CN112820881A - 一种电池集流体及其制备方法 - Google Patents
一种电池集流体及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112820881A CN112820881A CN202011638765.XA CN202011638765A CN112820881A CN 112820881 A CN112820881 A CN 112820881A CN 202011638765 A CN202011638765 A CN 202011638765A CN 112820881 A CN112820881 A CN 112820881A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- conductive
- coating
- current collector
- slurry
- battery current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 91
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 49
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 34
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical group CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 abstract description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 4
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 4
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000003586 protic polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/665—Composites
- H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/66—Current collectors
- H01G11/68—Current collectors characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电池集流体及其制备方法,所述电池集流体包括金属箔材和导电涂层,所述导电涂层由导电浆料涂覆在金属箔材表面上形成,其厚度≤300nm,所述导电浆料的组分包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、粘结剂和溶剂。本发明的导电涂层通过合理的配比,提升活性物质和集流体的粘结力,减少活性物质中粘接剂的用量,提高电池能量密度及循环寿命;减少集流体的界面电阻,降低电池内阻。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域,尤其涉及一种电池集流体及其制备方法。
背景技术
二次电池以锂离子电池等为代表,由于本身优异的综合性能,不管是在3C 消费领域,还是新能源动力电池和的大型储能电池方面,一直都占据重要地位。
锂离子电池等二次电池的集流体,是指汇集电流的结构或零件,在锂离子电池上主要指的是金属箔,如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,因此集流体应与活性物质充分接触,并且内阻应尽可能小为佳。
现有技术中,利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新,覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨、碳包覆粒、碳纳米管等导电材料,均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能,收集活性物质的微电流,从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻,并能提高两者之间的固着能力,可减少粘结剂的使用量,进而使电池的整体性能产生显著的提升。
现有的涂碳箔材是采用石墨、炭黑、多层碳纳米管等导电材料复配,和不同比例的粘结剂、溶剂分散均匀后的导电浆料涂布到铝箔或者铜箔等金属箔材上。现有将导电浆料涂布在金属箔材上的涂布机,带料辊无法控制涂布在金属箔材上导电浆料的量,因此形成在金属箔材上的导电涂层的厚度一般大于1μm,无法形成厚度薄的导电涂层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种电池集流体,导电涂层通过合理的配比,提升活性物质和集流体粘结力,减少活性物质中粘接剂的用量,提高电池能量密度及循环寿命;减少集流体的界面电阻,降低电池内阻。
