CN114664476A - 抗氧化导电铜浆料、制备方法及其应用 - Google Patents

抗氧化导电铜浆料、制备方法及其应用 Download PDF

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CN114664476A CN202210263197.2A CN202210263197A CN114664476A CN 114664476 A CN114664476 A CN 114664476A CN 202210263197 A CN202210263197 A CN 202210263197A CN 114664476 A CN114664476 A CN 114664476A
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何博
董鑫
杨泽君
李鹏
徐希翔
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Xian Longi Solar Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种抗氧化导电铜浆料、制法及其应用,所述抗氧化导电铜浆料包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,并将其作为交联剂,在固化温度下,交联剂中的硫醇/硫酚被释放出来,而硫醇/硫酚的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,从而可以达到优异的抗氧化作用,此外,由于在固化温度下,交联剂中的硫醇/硫酚被释放出来,而硫醇/硫酚的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,从而可以达到优异的抗氧化作用。

Description

抗氧化导电铜浆料、制备方法及其应用
技术领域
本申请涉及电池技术领域,尤其涉及一种抗氧化导电铜浆料、制备方法及其应用。
背景技术
银浆等贵金属浆料因其具有优异的电导率,而在半导体、电子、汽车、新能源等领域得到了广泛的应用,但是,由于银等贵金属价格昂贵,且银浆在使用过程中存在迁移现象,促使人们逐渐转向用贱金属替代贵金属制备导电浆料的研究。
铜的导电性仅次于银,没有迁移现象,且价格便宜,因此在导电浆料技术的发展中逐渐得到了人们的重视。但是,铜在空气中容易被氧化,其长期使用的稳定性面临挑战。
发明内容
在导电铜浆料的发展中,寻找并克服铜的氧化性一直是研究的重点。本申请所述的铜浆料中使用具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,并使用其作为交联剂,其中的硫醇/硫酚在固化温度下被释放出来,从而发挥其还原性保护铜粉不被氧化,达到了高导电性的效果,而且可在低温下快速固化,其在空气氛围下具有稳定的导电性,而在高温氧化实验(200℃,60min)中,表现出优异的抗氧化性。
本申请具体技术方案如下:
1.具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物作为交联剂的用途。
2.具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物在抗氧化导电铜浆料的用途。
3.根据权利要求1或2所述的用途,其中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。
4.根据权利要求3所述的用途,其中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。
5.根据权利要求3或4所述的用途,其中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
6.一种抗氧化导电铜浆料,其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。
7.根据权利要求6所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。
8.根据权利要求7所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。
9.根据权利要求7或8所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,以在所述抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物为1-10%,优选为2-7%。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述抗氧化导电铜浆料还包含铜粉、树脂、促进剂、助剂和导电增强填料。
12.根据权利要求11所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述铜粉的粒径D50为0.1-10μm,优选地,所述铜粉的形状为片状、球状和/或树枝状。
