电膜1的一面，也就是导电材料背离原膜11的一侧，设置有保护层31，主要保护导电材料层12不被破坏，在高分子复合导电膜1的另一面，也是导电材料背离原膜11的一侧设置有导电胶层32，该导电胶的作用是将高分子复合导电膜1粘结在电子元器件上，包括但不限于线路板等。 [0078] 该电池保护隔离膜3可以应用在多种电池产品上，属于在电池中提供保护或隔离功能的薄膜材料，上述电池产品包括但不限于：智能手机和平板电脑中的锂离子电池；笔记本电脑的电池；电动汽车和混合动力汽车中的电池；可穿戴设备中的小型电池；储能系统中的大型电池；各种便携式电子设备中的电池。 [0079] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0080] 本发明实施例中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0081] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。 |
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