CN106229513A - 用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，包含以重量百分比计的如下组分：导电碳源3～25，分散剂0.5～20，导电胶0.5～20，消泡剂0.5～5，溶剂30～95.5。本发明还公开了用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料的制备方法及用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料作为锂离子电池导电材料的应用。将本发明制得的导电浆料涂布于集流体上，得到的导电涂层相对传统的导电浆料应用到锂电池而言具有优异的导电性能及电池循环寿命，且极大程度提高了活性材料与集流体之间的粘附着性能，降低了粘结剂用量。此外，本发明的导电涂层还可对集流体起到防腐蚀及防氧化作用，提高电池稳定性，安全性以及可靠性，并有利于电池组装。本发明还具有制备工艺简单、生产成本低的特点。
Description
【技术领域】
本发明涉及导电浆料及其制备和用途，特别是涉及一种粘结性能好、制备工艺简单且生产成本低的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料及其制备方法和用途。
【背景技术】
随着锂电池的应用市场不断拓展，由于其具有高安全性能、大功率充放电以及使用寿命较长的特点而逐步在电池领域中占据主导地位。为了提高锂电池的综合性能，通常从电极材料、电解液、导电剂、集流体及电池制作和设计等方面加以改进。且由于集流体在电池制作成本中所占比例不足5％，因此采用高附加值的改性集流体来改进电池性能，具有成本低廉，所制作的电池性价比高的特点，是锂电池改性方案的首选。
人们知晓，在锂电池中，化学能转化为电能的过程是通过集流体与活性材料的物理接触将电化学反应产生的电子汇集并导出至外电路而实现的。因此，集流体与活性材料间的接触是锂电池充放电性能的重要影响因素。现有的锂电池制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于集流体表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。然而，这样的结构设计存在如下两方面的缺陷：1)刚性的金属集流体与活性材料颗粒间的接触面积有限，界面电阻较大，引起电池内阻的上升，对于电池性能特别是大电流充放电条件下的性能存在负面影响；2)粘结剂的粘结强度有限，在持续的充放电过程中，很容易发生活性材料与集流体间的膨胀脱离，导致电池内阻进一步加大，使得电池的循环寿命和安全性能受到影响。因此，降低集流体与活性材料间的界面电阻，提高两者之间的粘结强度是提升锂离子电池性能的重要手段。
目前解决此问题的办法主要是通过增加浆料粘结剂的用量、集流体表面化学腐蚀、电晕或者在集流体表面涂敷含导电材料的薄层等方法来增加二者间的粘附能力。但是粘结剂用量的增加会对电池性能造成一系列不良影响，如电池内阻的增大、能量密度和功率密度的降低、循环使用寿命缩短、电池发热量上升等。而化学腐蚀、电晕等特殊处理会对集流体产生一定程度的表面损伤，降低集流体的强度，严重影响后续的成品加工，并且成本较高，不利于大规模生产的需要。因此，如何提供一种可有效增加集流体与活性材料之间的粘结强度，且制备工艺简单、生产成本低的导电浆料就成为一种客观需求。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种能够提高锂电池集流体与导电浆料之间的粘附性能，以提高电池性能及电池的循环寿命，并提高电池稳定性，安全性及可靠性的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，该导电浆料包含以重量百分比计的如下组分：
优选地，本发明的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料包含以重量百分比计的如下组分：
所述导电碳源为人造石墨、天然石墨、纯黑色极细粉末炭黑、各向同性的类球形人造石墨中的一种。
所述导电胶为水溶性胶水。
所述分散剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或其组合。
所述消泡剂为乙醇、甲醇、聚乙二醇、氧化钙中的一种或者几种的组合。
所述的溶剂为去离子水。
本发明还提供了一种用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料的制备方法，该方法包括如下步骤：
a、将溶剂和分散剂按30～95.5:0.5～20的重量比加入搅拌机内搅拌0.5～3小时；
b、向搅拌机内加入重量百分比含量为0.5～20的导电胶搅拌0.5～3小时，然后加入重量百分比含量为3～25的导电碳源搅拌0.5～2小时，再加入重量百分比含量为0.5～5的消泡剂搅拌0.5～2小时，得到初分散导电浆料；
c、将步骤b中的初分散导电浆料加入分散装置中分散1～6小时，得到导电浆料。
步骤c中，所述的分散装置为超声仪、高低速搅拌机、砂磨机中的一种或几种的串联组合体。
本发明还提供了一种用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料作为锂离子电池导电材料的应用。
本发明的贡献在于，其有效解决了现有用于锂电池的集流体与导电浆料的活性材料粘结强度有限，且导电浆料加工工艺复杂，生产成本高的问题。本发明通过以导电碳源作为导电浆料的活性材料，并向搅拌机内加入适量的溶剂、分散剂、导电胶及分散剂，经分散装置分散后得到分散均匀的导电浆料，将制得的导电浆料涂布于集流体上，得到的导电涂层相对传统的导电浆料应用到锂电池而言具有优异的导电性能及电池循环寿命，且极大程度提高了活性材料与集流体之间的粘附着性能，降低了粘结剂用量。此外，本发明的导电涂层还可对集流体起到防腐蚀及防氧化作用，提高电池稳定性，安全性以及可靠性，并有利于电池组装。本发明还具有制备工艺简单、生产成本低的特点。
【附图说明】
图1是本发明的导电浆料涂布在集流体上的涂层图片。
图2是本发明的导电浆料SEM图。
图3是本发明的导电浆料涂层断面SEM图。
图4是本发明的导电浆料涂层与无涂层应用于锂电池的放电倍率图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
实施例1
向高低速搅拌机中分别加入60g去离子水和10g羧甲基纤维素搅拌1小时，然后加入5g导电胶搅拌1小时，再加入20g人造石墨搅拌2小时，最后加入5g乙醇继续搅拌0.5小时，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用研磨机研磨分散3小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，如图1所示，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果如图2、图3所示，从SEM图可看出导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果如图4所示，从测试结果可看出其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例2