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种电池集流体的制备方法,通过涂布机和除铁装置的相互配合,有效除去导电浆料中的铁和杂质,以实现在金属箔材上形成单面厚度小于300nm的导电涂层。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种电池集流体,包括金属箔材和导电涂层,所述导电涂层由导电浆料涂覆在金属箔材表面上形成,其厚度≤300nm,所述导电浆料的组分包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、粘结剂和溶剂。
作为上述方案的改进,所述导电石墨的粒径(D50)2~6μm,比表面积20~ 30m2/g;
所述碳纳米管在扫描电镜下呈链状,长度为10~15μm。
作为上述方案的改进,所述导电炭黑的吸油值为2.5~3.5ml/g。
作为上述方案的改进,所述导电石墨和导电炭黑的质量比为(1.5~2.8):1。
作为上述方案的改进,所述导电浆料的粘度为50~200Cp。
作为上述方案的改进,所述导电浆料的组分按质量百分比算包括:导电石墨7%~10%、导电炭黑2.8%~4.8%、碳纳米管0.5%~1.0%、分散剂25%~35%和余量溶剂。
作为上述方案的改进,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮溶液、γ-丁内酯溶液、乙醇溶液、异丙醇溶液、正丙醇溶液或水溶液。
相应地,本发明还提供了一种上述电池集流体的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备导电浆料;
将粘结剂和第一部分溶剂混合均匀,得到混合溶液A;
将导电石墨和导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;
将碳纳米管和第二部分溶剂加入到混合溶液B中,得到导电浆料;
S2、将导电浆料涂覆在金属箔材表面,形成单面厚度≤300nm的导电涂层。
作为上述方案的改进,采用涂布机将导电浆料涂覆在金属箔材的至少一面上;
其中,所述涂布机包括机架、带料辊、下压辊、传动辊和浆料池,所述带料辊、下压辊和传动辊连接在机架上,所述浆料池设于带料辊的下方,所述下压辊设于带料辊的上方,所述带料辊设有凹陷区域和非凹陷区域,所述凹陷区域沿着带料辊的表面向内凹陷预设深度,所述凹陷区域涂有陶瓷涂层,且所述陶瓷涂层设有多个凹孔。
作为上述方案的改进,导电浆料经过除铁装置除铁后输送至浆料池;
其中,所述除铁装置包括壳体、上盖和磁性棒,所述壳体设有容纳腔,所述上盖盖合在壳体上,且所述磁性棒插入到所述容纳腔内;所述上盖设有吊环,所述磁性棒通过滑块与吊环形成滑动连接;所述磁性棒的侧壁设有多个向外倾斜伸出的磁条,所述磁条与所述磁性棒的夹角为20~60度。
实施本发明,具有如下有益效果:
本发明的导电涂层通过合理的配比,提升活性物质和集流体粘结力,减少活性物质中粘接剂的用量,提高电池能量密度及循环寿命;减少集流体的界面电阻,降低电池内阻;提高产品稳定性和一致性,提升单体电池生产合格率即电池组配组率,提升单体电池、电池组一致性即循环使用寿命,降低生产成本。
此外,本发明的导电涂层可以增加金属箔材与电极材料的粘附性能,并防止金属箔材表面被腐蚀和氧化。
本发明的集流体特别适用于三元前驱体材料的电池。
附图说明
图1是本发明电池集流体的结构示意图;
图2是本发明涂布机的结构示意图;
图3是本发明涂布机的带料辊的结构示意图;
图4是本发明除铁装置的结构示意图;
图5是本发明除铁装置的磁性棒的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1,本发明提供的一种电池集流体,包括金属箔材10和导电涂层20,所述导电涂层20由导电浆料涂覆在金属箔材10表面上形成,其厚度≤300nm,所述导电浆料的组分包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、粘结剂和溶剂。
本发明导电石墨有适中的比表面积和高的各向异性,其在锂离子电池中的作用是填充到活性物质(电极材料)之间,形成导电桥,并提高电极片压实密度,并改善电极片的柔韧性(因为导电石墨在C6层和C6层之间具有良好的润滑作用)。
其中,所述导电石墨的粒径和比表面积对导电石墨在锂离子电池中的作用起着重要的影响,若导电石墨的粒径过大,比表面积过大,则导电石墨难以填充到活性物质之间,无法提高电极片的压实密度。优选的,所述导电石墨的粒径(D50)2~6μm,比表面积20~30m2/g。
需要说明的是,导电石墨的比表面积较大带来的工艺问题是分散困难、具有较强的吸油性,这就需要通过改善活性物质、导电剂(导电石墨和导电炭黑) 的混料工艺来提高其分散性,并将石墨炭黑的量控制在一定范围内。
本发明导电炭黑在扫描电镜下呈链状,具有高比表面积,堆积紧密,其在锂离子电池中以150~200nm的原生聚集体分散到活性物质周围形成多支链状导电网络,起到吸收电解液和保持电解液的作用,从而减少电池的物理内阻,提高电子传导性。
