CN102295898B - 一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置及其涂敷的方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置及其涂敷的方法，以质量百分比计，包括以下步骤：1）配置底涂液；2）超声波分散；本发明，其制备的电池内阻小、粘附力强、导电性好、压实密度大，尤其对电池的大倍率放电具有明显的效果。并根据电池设计的要求，依据底涂液的粘度涂敷出不同厚度的导电集流体，提高了电池的不同性能。

Description

一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置及其涂敷的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池底涂层技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂正极材料的底涂层中底涂液的配置与涂敷的方法。
背景技术
磷酸铁锂是近几年发展起来的一种新型储能电池，并以其安全性能高、循环寿命长、环境友好等优点成为一种新型动力电池。但是由于磷酸铁锂的导电性较差，需要在磷酸铁锂中掺杂一些导电剂来改善其材料的导电性能，并提高其活性材料间离子的导电性能，而对活性材料与集流体铝箔的导电性能并未改善。由于磷酸铁锂一次粒子颗粒直径一般在10nm～2000nm之间，其与铝箔表面的接触是点接触，磷酸铁锂活性材料与集流体铝箔粘结差，造成电池的内阻及其极化增加，并影响到电池的倍率性能、循环性能。凹版转移涂敷与喷涂技术是近几年发展起来新型技术，在集流体上涂敷一薄层导电涂敷层，既能增加涂敷层与铝箔的粘附力，又能增加涂敷层与磷酸铁锂活性物质的粘附力。而导电胶的选择非常重要，既要具有与铝箔好的粘附力，又要具有与磷酸铁锂正极浆料好的粘附力，同时具有好的导电性。由于导电胶主要由粘结剂与导电剂组成，因此在选择粘结剂和导电剂时既要考虑到粘结剂的粘结性能，又要考虑到导电剂的颗粒直径，做到导电剂刚好夹在磷酸铁锂颗粒、铝箔、磷酸铁锂颗粒之间的空隙里面，降低磷酸铁锂与铝箔间的内阻。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种提高磷酸铁锂电池倍率、循环性能、降低电池内阻的底涂层中底涂液的配置及其涂敷方法，可以大幅度提高磷酸铁锂活性物质与集流体之间的粘附力。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置，以质量百分比计，包括以下步骤：1）配置底涂液 ；2）超声波分散；
1）、配置底涂液：
（1）水性底涂液的配置；水性溶剂1份、粘结剂A 0.05～0.6份、粉体纳米导电碳复合导电剂0.05~0.6份。
所述的粘结剂A是丙烯酸与丙烯氰形成交联聚合物，其分子量为2000～30000之间。 
所述的水性溶剂为二次蒸馏水或浓度为10%~95%的酒精或IPA。
所述的粉体纳米导电碳复合导电剂与粘结剂A以0.1～0.6：1的比例混合而成。
所述的纳米导电碳复合导电剂是由纳米导电碳与Spper P以10：1～5的比例复合而成，所用纳米导电碳的粒径为10nm—1000nm。 
（2）油性底涂液的配置；油性溶剂1份、粘结剂B 0.03～0.6份、粉体纳米导电碳复合导电剂0.03~0.6份。
所述的粘结剂B为聚偏氟乙烯（PVDF），其分子量为100-110万之间所述的油性溶剂为NMP，溶剂纯度大于98%。
所述的粉体纳米导电碳复合导电剂与粘结剂B以1：0.1～0.8的比例混合而成。
所述的纳米导电碳复合导电剂是由纳米导电碳与Spper P以10：1～5的比例复合而成，纳米导电碳的直径为10nm—1000nm。
 2）、超声波分散：
（1）水性底涂液超声波分散；将粘结剂A和水性溶剂进行混合机械搅拌1～2小时，直至粘结剂A完全与水性溶剂溶解形成粘结剂体系A；之后在超声波分散条件下分三次每隔30分钟在上述体系中加入粉体纳米导电碳复合导电剂，并机械搅拌1～2小时直至形成稳定的水性底涂液。 
（2）油性底涂液超声波分散；将油性溶剂和粘结剂B进行混合机械搅拌5～6小时，直至粘结剂B完全与油性溶剂溶解形成粘结剂体系B；之后在超声波分散条件下分三次每隔30分钟在上述体系中加入粉体纳米导电碳复合导电剂，并机械搅拌5～6小时直至形成稳定的油性底涂液。
用上述二种配置的方法最后得到粘度为200～20000cps的底涂液。