13.根据权利要求11或12所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述树脂选自环氧树脂、聚酰胺树脂、饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或两种以上。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述促进剂选自有机胺类、咪唑类、三氟化硼络合物类、有机锡类和过渡金属络合物类中一种或两种以上。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述助剂选自分散剂、稳定剂、触变剂和偶联剂中的一种或两种以上。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述导电增强填料选自纳米或亚微米级的炭黑、石墨烯、碳纳米管、镍粉、锡粉、铟粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上。
17.根据权利要求11-16中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述抗氧化导电铜浆料还包含溶剂,优选地,所述溶剂选自碳原子数为2-16的含羟基化合物、碳原子数为2-18的含醚基化合物、碳原子数为3-12的含羰基的化合物和碳原子数为2-16的含酯基化合物中的一种或两种以上。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,以在抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述铜粉为75-85%,所述树脂为3-11%,所述促进剂为0.05-0.5%,所述助剂为0.05-0.5%,所述导电增强填料为0.1-1%,所述溶剂为2-5%。
19.一种制备抗氧化导电铜浆料的方法,包括:
将树脂、溶剂、具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物、促进剂和助剂混合得到第一混合物;
将铜粉和导电增强填料混合得到第二混合物;
将第一混合物和第二混合物混合得到抗氧化导电铜浆料。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,将第一混合物和第二混合物混合后进行一次分散和二次分散得到所述抗氧化导电铜浆料。
21.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述导电铜浆料在室温下的粘度为150-350Pa·s。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法,其中,所述树脂、具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物、促进剂、助剂、铜粉和导电增强填料为权利要求11-18中任一项所述的抗氧化导电铜浆料中的原料。
23.一种电极,其包含权利要求6-18中任一项所述的抗氧化导电铜浆料或者权利要求19-22中任一项所述的方法制备得到的抗氧化导电铜浆料。
24.一种电池,其包含权利要求23所述的电极。
发明的效果
本申请所述的铜浆料,其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,并将其作为交联剂,在固化温度下,交联剂中的硫醇/硫酚被释放出来,而硫醇/硫酚的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,从而可以达到优异的抗氧化作用。
此外,由于具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇/硫酚与多异氰酸酯结合得到的,硫醇/硫酚不能发挥其抗氧化性,也不会与环氧树脂发生反应,从而使浆料在储存温度(室温)下十分稳定,粘度等不会发生明显的变化。
具体实施方式
下面对本申请做以详细说明。虽然显示了本申请的具体实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请,并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是,在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解,技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然而所述描述乃以说明书的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
本申请提供了具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物作为交联剂的用途。
本申请还提供了具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物在抗氧化导电铜浆料的用途。
在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。在一些实施方式中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。在一些实施方式中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
例如,所述硫醇可以为正丙硫醇、正丁硫醇、正戊硫醇、正己硫醇、正庚硫醇、正辛硫醇、正壬硫醇、正癸硫醇、正十一硫醇、正十二硫醇、异丁硫醇、异戊硫醇、异辛硫醇、仲丁硫醇或仲辛硫醇、环戊硫醇、环己硫醇、2-甲基四氢呋喃-3-硫醇、2-噻吩硫醇、苄硫醇、2-苯乙硫醇等;