本发明导电炭黑具有独特的支链状形态,导电接触点多,支链形成较多导电通路,因而只需很少的添加量即可达到极高的导电率,其他导电碳黑多为圆球状或片状,故需要很高的添加量才能达到所需的电性。
本发明导电炭黑在扫描电镜下呈球状,本发明碳纳米管在扫描电镜下呈链状,长度为10~15μm。
本发明导电石墨、导电炭黑和碳纳米管组成的导电浆料涂覆在金属箔材上形成的导电涂层具有三维结构,电极材料可以嵌入到导电涂层中,极大的增加导电涂层与电极材料的接触面积,提高了电极材料与导电涂层的结合力,降低电池的内阻,提高电池的寿命。
本发明根据导电石墨、导电炭黑和碳纳米管的特性、以及三者在锂离子电池中所起的作用,以使三者在锂离子电池中相互配合,互补协同,以使本发明的电池集流体可以降低锂离子电池内阻,并提高锂离子电池的导电性能。
本发明导电石墨和导电炭黑对电解液的吸收和保持作用,可以作为其提高电池导电性能的作用。其中,本发明导电石墨和导电炭黑吸油值的大小影响了它们对电解液的吸收和保持作用。优选的,所述导电炭黑的吸油值为2.5~3.5ml/g。
本发明根据导电石墨和导电炭黑的特性、以及两者在锂离子电池中所起的作用,以使两者在锂离子电池中相互配合,互补协同,以使本发明的电池集流体可以降低锂离子电池内阻,并提高锂离子电池的导电性能。
为了保证导电石墨和导电炭黑之间的协同作用,所述导电石墨和导电炭黑的质量比为(1.5~2.8):1,若导电石墨和导电炭黑的质量比小于1.5:1,则导电石墨的含量过小,导电炭黑的含量过多,导电浆料的导电性会下降,则电池集流体的电阻增加,导电率下降;若导电石墨和导电炭黑的质量比大于2.8:1,则导电石墨的含量过多,导电炭黑的含量过少,导电浆料的分散性会变差,从而影响导电涂层的厚度和均匀性。
优选的,所述导电石墨和导电炭黑的质量比为(1.5~2.0):1。
由于本发明导电石墨和导电炭黑具有较大的比表面积,因此本发明需要添加粘结剂来将导电石墨和导电炭黑进行包裹,以使本发明的导电浆料更好地粘附在金属箔材上。优选的,所述粘结剂为改性聚丙烯酸(LBR)。其中,改性聚丙烯酸还可以起到分散剂的作用,由于改性聚丙烯酸将粒径很小的导电石墨和导电炭黑进行包裹,因此可以避免导电石墨和导电炭黑发生团聚,起到分散的作用。本发明选用改性聚丙烯酸作为粘结接,不仅将导电浆料很好地粘结在金属箔材上,还可以在金属箔材上形成厚度均匀的导电涂层。
溶剂用于分散原料,形成导电浆料,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯等非质子性极性溶剂,或者,所述溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇等质子性极性溶剂,或者,所述溶剂为水。优选的,所述溶剂为去离子水。
加入溶剂后得到的导电浆料可根据需求调整其粘度,优选的,导电浆料的粘度为50~200Cp。若导电浆料的粘度小于50Cp,则导电浆料难以在金属箔材表面形成均匀涂层,即导电涂层容易脱落;若导电浆料的粘度大于200Cp,则导电浆料涂覆在金属箔材后流动性差,不能形成厚度小于300nm的导电涂层。
具体的,所述导电浆料中各组分的含量对锂离子电池的性能起着重要的作用。优选的,所述导电浆料的组分按质量百分比算包括:导电石墨7%~10%、导电炭黑2.8%~4.8%、碳纳米管0.5%~1.0%、分散剂25%~35%和余量溶剂。
其中,本发明金属箔材的材料为铝箔、铜箔或其他金属。
其中,若碳纳米管的质量百分比小于0.5%,则碳纳米管的含量过少,导电涂层无法形成三维结构;若碳纳米管的质量百分比大于1.0%,则碳纳米管的含量过多,导电涂层的表面裂缝过多和过大,反而影响导电涂层的导电效果。
本发明的导电涂层通过合理的配比,提升活性物质和集流体的粘结力,减少活性物质中粘接剂的用量,提高电池能量密度及循环寿命;减少集流体的界面电阻,降低电池内阻;提高产品稳定性和一致性,提升单体电池生产合格率即电池组配组率,提升单体电池、电池组一致性即循环使用寿命,降低生产成本。
此外,本发明的导电涂层可以增加金属箔材与电极材料的粘附性能,并防止金属箔材表面被腐蚀和氧化。
本发明的电池集流体应用范围广,可应用在动力/储能锂离子电池、3C肋锂离子电池、超级电容器、锂离子电容器、水系锂离子电池和酸性电池。其中,本发明的池集流体特别适用于三元前驱材料的电池。
相应地,本发明还提供了一种电池集流体的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备导电浆料;
所述导电浆料的制备方法包括:
S11、将粘结剂和第一部分溶剂混合均匀,得到混合溶液A;
S12、将导电石墨和导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液 B;
S13、将碳纳米管和第二部分溶剂加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
本发明先将粘结剂加入到第一部分溶剂中,再将导电石墨和导电炭黑加入到粘结剂和溶剂形成的混合溶液A中,这样可以提高导电石墨和导电炭黑的分散性,使得导电浆料中的导电剂更加均匀;此外,本发明最后将碳纳米管和第二部分溶剂加入到混合溶液B中,可以控制导电浆料的粘度。
