CN109980231B - 一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料及其应用。浆料包括以下重量百分比的原料：水性胶1‑5％、分散剂0.5‑5％、亚氧化钛混合物1‑8％、有机溶剂10‑35％和水60‑75％。锂离子电池集流体预涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将亚氧化钛混合物加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；2)将分散剂加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；3)加入水性胶，分散2‑6h至平均粒径为1‑10μm，分散完成，得预涂层的浆料；4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在锂离子电池集流体上，即得所述预涂层。本发明具有提高极片的剥离强度、降低接触内阻，提升集流体的耐电解液腐蚀能力的特点。

Description

一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料及其应用
〖技术领域〗
本发明属于电池材料领域，特别涉及一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料及其应用。
〖背景技术〗
随着技术的进步，锂离子电池已经开始大规模应用到电动汽车及大型储能应用。电动汽车用动力电池的寿命要求是3年10万公里行驶里程，储能电池更是要求长达15年以上的使用寿命。因此，提高锂离子电池的循环寿命是目前亟待攻克的重大问题之一。影响锂离子电池寿命的因素有很多，正负极材料与集流体粘合稳定性就是其中之一。为了提高正负极活性物质与集流体之间的剥离强度，降低接触内阻。目前的解决方案主要是采用导电碳黑对集流体进行预处理，以增加集流体表面的粗糙程度来提升极片的剥离强度，但这种涂层并不能提升集流体对于电解液的耐腐蚀性能。
而亚氧化钛是一种黑色活性电极材料，是一类分子式为TinO2n-1(3≤n≤10)的导电化合物，其导电率为石墨的2.75倍。亚氧化钛还具有优秀的化学稳定性和抗腐蚀能力，在强酸强碱环境下都非常稳定。另外，亚氧化钛材料的电化学稳定窗口极宽，在室温下1mol/L的H2SO4溶液中，亚氧化钛电极的析氧电位与析氢电位之差有近4.0V，远高于常用电极材料，这使其在正负电极或电催化载体方面有良好的应用前景。
〖发明内容〗
本发明的第一发明目的在于提供一种导电率高、降低预涂层与集流体之间的接触电阻、提高集流体的耐电解液腐蚀能力的浆料。
本发明采用的技术方案如下：一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，所述浆料包括以下重量百分比的原料：水性胶2％、分散剂1％、配比为亚氧化钛：碳纳米管：导电石墨为1:0.5:0.3的亚氧化钛混合物1％、有机溶剂30％和水66％。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸或酮类溶剂中的至少一种；所述聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸钠；所述酮类包括聚乙烯吡咯烷酮。
进一步的，所述亚氧化钛混合物为亚氧化钛、炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯的一种或几种混合物。
进一步的，所述有机溶剂为异丙醇、乙二醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合溶剂。
进一步的，所述浆料的粘度为500-2000cp，粒径为1-10μm。
本发明的第二发明目的在于提供一种应用浆料制成锂离子电池集流体预涂层的制备方法，其包括以下步骤：
1)将亚氧化钛混合物加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将分散剂加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在锂离子电池集流体上，即得所述预涂层。
进一步的，所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机。
进一步的，所述所述步骤4中预涂层的厚度为1-3μm，剥离强度大于0.05kN/m。
本发明的有益效果在于：通过采用亚氧化钛混合物构成预涂层取代导电墨黑构成的预涂层，使得该预涂层除了能够显著提高极片的剥离强度、降低接触内阻外，还可以提升集流体的耐电解液腐蚀能力。
〖具体实施方式〗
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，由如下重量百分含量的原料制备而成：
Figure GDA0003515753590000031
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将亚氧化钛混合物(亚氧化钛：炭黑＝1:1)加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将聚丙烯酸钠加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铝箔上，即得所述预涂层铝箔。
所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机，所述步骤4中预涂层的厚度为1μm。
实施例2
一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，由如下重量百分含量的原料制备而成：
Figure GDA0003515753590000032
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将亚氧化钛混合物(亚氧化钛：碳纳米管＝1:0.4)加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铜箔上，即得所述预涂层铜箔。
所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机，所述步骤4中预涂层的厚度为3μm。
实施例3
一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，由如下重量百分含量的原料制备而成：
Figure GDA0003515753590000041
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将亚氧化钛混合物(亚氧化钛：石墨烯＝1:1)加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液1；
2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到分散液1中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铝箔上，即得所述预涂层铝箔。
所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机，所述步骤4中预涂层的厚度为2μm。
实施例4
Figure GDA0003515753590000042
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将亚氧化钛混合物(亚氧化钛：导电石墨＝1:0.5)加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到分散液1中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铝箔上，即得所述预涂层铝箔。
所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机，所述步骤4中预涂层的厚度为2μm。
实施例5
一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，由如下重量百分含量的原料制备而成：
Figure GDA0003515753590000051
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将亚氧化钛混合物(亚氧化钛：碳纳米管：导电石墨＝1:0.5:0.3)加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铝箔上，即得所述预涂层铝箔。
所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机，所述步骤4中预涂层的厚度为1μm。
当然浆料还可以由如下重量百分含量的原料制备而成：水性胶3％、分散剂3％、亚氧化钛混合物4.5％、有机溶剂10％和水60％。
对比例
一种常规锂离子电池预涂层铝箔集流体，由如下重量百分含量的原料制备而成：
Figure GDA0003515753590000061
锂离子电池集流体预涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将石墨加入到机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)最后加入水性胶，分散2-8h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在铝箔上，即得所述预涂层铝箔。
所述分散过程使用行星式搅拌机。
实验1
将各实施例制备成的集流体涂布电极活性物质制作成电池极片，然后对极片进行剥离强度测试，并与对比例及无预涂层极片的剥离强度进行对比。极片剥离强度测试使用智能拉力试验机，180°剥离模式进行试验，每个样品测量三次取平均值，测试结果如下：
表1.实施例的极片剥离强度数据
Figure GDA0003515753590000062
由极片剥离强度测量结果可以看出，经过拉力测试，表明本发明中的预涂层集流体能够显著提高极片的剥离强度，防止电极材料从集流体上脱落。
实验2
将各实施例制备成的集流体涂布电极活性物质制作成电池极片，然后对极片进行电导率测试，并与对比例及无预涂层极片的电导率进行对比。极片电导率测试使用四探针电阻率测试仪进行试验，每个极片样品取三个不同位置进行测量，然后取平均值，测试结果如下：
表2.实施例的极片电导率数据
Figure GDA0003515753590000071
由电导率测量结果可以看出，本发明中的预涂层集流体能够显著提高极片的电导率，降低活性物质与集流体之间的接触内阻，有利于提升电池的倍率性能。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (8)

