CN108777307A - 一种锂电池集流体导电涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池集流体导电涂层，所述导电涂层含粘结剂与至少一种纳米导电陶瓷粉末。锂电池集流体表面增加此导电涂层后，具有与锂电池正负极材料接触电阻低、结合强度高的特点，可以有效地提高锂电池的循环性能，同时降低锂电池的内阻，提升锂电池的续航能力。

Description

一种锂电池集流体导电涂层
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池集流体导电涂层。
背景技术
近年来，锂电池技术快速发展，其能量密度和循环寿命有了显著提高，占据的市场规模日益增加。但是随着市场对锂电池性能的要求越来越高，人们一直致力于提升锂电池的能量密度。在电动汽车领域，锂电池的能量密度影响到汽车的续航里程，循环寿命则会影响到汽车的使用寿命和后续维护。在消费类电子领域，锂电池的性能影响到电子产品的使用时间长短。
为了提升锂电池的能量密度和循环寿命，涂炭铝箔成为近年来的研究热点，但是涂炭铝箔以炭系材料为导电填料，导电性能仍然欠佳。因此，本领域技术人员致力于开发一种具有更高导电性能的适用于锂电池集流体的导电涂层。本发明用纳米导电陶瓷作为导电涂层中的导电材料，可以显著提高导电涂层的导电性能，从而可以提升锂电池的循环寿命等各项性能指标。
发明内容
有鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提升锂电池集流体导电涂层的导电性能，从而使锂电池的性能得到提升。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂电池集流体导电涂层。具体技术方案如下：
一种锂电池集流体导电涂层，所述导电涂层由粘结剂和至少一种纳米导电陶瓷粉末组成，所述纳米导电陶瓷粉末的粒径为0.1-1000nm，所述导电涂层的厚度为0.1微米-10微米。
进一步地，所述粘结剂为淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、虫胶、丁基橡胶、氯化橡胶、聚偏二氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶中的一种或几种。
进一步地，所述纳米导电陶瓷粉末为：纳米金属氮化物、纳米金属碳化物、纳米金属硼化物、纳米金属硅化物、纳米MAX相陶瓷材料中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述纳米金属硼化物为：硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬、三硼化五铬中的一种，所述金属氮化物为：氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌、氮化铪中的一种，所述纳米金属碳化物为：碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨、二碳化三铬中的一种，所述纳米金属硅化物为：二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬、二硅化铬中的一种，所述纳米MAX相陶瓷材料为：Ti2PbC、V2GeC、Cr2SiC、Cr2GeC、V2PC、V2AsC、Ti2SC、Zr2InC、Zr2TlC、Nb2AlC、Nb2GaC、Nb2InC、Sc2InC、Ti2AlC、Ti2GaC、Ti2TlC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaC、Ti2AlN、Ti2GaN、Ti2InN、V2GaN、Cr2GaN、Ti2GeC、Ti2SnC、Nb2SC、Hf2SC、Hf2InC、Hf2TlC、Ta2AlC、Ta2GaC、Hf2SnC、Hf2PbC、Hf2SnN、Ti3AlC2、Ti4GeC3、V3AlC2、Mo2GaC、Zr2InN、Zr2TlN、Zr2SnC、Zr2PbC、Nb2SnC、Nb2PC、Nb2AsC、Zr2SC、Ti2InC、Ta3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3SnC2、Ti4AlN3、V4AlC3、Ti4GaC3、Nb4AlN3、Ta4AlC3、Ti4SiC3中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述粘结剂的体积占所述导电涂层的1％-99％，所述纳米导电陶瓷粉末的体积占所述导电涂层的1％-99％。
进一步地，所述导电涂层还可包含纳米碳黑、纳米碳纤维、碳纳米管、纳米石墨、纳米石墨烯等材料中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述锂电池集流体可以为铜箔或铝箔。
进一步地，所述铜箔或铝箔可以经过热风吹、酸洗、电晕、等离子、喷砂、打磨等方法进行表面处理。
本发明通过旋涂、静电喷涂、等离子体喷涂、狭缝式涂布、网纹涂布、微凹涂布、逗号刮刀涂布、丝网印刷、气相沉积、真空镀膜、热喷涂中的一种或几种方法将所述导电涂层覆盖在所述锂电池集流体的表面。
本发明公开的锂电池集流体将具有电阻正温度效应的材料层覆盖在多孔金属箔上下表面组成锂电池集流体，具有内部界面结合特性优异、与锂电池正负极材料接触电阻低、结合强度高的特点，可以有效地提高锂电池的循环性能，同时还可以对锂电池进行主动热管理，有效防止锂电池热失控，从而提高锂电池的安全性能。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的锂电池集流体导电涂层的示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例1
将20克聚偏氟乙烯溶于200ml的NMP中，然后加入70g纳米碳化钨，高速搅拌均匀后，用涂布机将其涂布在14微米的铝箔上，烘干出去NMP后，得到图1中导电涂层120a、铝箔110、导电涂层120b的锂电池集流体。导电涂层厚度约1微米。
实施例2
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为60g。
实施例3
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为50g。
实施例4
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为40g。
实施例5
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为30g。