所述硫酚可以为苯硫酚、2-甲基苯硫酚、3-甲基苯硫酚、4-甲基苯硫酚、4-氟苯硫酚、2-萘硫酚、5-巯基-1-甲基四氮唑、3-巯基-4-甲基-1,2,4-三氮唑、2-巯基-1-甲基咪唑、2-巯基噻唑啉、2-巯基吡啶、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并恶唑、2-巯基苯并硒唑、5-氟-2-巯基苯并噻唑等。
本申请提供了一种抗氧化导电铜浆料,其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物作为交联剂。
所述硫醇/硫酚是指含有-SH结构的有机化合物,其中,如果与-SH结构直接连接的是脂肪烷烃,则为硫醇,如果与-SH结构直接连接的是芳香烃,则为硫酚。
所述多异氰酸酯化合物指的是指至少含有两个-N=C=O结构的有机化合物。
本申请所述的抗氧化导电铜浆料,由于其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应所得到的,所述的抗氧化导电铜浆料在固化温度下,硫醇或硫酚被释放出来,而硫醇或硫酚分子的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,因此,通过在导电铜浆料中添加硫醇/硫酚化合物可以达到优异的抗氧化作用。
但是,由于硫醇/硫酚含有活泼氢,其在室温下即可快速与环氧树脂等发生反应,从而一方面降低了树脂体系的固化性能,另一方面缩短了导电浆料的适用期限,导致浆料的稳定性差,并且难以大规模生产,而通过将硫醇/硫酚化合物与多异氰酸酯化合物反应生成具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应所得到的,所述的抗氧化导电铜浆料在固化温度下,硫醇或硫酚被释放出来,而硫醇或硫酚分子的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,避免了上述问题,从而使浆料达到室温稳定、适用期长的优点,适合大规模生产。
在一些实施方式中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。
对于1-30的脂肪族硫醇化合物和碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物的具体种类,本申请不作任何限制,其可以根据本领域的需要进行选择,例如所述碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物可以为正丙硫醇、正丁硫醇、正戊硫醇、正己硫醇、正庚硫醇、正辛硫醇、正壬硫醇、正癸硫醇、正十一硫醇、正十二硫醇、异丁硫醇、异戊硫醇、异辛硫醇、仲丁硫醇或仲辛硫醇、环戊硫醇、环己硫醇、2-甲基四氢呋喃-3-硫醇、2-噻吩硫醇、苄硫醇、2-苯乙硫醇等,所述碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物可以为苯硫酚、2-甲基苯硫酚、3-甲基苯硫酚、4-甲基苯硫酚、4-氟苯硫酚、2-萘硫酚、5-巯基-1-甲基四氮唑、3-巯基-4-甲基-1,2,4-三氮唑、2-巯基-1-甲基咪唑、2-巯基噻唑啉、2-巯基吡啶、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并恶唑、2-巯基苯并硒唑、5-氟-2-巯基苯并噻唑等。
在一些实施方式中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上,例如可以是其中的一种、两种、三种、四种或五种以上。
在一些实施方式中,以在所述抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物为1-10%,优选为2-7%。
例如,以在所述抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物可以为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等。
在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料还包含铜粉、树脂、促进剂、助剂和导电增强填料,优选地,所述铜粉的粒径D50为0.1-10μm,进一步优选地,所述铜粉的形状为片状、球状和/或树枝状。
所述铜粉是起到导电作用,铜微粒相互接触,形成电荷传递通路,所述树脂是形成骨架作用,固化后,树脂分子间彼此连接,从而在铜粉之间、铜粉与基体之间形成紧密接触;所述导电增强填料是填补铜粉之间的空隙(炭黑),增强铜粉之间及其与基体之间的接触(铟粉),增加铜浆料的导电性(银粉),所述助剂是分散剂、稳定剂、触变剂和偶联剂中至少一种,其中,分散剂起到降低树脂体系的表面张力,使固液两相形成均匀的混合物;稳定剂起到在铜粉之间形成静电排斥力,从而减缓铜粉在浆料中的沉降作用;触变剂起到在浆料静态时提供氢键力减缓其流动性,而在操作(如如丝网印刷)等流动态时氢键断裂,流动性增加,具备良好的成型工艺;偶联剂起到增强固化后的浆料与基体(如硅片)的粘结力,从而减小接触电阻。所述促进剂是有机胺类、咪唑类、三氟化硼络合物类、有机锡类和过渡金属络合物类中的至少一种,起到催化固化反应,降低固化温度、减少固化时间的作用。
例如,所述铜粉的粒径D50可以为0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。