优选的,所述导电浆料的粘度为50~200cp。
其中,第一部分溶剂的质量为第一部分溶剂和第二部分溶剂总质量的 60%~70%。
S2、将导电浆料涂覆在金属箔材表面,形成单面厚度≤300nm的导电涂层;
具体的,采用涂布机将导电浆料涂覆在金属箔材的至少一面上,单面导电涂层的厚度≤300nm。优选的,单面导电涂层的厚度≤150nm。
参见图2和图3,所述涂布机1包括机架11、带料辊12、下压辊13、传动辊14和浆料池15,所述带料辊12、下压辊13和传动辊14连接在机架11上,所述浆料池15设于带料辊12的下方,所述下压辊13设于带料辊12的上方,所述带料辊12设有凹陷区域121和非凹陷区域122,所述凹陷区域121沿着带料辊12的表面向内凹陷预设深度,所述凹陷区域121涂有陶瓷涂层123,且所述陶瓷涂层123设有多个凹孔1231。
其中,所述浆料池15用于装放导电浆料,待涂布的金属箔材3通过传动辊 14设置在下压辊13和带料辊12之间,当所述下压辊13向带料辊12方向下压,所述带料辊12的凹陷区域121将浆料池15中的导电浆料涂布在金属箔材3上,以在金属箔材3上形成导电涂层。其中,所述带料辊12、下压辊13、传动辊14 通过转轴16与机架11形成可转动连接,并通过电机17等驱动装置驱动转轴16 实现转动。
具体的,带料辊12在转动的过程中,浆料池15中的导电浆料会粘附在凹陷区域121的陶瓷涂层123上,而凹陷区域121内的导电浆料涂布在金属箔材3 的对应位置,以形成导电涂层。由于本发明的陶瓷涂层123上设有多个凹孔1231,因此可以减少陶瓷涂层123上导电浆料的量,以形成超薄导电涂层。
其中,本发明的带料辊12由不锈钢制成,因此带料辊12的非凹陷区域122 经过浆料池15后并不会粘附有导电浆料,只有非凹陷区域121上的陶瓷涂层123 才会粘附有导电浆料。
其中,所述凹陷区域121的凹陷深度为h,如图2所示,所述凹陷区域121 的凹陷深度对导电涂层的厚度起着重要的影响;若凹陷区域121的凹陷深度太浅,则粘附在凹陷区域121上的导电浆料过少,影响涂覆在金属箔材3上的导电涂层的厚度均匀性;若凹陷区域121的凹陷深度太深,则无法有效地将导电浆料涂布在金属箔材上。优选的,所述凹陷区域121的凹陷深度为1~10mm。更优的,所述凹陷区域121的凹陷深度为3~7mm,可以是3mm、4mm、5mm、 6mm、7mm等。
此外,所述陶瓷涂层123的厚度也对导电涂层的厚度起着重要的影响;若陶瓷涂层的123厚度太薄,则陶瓷涂层上的凹孔深度太浅,则粘附在陶瓷涂层 123上的导电浆料过少,影响涂覆在金属箔材3上的导电涂层的厚度均匀性;若陶瓷涂层123的厚度太厚,则陶瓷涂层123容易粘附过多导电浆料,形成的导电涂层厚度过厚。优选的,所述陶瓷涂层123的厚度为3~15mm。更优的,所述陶瓷涂层123的厚度为5~10mm,可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm 等。
为了提高生产效率,所述凹陷区域121设有至少两个,其中,所述凹陷区域121和非凹陷区域122交替设置。
其中,为了保证带料辊12可以形成所述凹陷区域121和凹孔1231,以及保证带料辊12可以将导电浆料粘附到金属箔材3,所述带料辊12的材料为不锈钢。
为了进一步提高导电涂层的涂布效果和电池集流体的性能,导电浆料经过除铁装置除铁后输送至浆料池。
具体的,参见图4和图5,所述除铁装置2包括壳体21、上盖22、与上盖 22连接的磁性棒23,所述壳体21设有容纳腔11,所述上盖22盖合在壳体21 上,且所述磁性棒23插入到所述容纳腔11内,所述磁性棒23通过磁性的方法吸收容纳腔211内导电浆料中的磁铁、杂质等。
具体的,所述磁性棒23的侧壁设有多个向外倾斜伸出的磁条231,所述磁条231与所述磁性棒23的夹角为20~60度,本发明在磁性棒23的侧壁设置磁条231,可以增加磁性棒23与导电浆料的接触面积,提高导电浆料的除铁效果。
优选的,所述磁条231从上向下围绕着磁性棒23螺旋设置,所述壳体21 设有进料口212和出料口213,所述进料口212设于壳体21的上方,所述出料口213设于壳体21的与进料口212相反一侧的下方,在磁性棒23、磁条231、进料口212和出料口213的配合下,导电浆料从进料口212进入后会在容纳腔 211内进行旋涡式流动,这样在不转动磁性棒23的情况下,也可以增强导电浆料的流动性,加强导电浆料与磁性棒23和磁条231的接触效率,从而提高导电浆料的除铁效果,以及进一步加强导电浆料中个物质的混合均匀度。
若导电浆料在容纳腔211内的流动速度过快,会增加导电浆料和壳体21、磁性棒23和磁条231之间的摩擦力,反而影响导电浆料的除铁效果和性能。本发明除了可以通过动力装置来控制导电浆料的流速外,还可以通过磁条231 的分布来控制导电浆料在容纳腔211内的流动速度。具体的,所述磁条231之间的距离为容纳腔211高度的5%~16%。优选的,所述磁条231之间的距离为容纳腔211高度的7%~13%。
