CN114300653A

CN114300653A - 一种锂电池用涂碳铝箔及其制备方法

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Publication number: CN114300653A
Application number: CN202111675552.9A
Authority: CN
Inventors: 岳永; 徐伟农; 汤有清
Original assignee: Dodo Aluminium Suzhou Co ltd
Current assignee: Dodo Aluminium Suzhou Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明提供了一种锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，包括铝箔基体和涂炭层；所述涂炭层是由导电浆料经涂覆固化得到；所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂15‑20份、碳纳米管1‑3份、石墨烯3‑7份、普通导电炭黑1‑3份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1‑3份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.2‑0.4份、N‑(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.5‑1份、溶剂30‑50份。本发明还公开了一种所述锂电池用涂炭铝箔的制备方法。本发明公开的锂电池用涂炭铝箔导电性、耐腐蚀性、散热性和粘结性好，能有效提高锂电池的低温放电能力、延长循环寿命。

Description

一种锂电池用涂碳铝箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法。

背景技术

近年来，锂电池广泛应用于手机、便携式电脑、照相机、摄像机等电子产品领域，而且应用领域仍在不断扩展之中，已经成为动力电池的主要选择。锂电池具有能量密度大、电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、工作温度范围广、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点。

锂离子电池普遍使用铝箔或涂碳铝箔作为正极材料的载体，而通过在铝箔表面涂覆导电碳层可抑制电池极化、减少热效应、提高电池的倍率性能，同时可提高活性物质与铝箔的粘附性，减少粘结剂的用量。采用上述涂炭铝箔的锂电池导电性、倍率性能和散热性能好。然而，现有的锂电池涂碳铝箔或多或少存在涂炭层附着力较差易剥落，为提高附着力而增加碳导电浆料的粘结剂，会降低涂炭层的导电率；铝箔表面存在氧化铝膜，影响涂碳铝箔的导电性能等缺陷。除此之外，现有的锂电池涂碳铝箔制备过程中忽略了对锂电池表面氧化层和油污的有效处理，从而直接进行涂炭，导致导电能力差、无法降低界面电阻、降低了电池的低温放电能力、缩短了循环寿命，同时涂碳方法不太合理，导致结果不尽人意。

为了解决上述问题，中国发明专利CN107507981B公开了一种含有聚多巴胺的涂炭集流体，涂层中包含聚多巴胺以及石墨烯，其特征在于，具体涂敷步骤如下：(1)将多巴胺单体溶于一定的HCl溶剂中，配制成多巴胺浓度为50～100mmol·L^-1的碱性溶液；(2)将集流体浸渍于步骤(1)的溶液中，静置24h～48h，清洗，真空条件下，在100℃～120℃温度范围内烘干，放置至室温后备用；(3)含有石墨烯的炭均匀分散在溶剂中；其针对在大电流充放电条件下，电池内部产生的大量热不能很快散失的问题，利用聚多巴胺和石墨烯良好的导热特性，在集流体表面涂覆石墨烯与聚多巴胺的复合涂层，进一步提高集流体与活性物质的结合强度，同时，达到降低电池内部温度的作用。然而，该发明中由于涂炭层与正极活性物料的粘结性改进不明显，且未对石墨烯进行改性，对涂碳铝箔导电性的提高没有明显帮助。

因此，开发一种导电性、耐腐蚀性、散热性和粘结性好，能有效提高锂电池的低温放电能力、延长循环寿命的锂电池用涂炭铝箔及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进锂电池领域的进一步发展具有非常重要的意义。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种导电性、耐腐蚀性、散热性和粘结性好，能有效提高锂电池的低温放电能力、延长循环寿命的锂电池用涂炭铝箔及其制备方法。该制备方法简单，对设备依赖性小，制备效率和良品率高，适合连续规模化生产需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，包括铝箔基体和涂炭层；所述涂炭层是由导电浆料经涂覆固化得到；所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂15-20份、碳纳米管1-3份、石墨烯3-7份、普通导电炭黑1-3份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1-3份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.2-0.4份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.5-1份、溶剂30-50份。

优选的，所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)1-3份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸2-4份、水溶性壳聚糖4-6份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯35-55份。

优选的，所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物的制备方法参见中国发明专利申请CN202010346147.1中的实施例3。

优选的，所述聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列的制备方法参见中国发明专利CN103343377B中实施例1。

优选的，所述水溶性壳聚糖的取代度为70-80％，重均分子量为10-15万。

优选的，所述聚乙二醇型端氨基聚氨酯的数均分子量为3-6万，是由数均分子量为200的聚乙二醇与2,4-甲苯二异氰酸酯缩聚反应制成。

优选的，所述溶剂为乙醇、异丙醇或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。

本发明的另一个目的，在于提供一种所述锂电池用涂炭铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将导电浆料各组分按重量份混合均匀后，研磨，得到导电浆料；然后将导电浆料涂覆于所述铝箔基体上，烘干后得到所述涂炭铝箔。