在一些实施方式中,所述树脂选自环氧树脂、聚酰胺树脂、饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或两种以上,例如可以是其中的一种、两种、三种、四种或五种以上。
在一些实施方式中,所述促进剂选自有机胺类、咪唑类、三氟化硼络合物类、有机锡类和过渡金属络合物类中一种或两种以上,例如可以是其中的一种、两种、三种、四种或五种以上,对于有机胺类、咪唑类、三氟化硼络合物类、有机锡类和过渡金属络合物类的具体种类,本申请不作任何限制,其可以根据需要进行选择,例如所述有机胺类可以为三丙胺或三乙醇胺等;所述咪唑类可以为2-甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑等;所述三氟化硼络合物类可以为三氟化硼乙胺络合物;所述有机锡类可以为异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡等;所述过渡金属络合物类可以为乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴等。
在一些实施方式中,所述助剂选自分散剂、稳定剂、触变剂和偶联剂中的一种或两种以上,例如,可以为其中的一种、两种、三种或四种。
对于分散剂、稳定剂、触变剂和偶联剂的具体种类,本申请不作任何限制,其均是本领域常用的材料,例如所述分散剂可以为油酸;
所述稳定剂可以为亚磷酸酯;
所述触变剂可以为聚酰胺蜡;
所述偶联剂可以为异丁基三乙氧基硅烷。
在一些实施方式中,所述导电增强填料选自纳米或亚微米级的炭黑、石墨烯、碳纳米管、镍粉、锡粉、铟粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上,例如,可以为其中的一种、两种、三种、四种或五种以上。
在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料还包含溶剂,优选地,所述溶剂选自碳原子数为2-16的含羟基化合物、碳原子数为2-18的含醚基化合物、碳原子数为3-12的含羰基的化合物和碳原子数为2-16的含酯基化合物中的一种或两种以上。
所述溶剂是将上述其他成分分散在该溶剂中,形成具有一定粘度的浆料,对于上述溶剂中碳原子数为2-16的含羟基化合物、碳原子数为2-18的含醚基化合物、碳原子数为3-12的含羰基的化合物和碳原子数为2-16的含酯基化合物的具体种类,本申请不作任何限制,其可以根据需要进行选择,例如,碳原子数为2-16的含羟基化合物可以为α-松油醇;碳原子数为2-18的含醚基化合物可以为乙二醇单甲醚或丙二醇苯醚;碳原子数为3-12的含羰基的化合物可以为二丙基甲酮;碳原子数为2-16的含酯基化合物可以为乙酸丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯。
在一些实施方式中,以在抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述铜粉为75-85%,所述树脂为3-11%,所述促进剂为0.05-0.5%,所述助剂为0.05-0.5%,所述导电增强填料为0.1-1%,所述溶剂为2-5%。
在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。
在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。在一些实施方式中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。在一些实施方式中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。在一些实施方式中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。在一些实施方式中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。在一些实施方式中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。在一些实施方式中,以在所述抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物为1-10%,优选为2-7%。在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料还包含铜粉、树脂、促进剂、助剂和导电增强填料。在一些实施方式中,所述铜粉的粒径D50为0.1-10μm,优选地,所述铜粉的形状为片状、球状和/或树枝状。在一些实施方式中,所述树脂选自环氧树脂、聚酰胺树脂、饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或两种以上。在一些实施方式中,所述促进剂选自有机胺类、咪唑类、三氟化硼络合物类、有机锡类和过渡金属络合物类中一种或两种以上。在一些实施方式中,所述助剂选自分散剂、稳定剂、触变剂和偶联剂中的一种或两种以上。在一些实施方式中,所述导电增强填料选自纳米或亚微米级的炭黑、石墨烯、碳纳米管、金属镍粉、金属锡粉、金属铟粉、金属银粉和金属铝粉中的一种或两种以上。在一些实施方式中,所述抗氧化导电铜浆料还包含溶剂,优选地,所述溶剂选自碳原子数为2-16的含羟基化合物、碳原子数为2-18的含醚基化合物、碳原子数为3-12的含羰基的化合物和碳原子数为2-16的含酯基化合物中的一种或两种以上。在一些实施方式中,以在抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述铜粉为75-85%,所述树脂为3-11%,所述促进剂为0.05-0.5%,所述助剂为0.05-0.5%,所述导电增强填料为0.1-1%,所述溶剂为2-5%。