其中,所述上盖22设有吊环221,所述磁性棒23通过滑块24与吊环221 形成滑动连接。具体的,所述滑块24穿过所述吊环221,由于吊环221具有一定的弧度,因此滑块24可带动磁性棒23可沿着所述吊环221进行左右摆动。这样可以进一步搅拌导电浆料,加强导电浆料与磁性棒23和磁条231的接触效率,从而提高导电浆料的除铁效果,以及进一步加强导电浆料中个物质的混合均匀度。
所述磁条231上设有多个凹孔232,所述凹孔232不仅可以增加磁条231与 导电浆料的接触面积,还可以将铁或其他杂质藏于其中,避免导电浆料在流动 时重新将铁或其他杂质冲刷回去,进一步提高导电浆料的除铁效果。
优选的,所述凹孔232的深度为1~5mm。更优的,所述凹孔232的深度为 2~4mm。
优选的,所述磁条231上还设有多个通孔233,所述通孔233贯穿所述磁条 231,其与所述凹孔232交替设置。所述通孔233进一步减少磁条231与导电浆料的摩擦力,以及增加磁条231和导电浆料的接触面积,进一步提高导电浆料的除铁效果。
其中,所述磁性棒23和磁条231为一体成型结构。
本发明的通过涂布机和除铁装置的相互配合,有效除去导电浆料中的铁和杂质,以实现在金属箔材上形成单面厚度小于300nm的导电涂层。其中,除铁装置在磁性棒的侧壁设置磁条,以增加磁性棒与导电浆料的接触面积,有效去除导电浆料中的铁和杂质,这样才可以形成厚度较薄的导电涂层;此外,涂布机在带料辊上设置凹陷区域,并在凹陷区域上形成陶瓷涂层,以通过陶瓷涂层来将除铁后的导电浆料涂布在金属箔材上,从而形成导电涂层。其中,本发明在陶瓷涂层上设置多个凹孔,以减少陶瓷涂层粘附的导电浆料的量,从而形成厚度超薄的导电涂层。
本发明通过设计凹陷区域的凹陷深度以及陶瓷涂层的厚度来进一步减少陶瓷涂层粘附的导电浆料的量,以在金属箔材的单面形成厚度小于300nm的导电涂层。
本发明的磁条从上向下围绕着磁性棒螺旋设置,并在壳体上方设置进料口,在壳体与进料口相反一侧的下方设置出料口,通过磁性棒、磁条、进料口和出料口的配合,使导电浆料从进料口进入后在容纳腔内进行旋涡式流动,进而使得本发明在不转动磁性棒的情况下,也可以增强导电浆料的流动性,加强导电浆料与磁性棒和磁条的接触效率,从而提高导电浆料的除铁效果,以及进一步加强导电浆料中个物质的混合均匀度。
本发明在磁条上设置多个凹孔,以增加磁条与导电浆料的接触面积,同时将铁或其他杂质藏于其中,避免导电浆料在流动时重新将铁或其他杂质冲刷回去,进一步提高导电浆料的除铁效果。
本发明在磁条上设置多个与凹孔通孔,并将通孔与凹孔交替设置,本发明通过通孔进一步减少磁条与导电浆料的摩擦力,以及增加磁条和导电浆料的接触面积,进一步提高导电浆料的除铁效果。
下面将以具体实施例来进一步产生本发明
实施例1
制备导电浆料
将25%粘结剂和38.52%水混合均匀,得到混合溶液A;将7.5%导电石墨和 2.8%导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;将0.5%碳纳米管和剩余的水加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
采用本发明的涂布机和除铁装置将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为300nm的导电涂层。
实施例2
制备导电浆料
将27%粘结剂和39.74%水混合均匀,得到混合溶液A;将7%导电石墨和 3.3%导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;将0.6%碳纳米管和剩余的水加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
采用本发明的涂布机和除铁装置将将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为250nm的导电涂层。
实施例3
制备导电浆料
将28%粘结剂和38.22%水混合均匀,得到混合溶液A;将9%导电石墨和3.5%导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;将0.7%碳纳米管和剩余的水加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
采用本发明的涂布机和除铁装置将将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为200nm的导电涂层。
实施例4
制备导电浆料
将29%粘结剂和38.99%水混合均匀,得到混合溶液A;将8%导电石墨和 4%导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;将0.8%碳纳米管和剩余的水加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
采用本发明的涂布机和除铁装置将将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为150nm的导电涂层。
实施例5