一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的涂敷方法，其特征在于：是将上述经配置好的水性或油性底涂液经过1u过滤筛过筛后，用凹版转移涂敷或用喷涂技术涂敷在铝箔表面，其厚度为（0.1～10）μm，干燥后在其表面上再涂敷上磷酸铁锂正极材料，并以人造石墨作为负极材料，采用LiPF6/EC+DEC、体积比1∶1为电解液，Celgard 2400膜为隔膜，制备出5AH软包电池。
本发明，其制备的电池内阻小、粘附力强、导电性好、压实密度大，尤其对电池的大倍率放电具有明显的效果。并根据电池设计的要求，依据底涂液的粘度涂敷出不同厚度的导电集流体，提高了电池的不同性能。
附图说明
图1是本发明的电池A内阻曲线图。
图2是电池A的电压-放电容量倍率曲线图。
具体实施方式
实施例1：
铝箔预涂纳米导电碳水性底涂液的配置，以质量百分比计。
称取1000克二次蒸馏水水性溶剂和200克水性粘结剂A 进行机械搅拌2小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；在超声波分散条件下分三次每隔30分钟加入25克(总质量为75 克)粉体纳米导电碳复合导电剂，再用超声波超声分散2小时，最后得到粘度为8000cps的水性底涂液。这里的纳米导电碳复合导电剂是20克纳米导电碳和5克Supper P复合导电剂混合而成。选用纳米导电碳与Spper P复合不但可以增加底涂液的导电性，同时可以提高涂敷面的平整度。
实施例2：
铝箔预涂纳米导电碳水性底涂液的配置，以质量百分比计。
称取1000克酒精水性溶剂和 200克水性粘结剂A进行机械搅拌1小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；在超声波分散条件下分三次每隔30分钟加入18克(总质量为54克)粉体纳米导电碳复合导电剂，再用超声波超声分散2小时，最后得到粘度为2000cps的水性底涂液。这里的纳米导电碳复合导电剂是15克纳米导电碳和3克Supper P复合导电剂混合而成。
水性溶剂为二次蒸馏水或浓度为10%~80%的酒精/IPA，由于二次蒸馏水或酒精、IPA中含有羟基基团可以更好地与粘结剂中的羟基基团相容。
所述的水性粘结剂A是浓度为15%的丙烯酸与丙烯氰形成交联聚合物、分子量为2000～30000之间的粘结剂。选用丙烯酸与丙烯氰形成交联聚合物作为粘结剂及其分子量可以使粘结剂与铝箔、粘结剂与磷酸铁锂活性物质之间有更好的粘附力。
实施例3：
铝箔预涂纳米导电碳油性底涂液的配置，以质量百分比计。
称取1000克纯度为大于98%的N-甲基吡咯烷酮NMP作为油性溶剂、35克聚偏二氟乙烯PVDF作为粘结剂B，在高速搅拌下机械搅拌6小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；之后分三次每隔30分钟加入20克(总质量为60克)的粉体纳米导电碳复合导电剂体系，并再采用超声波超声分散2小时，最后加入质量为300克NMP调整粘度，并最终得到粘度在3000 cps的油性底涂液。其中纳米导电碳复合导电剂是由10克纳米导电碳和5克Supper P复合导电剂混合而成。
选用粘结剂B为聚偏氟乙烯（PVDF），其分子量为100-110万之间所述的油性溶剂为NMP，溶剂纯度大于98%可以使粘结剂与铝箔、粘结剂与磷酸铁锂活性物质之间有更好的粘附力。
实施例4：
铝箔预涂纳米导电碳油性底涂液的配置，以质量百分比计。
称取1000克纯度为大于98%的N甲基吡咯烷酮NMP作为油性溶剂、30克聚偏二氟乙烯PVDF作为粘结剂B，在高速搅拌下机械搅拌5小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；之后分三次每隔30分钟加入66克(总质量为198克)粉体纳米导电碳复合导电剂体系，并再采用超声波超声分散1小时，最后加入质量为800克NMP调整粘度，并最终得到粘度在2000 cps的油性底涂液。其中纳米导电碳复合导电剂是由7克纳米导电碳和4克Supper P复合导电剂混合而成。
以上1-4的实施例中纳米导电碳的粒径为10nm—1000nm；选用纳米导电碳与Spper P复合不但可以增加底涂液的导电性，同时可以提高涂敷面的平整度。
选用上述粘结剂及其分子量可以使粘结剂与铝箔、粘结剂与磷酸铁锂活性物质之间有更好的粘附力。
一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的涂敷方法，是将上述实施例1—4中制得的底涂液，经过1u过滤筛过筛后，用凹版转移涂敷或用喷涂技术涂敷在铝箔表面，其厚度为（0.1～10）μm，干燥后在其表面上再涂敷上磷酸铁锂正极材料，并以人造石墨作为负极材料，采用LiPF6/EC+DEC、体积比1∶1为电解液，Celgard 2400膜为隔膜，制备出5AH软包电池。