本申请所述的抗氧化导电铜浆料由于含有具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,具有优异的抗氧化性,并且具有较好的稳定性。
本申请提供了一种制备抗氧化导电铜浆料的方法,其包括将:
将树脂、具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物、促进剂和助剂混合得到第一混合物;
将铜粉和导电增强填料混合得到第二混合物;
将第一混合物和第二混合物混合得到抗氧化导电铜浆料。
对于具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物的合成,其是通过本领域常规的方法合成得到,例如,将硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物进行反应得到。
在一些实施方式中,将第一混合物和第二混合物混合后进行一次分散和二次分散得到所述抗氧化导电铜浆料。
在一些实施方式中,所述导电铜浆料在室温下的粘度为150-350Pa·s。
在一些实施方式中,所述树脂、具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物、促进剂、助剂、铜粉和导电增强填料为上述所述的抗氧化导电铜浆料中的原料。
本申请提供了一种电极,其包含上述所述的抗氧化导电铜浆料或者上述所述的方法制备得到的抗氧化导电铜浆料。
本申请提供了一种电池,其包含上述所述的电极。
本申请所述的抗氧化导电铜浆料,其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应所得到的,使得抗氧化导电铜浆料在固化温度下,硫醇或硫酚被释放出来,而硫醇或硫酚分子的巯基与铜络合从而吸附在铜粉表面,阻隔了氧化物与铜发生反应,同时,硫醇/硫酚还具有还原性,能够优先与氧化物反应,或者将已经氧化的铜还原,使得抗氧化导电铜浆料具有高导电性的效果,并且在低温下快速固化,其在空气氛围下具有稳定的导电性,在室温下放置6个月后,其导电性几乎没有变化,并且所述抗氧化导电铜浆料在200℃的空气中氧化60min后,其导电性虽然下降,但仍然具有较好的导电性。
实施例
本申请对试验中所用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述,在下面的实施例中,如果无其他特别的说明,%表示wt%,即重量百分数。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
(1)铜粉的预清洗:配制10wt%的甲酸的无水乙醇溶液100mL,按照4:1质量比称取粒径D50=1μm的片状铜粉和粒径D50=0.5μm的球状铜粉共100g,将其加入甲酸溶液中超声清洗15min,离心倾出上清液,用50mL无水乙醇超声清洗铜粉5min,离心倾出上清液,用真空干燥箱烘干铜粉(40℃,-0.095MPa,120min)。
(2)树脂载体(树脂和溶剂的混合物)的配制:按照质量比45:25:20:10称取双酚F环氧树脂170、氢化双酚A环氧树脂YDH3000、二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇,通过磁力搅拌使混合物均匀,得到树脂载体。
(3)粗浆料的配制:将步骤(2)制备的树脂载体、交联剂、促进剂2-乙基-4-甲基咪唑、分散剂ED 2020按照质量比70:28:1:1配制并混合,通过高速分散机进行搅拌得到树脂组分,将铜粉、炭黑(D50=1μm)按照质量比99.5:0.5进行混合得到铜粉组分,将上述树脂组分和铜粉组分按照质量比85:15进行预混合,得到粗浆料,其中,交联剂的制备如下:
在氮气保护下,将5.6g(25mmol)异佛尔酮二异氰酸酯、7.3g(50mmol)十二烷基硫醇、50mL无水四氢呋喃加入100mL烧瓶中,在搅拌下加入0.003g(0.025mmol)三乙胺,室温反应8小时,向反应液中缓慢加入100mL石油醚,析出白色固体,过滤,滤固用石油醚搅拌清洗三次,用真空烘箱烘干(40℃,-0.095MPa,60min),得到交联剂。
(4)浆料的配制:将所得粗浆料倒入三辊研磨机进行一次分散,将一次分散浆料加入真空脱泡机进行脱泡及二次分散,得到所述抗氧化导电铜浆料,抗氧化导电铜浆料的粘度测试仪器采用博勒飞DV2THA型旋转粘度计,使用14号转子,转速10rpm,恒温(25℃),在120秒内,每间隔30秒读数,连续测量三次取整上下极值,得到所述抗氧化导电铜浆料粘度为200-300Pa·s(25℃)。
实施例2
按照与实施例1相同的方法制备得到抗氧化导电铜浆料,其中,交联剂是按照实施例1所述的方法使用2-巯基苯并噻唑与二苯甲烷二异氰酸酯制备得到,按照实施例1所述的方法测定抗氧化导电铜浆料的粘度,其为250-350Pa·s(25℃)。
实施例3