制备导电浆料
将35%粘结剂和34.44%水混合均匀,得到混合溶液A;将10%导电石墨和 4.8%导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;将1%碳纳米管和剩余的水加入到混合溶液B中,得到导电浆料。
采用本发明的涂布机和除铁装置将将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为150nm的导电涂层。
对比例1
与实施例3不同的是,对比例1采用现有的涂布机将导电浆料涂覆在金属箔材的双面,形成单面厚度为2μm的导电涂层。
对比例2
与实施例3不同的是,对比例2的导电浆料没有添加碳纳米管。
将实施例1~5和对比例1~2的导电浆料和电池集流体进行测试,并将实施例1~5和对比例1~2的电池集流体制成同样规格的磷酸铁锂电池进行测试,结果如下:
从上述结构可知,只有采用本发明的涂布方法,才能形成单面厚度小于 300nm的导电涂层;此外,当导电涂层的单面厚度小于300nm,以及导电浆料中加入一定量的碳纳米管,并将导电石墨和导电炭黑的质量比调整在合适的范围内,可以减少界面电阻,从而降低电池的内阻,减少极化,提升电池倍率充分电性能,降低电池发热,延长电池寿命。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种电池集流体,包括金属箔材和导电涂层,其特征在于,所述导电涂层由导电浆料涂覆在金属箔材表面上形成,其厚度≤300nm,所述导电浆料的组分包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、粘结剂和溶剂。
2.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电石墨的粒径(D50)2~6μm,比表面积20~30m2/g;
所述碳纳米管在扫描电镜下呈链状,长度为10~15μm。
3.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电炭黑的吸油值为2.5~3.5ml/g。
4.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电石墨和导电炭黑的质量比为(1.5~2.8):1。
5.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电浆料的粘度为50~200Cp。
6.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述导电浆料的组分按质量百分比算包括:导电石墨7%~10%、导电炭黑2.8%~4.8%、碳纳米管0.5%~1.0%、分散剂25%~35%和余量溶剂。
7.如权利要求1所述的电池集流体,其特征在于,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮溶液、γ-丁内酯溶液、乙醇溶液、异丙醇溶液、正丙醇溶液或水溶液。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的电池集流体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备导电浆料;
将粘结剂和第一部分溶剂混合均匀,得到混合溶液A;
将导电石墨和导电炭黑加入混合溶液A中,搅拌均匀,得到混合溶液B;
将碳纳米管和第二部分溶剂加入到混合溶液B中,得到导电浆料;
S2、将导电浆料涂覆在金属箔材表面,形成单面厚度≤300nm的导电涂层。
9.如权利要求8所述的电池集流体的制备方法,其特征在于,采用涂布机将导电浆料涂覆在金属箔材的至少一面上;
其中,所述涂布机包括机架、带料辊、下压辊、传动辊和浆料池,所述带料辊、下压辊和传动辊连接在机架上,所述浆料池设于带料辊的下方,所述下压辊设于带料辊的上方,所述带料辊设有凹陷区域和非凹陷区域,所述凹陷区域沿着带料辊的表面向内凹陷预设深度,所述凹陷区域涂有陶瓷涂层,且所述陶瓷涂层设有多个凹孔。
10.如权利要求9所述的电池集流体的制备方法,其特征在于,导电浆料经过除铁装置除铁后输送至浆料池;
其中,所述除铁装置包括壳体、上盖和磁性棒,所述壳体设有容纳腔,所述上盖盖合在壳体上,且所述磁性棒插入到所述容纳腔内;所述上盖设有吊环,所述磁性棒通过滑块与吊环形成滑动连接;所述磁性棒的侧壁设有多个向外倾斜伸出的磁条,所述磁条与所述磁性棒的夹角为20~60度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011638765.XA CN112820881A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种电池集流体及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011638765.XA CN112820881A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种电池集流体及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112820881A