具体实施方式

下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。

本申请锂电池用涂炭铝箔，包括铝箔基体和涂炭层；所述涂炭层是由导电浆料经涂覆固化得到；所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂15-20份、碳纳米管1-3份、石墨烯3-7份、普通导电炭黑1-3份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1-3份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.2-0.4份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.5-1份、溶剂30-50份。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供一种锂电池用涂炭铝箔，该涂炭铝箔导电性、耐腐蚀性、散热性和粘结性好，能有效提高锂电池的低温放电能力、延长循环寿命；同时本发明还提供一种所述锂电池用涂炭铝箔的制备方法，该制备方法简单，对设备依赖性小，制备效率和良品率高，适合连续规模化生产需求。

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，包括铝箔基体和涂炭层；所述涂炭层是由导电浆料经涂覆固化得到；所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂15份、碳纳米管1份、石墨烯3份、普通导电炭黑1份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.2份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.5份、溶剂30份。

所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)1份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸2份、水溶性壳聚糖4份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯35份。

所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物的制备方法参见中国发明专利申请CN202010346147.1中的实施例3；所述聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列的制备方法参见中国发明专利CN103343377B中实施例1。

所述水溶性壳聚糖的取代度为70％，重均分子量为10万；所述聚乙二醇型端氨基聚氨酯的数均分子量为3万，是由数均分子量为200的聚乙二醇与2,4-甲苯二异氰酸酯缩聚反应制成；所述溶剂为乙醇。

一种所述锂电池用涂炭铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将导电浆料各组分按重量份混合均匀后，研磨，得到导电浆料；然后将导电浆料涂覆于所述铝箔基体上，烘干后得到所述涂炭铝箔。

实施例2

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂17份、碳纳米管1.5份、石墨烯4份、普通导电炭黑1.5份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1.5份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.25份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.6份、溶剂35份；所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)1.5份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸2.5份、水溶性壳聚糖4.5份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯40份。

实施例3

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂18份、碳纳米管2份、石墨烯5份、普通导电炭黑2份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物2份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.3份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.8份、溶剂40份；所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)2份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸3份、水溶性壳聚糖5份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯45份。

实施例4

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂19份、碳纳米管2.5份、石墨烯6.5份、普通导电炭黑2.5份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物2.5份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.35份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.9份、溶剂45份；所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)2.5份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸3.5份、水溶性壳聚糖5.5份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯52份。

实施例5

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂20份、碳纳米管3份、石墨烯7份、普通导电炭黑3份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物3份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.4份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐1份、溶剂50份；所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)3份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸4份、水溶性壳聚糖6份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯55份。

对比例1

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加碳纳米管和哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)。

对比例2

本例提供一种锂电池用涂炭铝箔及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加烟酰胺腺嘌呤双核苷酸和聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列。

将各例产品分别参考我国现行国标和常规方法进行相关性能测试，测试方法参见中国发明专利CN 110676462 A中的测试方法，测试结果见表1所示。

表1

从表1可以看出，本发明实施例公开的锂电池用涂炭铝箔较对比例产品，具有更加优异的粘结力、耐腐蚀性和导电性；碳纳米管、哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸和聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列的加入对改善上述性能均有益。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，包括铝箔基体和涂炭层；所述涂炭层是由导电浆料经涂覆固化得到；所述导电浆料是由如下按重量份计的各组分制成：粘结剂15-20份、碳纳米管1-3份、石墨烯3-7份、普通导电炭黑1-3份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物1-3份、聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列0.2-0.4份、N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐0.5-1份、溶剂30-50份。

2.根据权利要求1所述的锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，所述粘结剂是由如下按重量份计的各原料制成：哌嗪-N,N'-双(2-羟基丙烷磺酸)1-3份、烟酰胺腺嘌呤双核苷酸2-4份、水溶性壳聚糖4-6份、聚乙二醇型端氨基聚氨酯35-55份。

3.根据权利要求1所述的锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物的制备方法参见中国发明专利申请CN202010346147.1中的实施例3；所述聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列的制备方法参见中国发明专利CN103343377B中实施例1。

4.根据权利要求2所述的锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，所述水溶性壳聚糖的取代度为70-80％，重均分子量为10-15万。

5.根据权利要求2所述的锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，所述聚乙二醇型端氨基聚氨酯的数均分子量为3-6万，是由数均分子量为200的聚乙二醇与2,4-甲苯二异氰酸酯缩聚反应制成。

6.根据权利要求1所述的锂电池用涂炭铝箔，其特征在于，所述溶剂为乙醇、异丙醇或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述锂电池用涂炭铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将导电浆料各组分按重量份混合均匀后，研磨，得到导电浆料；然后将导电浆料涂覆于所述铝箔基体上，烘干后得到所述涂炭铝箔。