按照与实施例1相同的方法制备得到抗氧化导电铜浆料,其中,交联剂是按照实施例1所述的方法使用2-巯基苯并咪唑与1,6-己二异氰酸酯制备得到,按照实施例1所述的方法测定抗氧化导电铜浆料的粘度,其为150-250Pa·s(25℃)。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备抗氧化导电铜浆料,其与实施例2的区别在于,对比例1使用的交联剂为Trixene BI7982,按照实施例1所述的方法测定抗氧化导电铜浆料的粘度,其为180-230Pa·s(25℃)。
表1实施例和对比例中各组分的含量表
Figure BDA0003551530350000131
注:表中每个实施例各个组分的之和不等于100%是因为四舍五入导致的结果。
实验例
将实施例以及对比例所得到的抗氧化导电铜浆料通过目数为100~500目数的网版丝网印刷到尺寸200mm*150mm超白玻璃基板上,在氮气氛围下,将样品在加热台上140℃预固化5min,180℃固化20min,待其冷却后测方块电阻;在室温下(环境为温度25±2℃、湿度45±5%)放置6个月,然后测其方块电阻,在通用鼓风烘箱中200℃氧化60min,然后测其方块电阻,其测试结果如表2所示,其中,A和B表示平行试验;方块电阻的测量方法:采用广州四探针科技有限公司的RTS-8型四探针测试仪,直接读数得到。
表2实施例和对比例的性能参数表
Figure BDA0003551530350000141
从上表可以看出,本申请所述的抗氧化导电铜浆料具有优异的导电性和稳定的抗氧化性,所述抗氧化导电铜浆料经过六个月的室温自然储存,其导电性几乎没有变化,说明其几乎未被氧化;上述抗氧化导电铜浆料在200℃的空气中氧化60min后,其导电性虽然下降,但仍然具有较好的导电性。而对于对比例1,其使用现有技术中的交联剂得到的浆料,固化后初始方块电阻较高,在室温放置6个月后或者在空气中200℃氧化60分钟后,其方块电阻就超出了测试仪器的量程范围,铜浆料未体现出导电性,说明本申请所述的浆料具有较好的抗氧化作用。
以上所述,仅是本申请的较佳实施例而已,并非是对本申请作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本申请技术方案内容,依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本申请技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗氧化导电铜浆料,其包含具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物。
2.根据权利要求1所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物是通过硫醇或硫酚与多异氰酸酯化合物反应得到。
3.根据权利要求2所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述硫醇或硫酚是碳原子数为1-30的脂肪族硫醇化合物和/或碳原子数为2-30的芳香族硫酚化合物。
4.根据权利要求2或3所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述多异氰酸酯化合物选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,3-二异氰酸基甲苯、1,6-己二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲苯、2,4-二异氰酸酯甲苯、2,5-二异氰酸酯甲苯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己烷二甲基二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、L-赖氨酸三异氰酸酯和三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,以在所述抗氧化导电铜浆料中所占的质量百分比计,所述具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物为1-10%,优选为2-7%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述抗氧化导电铜浆料还包含铜粉、树脂、促进剂、助剂和导电增强填料。
7.根据权利要求6所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述铜粉的粒径D50为0.1-10μm,优选地,所述铜粉的形状为片状、球状和/或树枝状。
8.根据权利要求6或7所述的抗氧化导电铜浆料,其中,所述树脂选自环氧树脂、聚酰胺树脂、饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或两种以上。
9.一种制备抗氧化导电铜浆料的方法,包括:
将树脂、溶剂、具有硫代氨基甲酸酯结构单元的化合物、促进剂和助剂混合得到第一混合物;
将铜粉和导电增强填料混合得到第二混合物;
将第一混合物和第二混合物混合得到抗氧化导电铜浆料。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,将第一混合物和第二混合物混合后进行一次分散和二次分散得到所述抗氧化导电铜浆料。
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