true CN112820881A (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=75857656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011638765.XA Pending CN112820881A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种电池集流体及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112820881A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116344830A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-27 | 江阴纳力新材料科技有限公司 | 一种高导电低吸水纳米涂碳集流体及其制备方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130117985A (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-29 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬일차전지의 양극 및 그 제조방법 |
CN105375035A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-03-02 | 东莞新能源科技有限公司 | 一种集流体,其制备方法以及含有该集流体的锂离子电池 |
CN107534116A (zh) * | 2015-03-02 | 2018-01-02 | 株式会社Lg化学 | 用于电化学装置的分隔膜的制备方法和制备设备 |
CN108258245A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-07-06 | 中航锂电(洛阳)有限公司 | 一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池 |
CN108365227A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-03 | 福建猛狮新能源科技有限公司 | 一种多维度导电复合集流体及其制造方法 |
CN110328097A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-10-15 | 东莞市宇澔新材料有限公司 | 一种新型涂布机 |
CN110660957A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片和电化学装置 |
JP2020138167A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 積水化学工業株式会社 | 塗工装置、塗工方法、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法、及びドクターブレード |
CN111710871A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-09-25 | 银隆新能源股份有限公司 | 锂离子电池集流体导电涂料、锂离子电池集流体、极片及锂离子电池 |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011638765.XA patent/CN112820881A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130117985A (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-29 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬일차전지의 양극 및 그 제조방법 |
CN107534116A (zh) * | 2015-03-02 | 2018-01-02 | 株式会社Lg化学 | 用于电化学装置的分隔膜的制备方法和制备设备 |
CN105375035A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-03-02 | 东莞新能源科技有限公司 | 一种集流体,其制备方法以及含有该集流体的锂离子电池 |
CN108258245A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-07-06 | 中航锂电(洛阳)有限公司 | 一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池 |
