导语：复合集流体是一种以聚合物薄膜为基底，两面沉积金属层的复合箔材。其凭借着聚合物基底自身绝缘、受热收缩熔融等特点极大的提高了锂离子电池的安全性，同时受益于其本身良好的延展性能，使得单片集流体减厚，加之其与金属的密度差异可大幅减重，进而提升电池的能量密度，减少金属的使用，降低电池对金属原料的依赖。
上述表格简要介绍了聚合物薄膜基底材料的物理化学特性，同时受制于原粉聚合工艺、造粒改性添加、薄膜制备工艺等，基底薄膜的性能会在一定范围内浮动。 (1) PET薄膜基底，其优点在于易加工成型，具有良好的机械性能与耐温性能，同时PET属于极性材料的特质，使其易于金属层产生化学键联，镀层结合力较高。但是，当PET基膜用于锂电池负极（复合铜箔）时，因为在DMC（C₃H₆O₃锂离子电池常用电解质溶剂）的作用下会生成甲醇以及甲醇锂，这两种物质会催化PET与DMC产生降解反应，在一定循环次数后，会使得锂离子电池性能大幅下降。其应用在电池正极（复合铝箔）时，不会出现催化降解反应，但铝材成本相对较低，复合铝箔降本效应不足，在没有较大的性能（安全及能量密度）突破前，难以大批量应用。 (2) PP薄膜分子间只存在碳碳键，化学稳定性强，一定程度上解决了PET基膜耐酸碱性不足的情况，但是碳碳键的存在也会导致基膜拉伸强度较低，耐热性不足，同时作为非极性分子也会使得其与金属层结合力不足。上述PP基膜缺点会导致加工难度高，工艺窗口小。因此衍生出许多新技术路线，如基膜两面增加金属种子层，减小金属沉积时间，降低高温对基膜的影响；增加基膜两面极性，用导电层逐步过渡到金属层，增加金属结合力。 (3) PPS薄膜的出现为复合集流体基膜材料提供了更优的选择，优异的机械性能、耐化学性能、耐热性有效的解决了电池中长期高温使用下电池性能的保证，同时优异的物理化学性能降低了其对金属沉积设备的要求。但是PPS作为非极性高分子，其存在与金属层间结合力较弱的缺点，不过可以通过化学改性与物理改性方式在保证其材料特性的情况下，增加其亲水性以及与金属层间结合力。 (4) PI薄膜物理化学性能优异，但其超薄材料加工困难，PI单价远高于铜材，难以量产替代。
图1 复合集流体制备流程
复合集流体初期制备时，采用PET基膜，其机械性能与耐热性较为符合金属沉积设备的要求，能够获得较高良率与金属层间结合力，短期内良率更高对应更低的成本，但是上述镀膜工艺存在着无法避免的微观缺陷，也就无法阻挡甲醇锂进入到PET薄膜处，进而使得基膜催化降解。 图2 PET基膜降解
图2 中（a、c）不同电解质配方下，一定循环次数后电池容量的变化；（b）PET复合集流体分别用在电池阴极、阳极，275次循环后，出现变色（d）PET基膜在循环500次后发生肉眼可见的降解，边缘胶带未分解。资料来源：Anu A ,Kenneth T ,Tom B , et al.Improving lithium-ion cells by replacing polyethylene terephthalate jellyroll tape.[J].Nature materials,2023,22(11):1380-1386.
PPS基膜拥有着比PET更好的机械强度与耐热性，也有着比PP基膜更好的耐酸碱性，有效的解决了当前基膜存在的物理化学缺陷，同时优秀的物理化学性质有利于后续的活性物质涂布、干燥、极耳焊接、正负极装配等工艺环节。 但是PPS基膜与PP/PI基膜同样面临着极薄化技术瓶颈，以及表面厚度不均匀等问题。这些问题制约了PPS基膜的量产与运用。
（ 来源：四川中科兴业高新材料有限公司、高性能树脂及应用 ）
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