CN111430661B - 一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法，通过本发明的导电浆料制备的导电铝箔具有传统涂碳铝箔的所有性能和作用，本发明的导电铝箔比传统的铝箔碳涂层的电阻小很多，在涂层铝箔烧结的过程中，炭黑将大部分氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在熔融连接在一起形成连续的比碳涂层表面更加粗糙不平的金属膜层。由于连续的金属膜层电阻比碳涂层的电阻小很多，同时，与表面粗糙度小的碳涂层相比，表面更加粗糙不平的金属膜层与锂离子电池的正极材料具有更大的接触面积，从而有效地降低了锂离子电池内部材料的接触电阻，提升锂电池的使用性能。

Description

一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法，属于锂电池技术领域。
背景技术
随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂离子电池随之进入了大规模的实用阶段。
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池。锂离子电池具有高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多的特点。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。
目前，在锂离子电池行业内，通常于正极集流体(铝箔)表面涂覆一层导电涂层，涂覆导电涂层的铝箔称为预涂层铝箔或简称涂层铝箔，其最早在电池中的实验可以追溯到70年代，而近几年随着新能源行业，特别是磷酸铁锂电池的发展而风生水起，涂层铝箔成为业内大受欢迎的新技术或新材料。导电涂层在锂离子电池中能够有效提高极片附着力，减少粘结剂的使用量，同时对于电池的电性能也有显著提升。
传统的涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔以转移式涂覆工艺制成。传统的涂碳铝箔的表面粗糙度小，进而与锂离子电池的正极材料接触面积较小，锂离子电池内部材料的接触电阻较大。为了进一步提升锂离子电池的使用性能，需要一种新的锂离子电池铝箔电极技术方案。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料、铝箔及制备方法，更好的降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的使用性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料，导电浆料按重量份数计，包含以下组分：
非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚：1～2份；
胶体保护剂羟乙基纤维素：2～4份；
粉状氧化铝：10～20份；
表面带羟基的粉状炭黑：10～20份；
纯水：54～77份。
作为锂离子电池铝箔电极用导电浆料的优选方案，所述粉状氧化铝粒径小于100nm。
作为锂离子电池铝箔电极用导电浆料的优选方案，所述表面带羟基的粉状炭黑的原始粒径小于30nm。
作为锂离子电池铝箔电极用导电浆料的优选方案，导电浆料按重量份数计，包含以下组分：非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚：1.5份；胶体保护剂羟乙基纤维素：3份；粉状氧化铝：15份；表面带羟基的粉状炭黑：15份；纯水：65.5份。
本发明还提供一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔，所述导电铝箔上覆盖有一层上述的导电浆料，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度不大于5μm。
本发明另外提供一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，包括以下步骤：
(1)将称量好的纯水加入到乳化机中，持续搅拌过程中依次加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和胶体保护剂羟乙基纤维素，乳化1.5～2.5h；
(2)向乳化机继续加入粉状氧化铝和表面带羟基的粉状炭黑，乳化分散1.5～2.5h得导电浆料；
(3)将配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂；
(4)浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压；
(5)挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥，导电浆料在铝箔表面的干燥涂层厚度不大于5μm；
(6)将干燥后的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结，隧道式电炉的温度为550～650℃，烧结时间为10～20min；
(7)烧结后的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成导电铝箔卷。
作为锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法的优选方案，步骤(6)中，表面带羟基的粉状炭黑成分将氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在550～650℃的温度下熔融连接在一起形成连续的表面粗糙不平的金属膜层。
通过本发明的导电浆料制备的导电铝箔具有传统涂碳铝箔的所有性能和作用，本发明的导电铝箔比传统的铝箔碳涂层的电阻小很多，在涂层铝箔烧结的过程中，炭黑将大部分氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在熔融连接在一起形成连续的比碳涂层表面更加粗糙不平的金属膜层。由于连续的金属膜层电阻比碳涂层的电阻小很多，同时，与表面粗糙度小的碳涂层相比，表面更加粗糙不平的金属膜层与锂离子电池的正极材料具有更大的接触面积，从而有效地降低了锂离子电池内部材料的接触电阻，提升锂电池的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明最佳实施例2中获得的导电铝箔与传统涂碳铝箔的微观对比。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
提供一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料，导电浆料按重量份数计，包含以下组分：非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚：1份；胶体保护剂羟乙基纤维素：2份；粉状氧化铝：10份；表面带羟基的粉状炭黑：10份；纯水：77份。
具体的，所述粉状氧化铝粒径小于100nm。所述表面带羟基的粉状炭黑的原始粒径小于30nm。
采用上述导电浆料覆盖在导电铝箔上，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度为3um,进而形成锂离子电池铝箔电极用导电铝箔。
具体的，锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，包括以下步骤：
(1)将称量好的纯水加入到乳化机中，持续搅拌过程中依次加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和胶体保护剂羟乙基纤维素，乳化1.5h；
(2)向乳化机继续加入粉状氧化铝和表面带羟基的粉状炭黑，乳化分散1.5h得导电浆料；
(3)将配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂；
(4)浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压；
(5)挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度为3μm；
(6)将干燥后的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结，隧道式电炉的温度为550℃，烧结时间为10min；
(7)烧结后的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成导电铝箔卷。
具体的，步骤(6)中，表面带羟基的粉状炭黑成分将氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在550℃的温度下熔融连接在一起形成连续的表面粗糙不平的金属膜层。
实施例2