CN108365227A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-03 | 福建猛狮新能源科技有限公司 | 一种多维度导电复合集流体及其制造方法 |
CN110660957A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片和电化学装置 |
JP2020138167A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 積水化学工業株式会社 | 塗工装置、塗工方法、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法、及びドクターブレード |
CN110328097A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-10-15 | 东莞市宇澔新材料有限公司 | 一种新型涂布机 |
CN111710871A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-09-25 | 银隆新能源股份有限公司 | 锂离子电池集流体导电涂料、锂离子电池集流体、极片及锂离子电池 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116344830A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-27 | 江阴纳力新材料科技有限公司 | 一种高导电低吸水纳米涂碳集流体及其制备方法 |
CN116344830B (zh) * | 2023-03-24 | 2024-04-19 | 江阴纳力新材料科技有限公司 | 一种高导电低吸水纳米涂碳集流体及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102760867B (zh) | 包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板、其制备方法以及由其组装的铅酸超级电池 | |
CN108091824A (zh) | 锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池 | |
CN107565112A (zh) | 一种石墨烯包覆锂离子二次电池正极材料的制备方法 | |
CN102130323B (zh) | 一种含多孔聚合物弹性体的锂离子电池薄膜负极及制备方法 | |
CN111819716B (zh) | 包含纤维素基导电高分子的活性物质组合物用粘结剂及利用其制备而成的锂离子电池 | |
CN104241696A (zh) | 一种高能量密度的锂离子电池及其制备方法 | |
CN106784827A (zh) | 介孔石墨烯导电浆料和制备方法及用途 | |
CN112103509B (zh) | 正极集流体、正极片、锂离子电池及电池模组 | |
CN106356536A (zh) | 一种锂离子电池负极及其制备方法 | |
CN111048781A (zh) | 一种耐高压实的复合导电剂及其在锂离子电池中的应用 | |
CN113659149B (zh) | 一种锂电池负极及其制备方法和电池 | |
CN112820881A (zh) | 一种电池集流体及其制备方法 | |
CN112820879A (zh) | 一种电池集流体及其制备方法 | |
WO2021184222A1 (zh) | 一种基于石墨烯量子点及其衍生物的导电涂层材料及其应用 | |
CN109817984B (zh) | 高功率石墨负极浆料制备方法 | |
CN113193202A (zh) | 一种电池集流体及其制备方法 | |
CN112820880A (zh) | 一种电池集流体及其制备方法 | |
CN109244360A (zh) | 粘结剂及其应用、正极浆料及其应用、锂离子电池正极极片、锂离子电池及其应用 | |
CN111370642A (zh) | 一种基于石墨烯量子点及其衍生物的导电涂层材料及其应用 | |
CN113206251B (zh) | 一种锂离子电池特殊结构复合导电剂及含有该导电剂电池的制备方法 | |
JP7301082B2 (ja) | 二次電池用電極の製造方法および二次電池の製造方法 | |
CN212874548U (zh) | 锂电池及其正极片、辊压结构及装置 | |
CN115275097A (zh) | 一种负极极片及其制备方法和应用 | |
CN114335419A (zh) | 一种锂电池负极极片和锂电池 | |
CN114709468A (zh) | 一种半固态锂离子电池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210518 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |