Page 10 - 《真空与低温》2026年第1期

高 科等：复合铜集流体制造工艺及其支撑层改性方案综述 7

层和基底界面结合力。但不容忽视的是加工过程 性进行对比。

中高温会导致聚合物基底变形，因此蒸镀过程中需
表 3 复合集流体主流聚合物基膜特性对比 [6]
要精确控制温度、压力以及蒸发速率。另外，在基
Tab. 3 Comparison of Main Characteristics of Polymer-
底上实现均匀的铜层厚度可能具有一定挑战，并且
Based Membranes for Composite Electrode Arrays [6]
蒸镀作为补充工艺使得整个复合铜集流体的生产
高分子 成本/ 制备 工作温 断裂伸 耐电 环保
工序更复杂，不利于生产过程降本增效。
支撑层 （k $/t） 难度 度/℃ 长率/% 解液 回收
2 复合铜集流体支撑层及其改性方案研究进展 BOPP 1.2～2 中 −50～120 50～200 √ √

2.1 支撑层特性研究 BOPET 1～1.8 易 −70～150 60～150 × √
高分子支撑层占据了复合铜集流体结构中的 PI 50～100 难 −269～280 ≈50 √√ √

绝大部分体积分数，发挥着不可或缺的作用，应综
关于 PI 基膜的研究层出不穷，但受限于基膜
合考虑其成本、生产工艺、机械强度、耐热性以及 [38]
制造难度和成本无法实现规模化生产。Ye 等 通
耐电解液腐蚀性等方面的特点和优势，为复合集流
过将磷酸三苯酯阻燃剂与 PI 共混成基膜，再采用
体的结构设计选择最合适的支撑层材料。目前，聚 脉冲直流磁控溅射沉积铜层和铝层（500 nm）制备
丙 烯（PP， Polypropylene）、 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 复合集流体，能在短路和热失控等极端情况自熄灭
酯（PET，Polyethylene Terephthalate）、聚酰亚胺（PI， [39]
火灾。Pham 等 深入研究了 PI 基复合集流体解
Polyimide）是复合集流体中常用的支撑层基底。就 决热失控的机理，通过对针刺时 PI 基复合铝集流
质量密度而言，Cu（ρ=8.96 g·cm ）是 PET（ρ=1.29～ 体组装的 18650 型圆柱电池进行工况条件下同步
−3
1.41 g·cm ）和 PI（ρ=1.39～ 1.45 g·cm ）的 7 倍 ， 是 辐射 X 射线显微成像（图 7（a）），发现在 1.393 0 s
−3
−3
−3
PP（ρ=0.85～0.99 g·cm ）的 10 倍，使用高分子支撑 时复合集流体剪切断裂明显，且全程最高温度为
层能极大程度地降低集流体的质量。另外，复合集 61.4 ℃（远低于基底熔点），由针刺后的 X 射线 CT
流体极片涂布时延展性高、辊压过程中极片断裂 成像（图 7（b））证明失效缓解机制（图 7（c））是金属
率低，这与基底提供了较高的断裂伸长率是密切相 和高分子支撑层延展性差异导致集流体的收缩而
关的 。表 3 对复合集流体所用的主流基膜的特 非基底的熔化导致断路的。
[37]

时间 1.393 0 s
靠近针刺部位 Al CC 集流体导通电流
电极层 阴极

隔膜 针刺 隔膜收缩
阳极
（a）复合集流体工况条件下同步辐射X射线显微成像 Cu CC 集流体导通电流

高温区

1 （c）传统集流体针刺过程
3
防止热失控: 复合集流体针刺过程
镀铝层
高分子支撑层
Al CC
3
阴极 镀铝层
3 隔膜 针刺 隔膜不收缩
2
阳极 镀铜层
Cu CC 高分子支撑层
200 μm 高温区 镀铜层
（b）铜集流体（1）、铝集流体（2） （d）复合集流体组装电池的针刺过程
及隔膜（3）断裂的X射线CT成像

图 7 复合集流体针刺失效缓解机理示意图 [39]
Fig. 7 Schematic diagram of the mechanism for alleviating the failure of needle puncture in composite current collectors [39]