向高低速搅拌机中分别加入75g去离子水和5g羧甲基纤维素搅拌1小时，然后加入5g导电胶搅拌1小时，再加入15g天然石墨搅拌2小时，最后加入5g甲醇继续搅拌30分钟，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用超声仪分散3小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例3
向高低速搅拌机中分别加入65g去离子水和5g聚乙烯吡咯烷酮搅拌2小时，然后加入5g导电胶搅拌1小时，再加入25g纯黑色极细粉末炭黑搅拌2小时，最后加入5g聚乙二醇继续搅拌0.5小时，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用高低速搅拌机分散4小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例4
向高低速搅拌机中分别加入60g去离子水和10g聚乙烯吡咯烷酮搅拌1小时，然后加入10g导电胶搅拌1小时，再加入18g纯黑色极细粉末炭黑搅拌2小时，最后加入2g氧化钙继续搅拌0.5小时，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用砂磨机和高低速搅拌机的串联组合体分散4小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例5
向高低速搅拌机中分别加入40g去离子水和20g羧甲基纤维素搅拌2小时，然后加入15g导电胶搅拌3小时，再加入20g各向同性的类球形人造石墨搅拌2小时，最后加入5g聚乙二醇及乙醇的混合液继续搅拌0.5小时，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用超声仪、高低速搅拌机及砂磨机的串联组合体分散5小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例6
向高低速搅拌机中分别加入95.5g去离子水和0.5g羧甲基纤维素搅拌0.5小时，然后加入0.5g导电胶搅拌0.5小时，再加入3g人造石墨搅拌0.5小时，最后加入0.5g甲醇和乙醇的混合液继续搅拌0.5小时，得到颜色为黑色初分散导电浆料，将初分散导电浆料用超声仪分散1小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
实施例7
向高低速搅拌机中分别加入30g去离子水和20g羧甲基纤维素搅拌3小时，然后加入20g导电胶搅拌3小时，再加入25g人造石墨搅拌2小时，最后加入5g乙醇继续搅拌2小时，得到颜色为黑色的初分散导电浆料，将初分散导电浆料用超声仪分散6小时，得到导电浆料。
将得到的导电浆料在涂布机中涂布于锂电池的集流体中，得到集流体涂层，将得到的涂层进行SEM表征，表征结果表明导电浆料与集流体接触密实，对导电涂层进行柔韧性测试，将极片进行对折式卷绕，并进行30KG力挤压，没有出现掉粉现象；且活性颗粒与集流体之间存在的接触盲点区域少，从而可降低接触阻抗。将集流体涂层用于锂电池中，经检测，锂电池电极与集流体之间的粘附强度明显增加，电池内阻降低，循环寿命提高。对锂离子电池应用导电涂层导热性能进行倍率放电最高温度测试，测试结果表明其性能优势明显，电池导电性能提高，电池稳定性、安全性及可靠性提高，从而有利于电池组装。
籍此，本发明通过以导电碳源作为导电浆料的活性材料，并向搅拌机内加入适量的溶剂、分散剂、导电胶及分散剂，经分散装置分散后得到分散均匀的导电浆料，将制得的导电浆料涂布于集流体上，得到的导电涂层相对传统的导电浆料应用到锂电池而言具有优异的导电性能及电池循环寿命，且极大程度提高了活性材料与集流体之间的粘附着性能，降低了粘结剂用量。此外，本发明的导电涂层还可对集流体起到防腐蚀及防氧化作用，提高电池稳定性，安全性以及可靠性，并有利于电池组装。本发明还具有制备工艺简单、生产成本低的特点。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，该导电浆料包含以重量百分比计的如下组分：
2.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，该导电浆料包含以重量百分比计的如下组分：
3.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，所述导电碳源为人造石墨、天然石墨、纯黑色极细粉末炭黑、各向同性的类球形人造石墨中的一种。
4.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，所述导电胶为水溶性胶水。
5.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，所述分散剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或其组合。
6.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，所述消泡剂为乙醇、甲醇、聚乙二醇、氧化钙中的一种或者几种的组合。
7.如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料，其特征在于，所述的溶剂为去离子水。
8.一种如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将溶剂和分散剂按30～95.5:0.5～20的重量比加入搅拌机内搅拌0.5～3小时；
b、向搅拌机内加入重量百分比含量为0.5～20的导电胶搅拌0.5～3小时，然后加入重量百分比含量为3～25的导电碳源搅拌0.5～2小时，再加入重量百分比含量为0.5～5的消泡剂搅拌0.5～2小时，得到初分散导电浆料；
c、将步骤b中的初分散导电浆料加入分散装置中分散1～6小时，得到导电浆料。
9.如权利要求7所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述的分散装置为超声仪、高低速搅拌机、砂磨机中的一种或几种的串联组合体。
10.一种如权利要求1所述的用于锂电池集流体的含导电碳源导电浆料作为锂离子电池导电材料的应用。
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