1.一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料，其特征在于所述浆料包括以下重量百分比的原料：水性胶2％、分散剂1％、配比为亚氧化钛：碳纳米管：导电石墨为1:0.5:0.3的亚氧化钛混合物1％、有机溶剂30％和水66％。
2.如权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸或酮类溶剂中的至少一种；所述聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸钠；所述酮类包括聚乙烯吡咯烷酮。
3.如权利要求2所述的浆料，其特征在于：所述亚氧化钛混合物为亚氧化钛、炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯的至少两种。
4.如权利要求3所述的浆料，其特征在于：所述有机溶剂为异丙醇、乙二醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合溶剂。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的浆料，其特征在于：所述浆料的粘度为500-2000cp，粒径为1-10μm。
6.一种锂离子电池集流体预涂层的制备方法，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的浆料，该制备方法包括：
1)将亚氧化钛混合物加入到有机溶剂中，经搅拌机高速分散后得分散液；
2)将分散剂加入到分散液中，分散至平均粒径小于15μm；
3)加入水性胶，分散2-6h至平均粒径为1-10μm，分散完成，得预涂层的浆料；
4)使用凹版印刷机将上述预涂层的浆料涂布在锂离子电池集流体上，即得所述预涂层。
7.如权利要求6所述锂离子电池集流体预涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3中的分散过程使用行星式高速搅拌机。
8.如权利要求7所述锂离子电池集流体预涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤4中预涂层的厚度为1-3μm，剥离强度大于0.05kN/m。
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