涂敷一定厚度的底涂液，目的是为增大磷酸铁锂活性物质与集流体的接触面积，太薄起不到增大接触面积的作用，太厚会降低单体电池的体积能量，影响电池的整体性能。
对比试验：未在铝箔表面涂敷本发明的底涂液的，以铝箔为集流体，其厚度为（0.1～10）μm，磷酸铁锂为正极材料，人造石墨作为负极材料，采用LiPF6/EC+DEC（体积比1∶1）为电解液，Celgard 2400膜为隔膜，制备出5AH软包电池B，作为对比电池。
从图1可以看出，电池在每次放电10%电量条件下测试其电池A和电池B的直流内阻与放电容量百分比关系，得出直流内阻-放电容量百分比曲线图。由图中可以看出在集流体铝箔表面涂敷底涂层后，直流内阻（平均值为3 mΩ）得到明显降低，明显优于未涂敷电池的直流内阻（平均值为5 mΩ），同时电池的直流内阻波动性也优于未涂电池的直流内阻。
从图2可以看出，电池A和电池B在倍率为0.3C和2C条件下测试其电压-放电容量曲线图。可以看出涂敷后电池A在2C条件下容量保持率为96%，明显优于未涂敷电池B在倍率为2C条件下的容量保持率88%。

Claims (7)

1.一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，以质量计，包括以下步骤：1)配置底涂液；2)超声波分散；其特征在于：
1)、配置底涂液：
(1)水性底涂液的配置；水性溶剂1份、粘结剂A 0.05～0.6份、粉体纳米导电碳复合导电剂0.05～0.6份；
(2)油性底涂液的配置；油性溶剂1份、粘结剂B 0.03～0.6份、粉体纳米导电碳复合导电剂0.03～0.6份；
2)、超声波分散：
(1)水性底涂液超声波分散；将粘结剂A和水性溶剂进行混合机械搅拌1～2小时，直至粘结剂A完全与水性溶剂溶解形成粘结剂体系A；之后在超声波分散条件下分三次每隔30分钟在上述体系中加入粉体纳米导电碳复合导电剂，并机械搅拌1～2小时直至形成稳定的水性底涂液；
(2)油性底涂液超声波分散；将油性溶剂和粘结剂B进行混合机械搅拌5～6小时，直至粘结剂B完全与油性溶剂溶解形成粘结剂体系B；之后在超声波分散条件下分三次每隔30分钟在上述体系中加入粉体纳米导电碳复合导电剂，并机械搅拌5～6小时直至形成稳定的油性底涂液；
上述的纳米导电碳复合导电剂是由纳米导电碳与Super P以10∶0.5～6的比例复合而成，所用纳米导电碳的粒径为10nm-1000nm。
2.根据权利要求1所述的一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，其特征在于：所述的步骤1)配置底涂液(1)工序中：所述的粘结剂A是丙烯酸与丙烯腈形成交联聚合物，其分子量为2000～30000之间。
3.根据权利要求1所述的一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，其特征在于：所述的步骤1)配置底涂液(1)工序中：所述的水性溶剂为二次蒸馏水或浓度为10％～95％的酒精或IPA。
4.根据权利要求1所述的一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，其特征在于：所述的步骤1)配置底涂液(1)工序中：所述的粉体纳米导电碳复合导电剂与粘结剂A以0.1～0.6∶1的比例混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，其特征在于：所述的步骤1)配置底涂液(2)工序中：所述的粘结剂B为聚偏氟乙烯PVDF，其分子量为100-110万之间，所述的油性溶剂为NMP，溶剂纯度大于98％。
6.根据权利要求1所述的一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置方法，其特征在于：所述的步骤1)配置底涂液(2)工序中：所述的粉体纳米导电碳复合导电剂与粘结剂B以1∶0.1～0.8的比例混合而成。
7.一种涂敷根据权利要求1中所述的底涂液的方法，其特征在于：是将上述经配置好的水性或油性底涂液经过1μm过滤筛过筛后，用凹版转移涂敷或用喷涂技术涂敷在铝箔表面，其厚度为0.1～10μm，干燥后在其表面上再涂敷上磷酸铁锂正极材料。
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