实施例6
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为20g。
实施例7
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例1，只是纳米碳化钨为10g。
实施例8
将10克聚偏氟乙烯溶于200ml的NMP中，然后加入70g纳米碳化钨，高速搅拌均匀后，用涂布机将浆料涂布在14微米的铝箔上，烘干出去NMP后，得到图1中导电涂层120a、铝箔110、导电涂层120b的锂电池集流体。导电涂层厚度约1微米。
实施例9
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为60g。
实施例10
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为50g。
实施例11
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为40g。
实施例12
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为30g。
实施例13
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为20g。
实施例14
锂电池集流体导电涂层的制作同实施例8，只是纳米碳化钨为10g。
将制备的具有导电涂层的锂电池集流体上下两面涂布正极材料，烘干辊压后裁切成79mm*79mm的正极极片，然后将制得的正极极片与负极极片、隔膜和电解液按照常规的锂电池制作工艺制作成方形软包电池，电池容量约3500mAh。
比较例1
比较例中采用与实施例1-14相同的电池制作工艺，区别在于，比较例1中的锂电池集流体为14微米铝箔，表面无导电涂层。
比较例2
比较例中采用与实施例1-14相同的电池制作工艺，区别在于，比较例2中的锂电池集流体为16微米的涂炭铝箔。
下列表格为实施例1-14与比较例1-2的锂电池的性能测试对比，从表中可以看出，当导电涂层中的纳米导电陶瓷材料比例变化时，电池的内阻和充放电循环后的容量保持率亦随之产生变化。纳米导电陶瓷材料含量太高时，不利于导电涂层与铝箔的结合，反而降低了电池的性能。而当纳米导电陶瓷材料含量达到合适的比例时，电池的性能得到了一定的提升。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述导电涂层由粘结剂和至少一种纳米导电陶瓷粉末组成，所述纳米导电陶瓷粉末的粒径为0.1-1000nm，所述导电涂层的厚度为0.1微米-10微米。
2.如权利要求1所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述粘结剂为淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、虫胶、丁基橡胶、氯化橡胶、聚偏二氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述纳米导电陶瓷粉末为：纳米金属氮化物、纳米金属碳化物、纳米金属硼化物、纳米金属硅化物、纳米MAX相陶瓷材料中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求3所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述纳米金属硼化物为：硼化钽、二硼化钽、硼化钒、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛、硼化铌、二硼化铌、硼化二钼、五硼化二钼、二硼化铪、硼化二钨、硼化钨、硼化二铬、硼化铬、二硼化铬、三硼化五铬中的一种，所述金属氮化物为：氮化钽、氮化钒、氮化锆、氮化钛、氮化铌、氮化铪中的一种，所述纳米金属碳化物为：碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化二钼、碳化铪、碳化钨、碳化二钨、二碳化三铬中的一种，所述纳米金属硅化物为：二硅化钽、三硅化五钽、硅化三钒、二硅化钒、二硅化锆、二硅化钛、三硅化五钛、二硅化铌、二硅化钼、二硅化铪、二硅化钨、硅化三铬、二硅化铬中的一种，所述纳米MAX相陶瓷材料为：Ti2PbC、V2GeC、Cr2SiC、Cr2GeC、V2PC、V2AsC、Ti2SC、Zr2InC、Zr2TlC、Nb2AlC、Nb2GaC、Nb2InC、Sc2InC、Ti2AlC、Ti2GaC、Ti2TlC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaC、Ti2AlN、Ti2GaN、Ti2InN、V2GaN、Cr2GaN、Ti2GeC、Ti2SnC、Nb2SC、Hf2SC、Hf2InC、Hf2TlC、Ta2AlC、Ta2GaC、Hf2SnC、Hf2PbC、Hf2SnN、Ti3AlC2、Ti4GeC3、V3AlC2、Mo2GaC、Zr2InN、Zr2TlN、Zr2SnC、Zr2PbC、Nb2SnC、Nb2PC、Nb2AsC、Zr2SC、Ti2InC、Ta3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3SnC2、Ti4AlN3、V4AlC3、Ti4GaC3、Nb4AlN3、Ta4AlC3、Ti4SiC3中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述粘结剂的体积占所述导电涂层的1％-99％，所述纳米导电陶瓷粉末的体积占所述导电涂层的1％-99％。
6.如权利要求1所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述导电涂层还可包含纳米碳黑、纳米碳纤维、碳纳米管、纳米石墨、纳米石墨烯等材料中的一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述锂电池集流体可以为铜箔或铝箔。
8.如权利要求7所述的锂电池集流体导电涂层，其特征在于，所述铜箔或铝箔经过热风吹、酸洗、电晕、等离子、喷砂、打磨中的一种或组合进行表面处理。
9.制备如权利要求1-8所述的一种制备锂电池集流体导电涂层的方法，其特征在于，通过旋涂、静电喷涂、等离子体喷涂、狭缝式涂布、网纹涂布、微凹涂布、逗号刮刀涂布、丝网印刷、气相沉积、真空镀膜、热喷涂中的一种或几种方法将所述导电涂层覆盖在所述锂电池集流体的表面。
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