提供一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料，导电浆料按重量份数计，包含以下组分：非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚：1.5份；胶体保护剂羟乙基纤维素：3份；粉状氧化铝：15份；表面带羟基的粉状炭黑：15份；纯水：65.5份。
具体的，所述粉状氧化铝粒径小于100nm。所述表面带羟基的粉状炭黑的原始粒径小于30nm。
采用上述导电浆料覆盖在导电铝箔上，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度为4um,进而形成锂离子电池铝箔电极用导电铝箔。
具体的，锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，包括以下步骤：
(1)将称量好的纯水加入到乳化机中，持续搅拌过程中依次加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和胶体保护剂羟乙基纤维素，乳化2h；
(2)向乳化机继续加入粉状氧化铝和表面带羟基的粉状炭黑，乳化分散2h得导电浆料；
(3)将配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂；
(4)浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压；
(5)挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度为4μm；
(6)将干燥后的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结，隧道式电炉的温度为600℃，烧结时间为15min；
(7)烧结后的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成导电铝箔卷。
具体的，步骤(6)中，表面带羟基的粉状炭黑成分将氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在600℃的温度下熔融连接在一起形成连续的表面粗糙不平的金属膜层。
实施例3
提供一种锂离子电池铝箔电极用导电浆料，导电浆料按重量份数计，包含以下组分：非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚：2份；胶体保护剂羟乙基纤维素：4份；粉状氧化铝：20份；表面带羟基的粉状炭黑：20份；纯水：54份。
具体的，所述粉状氧化铝粒径小于100nm。所述表面带羟基的粉状炭黑的原始粒径小于30nm。
采用上述导电浆料覆盖在导电铝箔上，导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度为5um,进而形成锂离子电池铝箔电极用导电铝箔。
具体的，锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，包括以下步骤：
(1)将称量好的纯水加入到乳化机中，持续搅拌过程中依次加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和胶体保护剂羟乙基纤维素，乳化2.5h；
(2)向乳化机继续加入粉状氧化铝和表面带羟基的粉状炭黑，乳化分散2.5h得导电浆料；
(3)将配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂；
(4)浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压；
(5)挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥，导电浆料在铝箔表面的干燥涂层厚度为5μm；
(6)将干燥后的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结，隧道式电炉的温度为650℃，烧结时间为20min；
(7)烧结后的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成导电铝箔卷。
具体的，步骤(6)中，表面带羟基的粉状炭黑成分将氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在650℃的温度下熔融连接在一起形成连续的表面粗糙不平的金属膜层。
参见表1为本发明实施例1至3的导电铝箔与传统涂碳铝箔的对比
表1实施例1至3的导电铝箔与传统涂碳铝箔的对比数据
项目 实施例1 实施例2 实施例3 传统涂碳铝箔
接触电阻 小于1欧姆 小于1欧姆 小于1欧姆 大于30欧姆
本发明的导电浆料含有纯水、氧化铝粉、粉状炭黑、非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚及胶体保护剂羟乙基纤维素导电浆料涂，通过覆于清洗干净的导电铝箔表面并干燥形成一定厚度的涂层。带有干燥涂层的铝箔在隧道式电炉中烧结制成表面带有导电性良好且表面更加粗糙(比表面积大)的涂层铝箔。配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂，浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压，挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥。导电浆料在铝箔一个表面的干燥涂层厚度不大于5微米。干燥好的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结。带有本发明的导电浆料干燥涂层的铝箔在550℃至650℃之间的隧道式电炉段中的烧结时间为10分钟至20分钟。烧结好的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成铝箔卷。
参见图1，通过本发明的导电浆料制备的导电铝箔具有传统涂碳铝箔的所有性能和作用，本发明的导电铝箔比传统的铝箔碳涂层的电阻小很多，在涂层铝箔烧结的过程中，炭黑将大部分氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在熔融连接在一起形成连续的比碳涂层表面更加粗糙不平的金属膜层。由于连续的金属膜层电阻比碳涂层的电阻小很多，同时，与表面粗糙度小的碳涂层相比，表面更加粗糙不平的金属膜层与锂离子电池的正极材料具有更大的接触面积，从而有效地降低了锂离子电池内部材料的接触电阻，提升锂电池的使用性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将称量好的纯水加入到乳化机中，持续搅拌过程中依次加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和胶体保护剂羟乙基纤维素，乳化1.5～2.5h；
（2）向乳化机继续加入粉状氧化铝和表面带羟基的粉状炭黑，乳化分散1.5～2.5h得导电浆料；
（3）将配置好的导电浆料加入到盛料槽中，表面干净的铝箔牵引到盛有导电浆料的盛料槽中走动浸涂；
（4）浸涂好的铝箔牵引到双辊间隙调整好的双辊机中挤压；
（5）挤压后的铝箔牵引到热风干燥设备中走动干燥，导电浆料在铝箔表面的干燥涂层厚度不大于5μm；
（6）将干燥后的涂层铝箔牵入到梯度升温和梯度降温的隧道式电炉中进行走动烧结，隧道式电炉的温度为550～650℃，烧结时间为10～20min，所述表面带羟基的粉状炭黑成分将氧化铝还原成单质铝，还原成的单质铝在550～650℃的温度下熔融连接在一起形成连续的表面粗糙不平的金属膜层；
（7）烧结后的铝箔牵引到缠绕机上缠绕成导电铝箔卷。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，其特征在于，按重量份数计，加入所述非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚1～2份，所述胶体保护剂羟乙基纤维素2～4份，所述粉状氧化铝10～20份，所述表面带羟基的粉状炭黑10～20份，所述纯水54～77份。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，其特征在于，所述粉状氧化铝粒径小于100nm。
4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，其特征在于，所述表面带羟基的粉状炭黑的原始粒径小于30nm。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池铝箔电极用导电铝箔制备方法，其特征在于，按重量份数计，加入所述非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚1.5份，所述胶体保护剂羟乙基纤维素3份，所述粉状氧化铝15份，所述表面带羟基的粉状炭黑15份，所述纯水65.5份。
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