一种锂离子电池用水系底涂集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池水系底涂集流体的制备方法，包括以下步骤：制备水系底涂浆料：将水系分散剂和水先混合，之后加入片状导电碳和球形导电碳搅拌，再加入水系粘结剂，得到水系底涂浆料；将所述水系底涂浆料涂覆在所述集流体基材表面，干燥后形成一底涂层，得到水系底涂集流体。所述水系底涂集流体的表面粗糙度较高，可以提高水系底涂集流体和活性物之间的剥离强度，并且改善两者之间的接触电阻，进而降低电池内阻、提高电池的压实密度和能量密度，为电池动力续航提供可能。

Water bottom coating fluid for lithium ion battery, preparation method and application thereof

The present invention provides a method for preparing lithium ion battery water base coating liquid, which comprises the following steps: preparing water base coating slurry: water dispersant and water mixing, adding conductive carbon and spherical conductive carbon mixing, adding water binder, water base coating the slurry; water base coating slurry is coated on the surface of the fluid in the substrate, after drying to form a bottom coating, get water base coating fluid. The water base coating fluid with higher surface roughness and can improve the water base coating in the peel strength between the fluid and the active substance, and improve the contact resistance between the two, and then reduce the internal resistance of the battery and improve the density and energy density of the battery, the battery power may provide for the continuous navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用水系底涂集流体及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池功能性导电集流体的制备方法，具体涉及一种锂离子电池用水系底涂集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
典型的电化学电池具有参与电化学反应的阴极和阳极。为制造电极，可以将电极活性材料(electroactivematerial)涂覆到集流体上，其可以充当电池的正负极材料。保持电极活性材料与导电集流体之间的电接触对于电化学电池的有效运作至关重要。已知地，涂覆在电极活性材料和集流体之间的过渡层，称为“底涂料”或者“底涂层”，可以粘合在电极活性材料和集流体之间，并且提供电极活性材料和集流体之间的电导通，进而降低活性物质与集流体之间的接触电阻。目前，现在已有底涂浆料出现，但许多现有底涂料不能在提供层间良好的电接触的同时也提高电极活性材料和集流体的良好粘合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种锂离子电池用水系底涂集流体，可以在提高集流体和电极活性材料之间良好导电能力的同时，还可以提高电极活性材料在涂覆有水系底涂浆料的集流体(即得到的水系底涂集流体)上的粘结性，进而提高电池的压实密度、能量密度等性能。第一方面，本专利技术提供了一种水系底涂集流体的制备方法，包括如下步骤：(1)将水系分散剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物A；(2)将片状导电碳和球形导电碳加入到所述混合物A中，搅拌均匀后并进行砂磨直至所述片状导电碳和球形导电碳的D50为20～90μm，得到混合物B；(3)向所述混合物B中加入水系粘结剂，搅拌得到锂离子电池用水系底涂浆料，所述水系底涂浆料中，水系分散剂的质量分数为0.5-10％，片状导电碳的质量分数为5-25％，球形导电碳的质量分数为5-50％，水系粘结剂的质量分数为2-10％；(4)取集流体基材，将所述水系底涂浆料涂覆在所述集流体基材表面，干燥后形成一底涂层，得到水系底涂集流体。优选地，所述水系底涂浆料的粘度为0.05～8Pa·s。优选地，所述水系底涂浆料中，水的质量分数为30-80％。进一步优选为40-70％。优选地，步骤(1)中，所述搅拌的时间为0.5-4h小时。优选地，步骤(2)中，所述搅拌的时间为0.5-4h小时。优选地，步骤(3)中，所述搅拌的速度为3000～5000r/min。本专利技术中，在制备底涂浆料的过程中，同时采用片状导电碳和球形导电碳作为导电剂，其中，片状导电碳能够有效降低界面电阻，而球状导电碳可有效能够增强导电性，增强粗糙度，可以借由片状和球形导电碳的相互作用，共同形成导电网络结构(可以是片状导电碳形成导电网络框架，球形导电碳穿插在片状导电碳的层面之间，避免片状导电碳的团聚，或者是球形导电碳充分分散在片状导电碳分子之间)。在将所述底涂浆料涂布到集流体上时，利于集流体和电极活性物质之间导电性的提高，更利于形成大面积的具有凹凸不平的粗糙表面的底涂层，有助于电极活性材料在集流体上的粘附，并承载更多的电极活性材料，从而提高电池的能量密度，减少电池内阻。此外，在制备底涂浆料的过程中，先将水系分散剂与水进行混合，再加入导电剂，最后加入水系粘结剂，这样可以避免先加入水系粘结剂所造成的浆料粘度增大，影响后加入的片状和球形导电碳的分散，延长搅拌时间。本专利技术中主要控制片状导电碳和球形导电碳在水系底涂浆料中的质量分数分别为5-25％、5-50％，并基于水系分散剂、粘结剂、水的协同作用，使得所述底涂层的粗糙度合适，空隙合适，便于电极活性材料在水系底涂集流体的底涂层上稳定、高附着量的承载。球形导电碳与片状导电碳在浆料中的质量分数应控制在一定范围，若球性导电碳太多，片状导电碳太少，则球形导电碳自身可能在底涂层表面形成密堆积，影响电极活性材料在水系底涂集流体上的附着量，进而影响电池的能量密度；若片状导电碳太多，球形导电碳太少，则形成的整体结构中空隙太大，底涂层的粗糙度不够，电极活性材料在水系底涂集流体上的附着不稳定。优选地，所述片状导电碳在油系底涂浆料中的质量分数为4-15％。优选地，所述球形导电碳在油系底涂浆料中的质量分数为10-25％。进一步优选为12-23％。本专利技术中，所述球形导电碳与所述片状导电碳的质量比为(0.2-10)：1。优选地，所述球形导电碳与所述片状导电碳的质量比为(1-5)：1。本申请的步骤(2)中，采用研磨至D50为20～90μm的片状导电碳和球形导电碳作为构成所述水系底涂浆料的主要成分，这样粒径范围的导电剂，可以在所述水系底涂浆料中较好的分散，浆料的底涂性能较优良，可以避免粒径范围太大影响涂布的厚度，还可以避免粒径太小，使得形成的底涂层的粗糙度不够。优选地，所述片状导电碳选自石墨烯、鳞片石墨、膨胀石墨和KS-6中的一种或多种。优选地，所述球形导电碳为SupperP、科琴黑、乙炔黑、350G等炭黑导电剂(SP)中的一种或多种。本专利技术中，所述石墨烯包括单层的石墨烯或两层以上且一百层以下的多层石墨烯。所述单层的石墨烯是指具有sp2键的1原子层的碳分子片。优选地，所述石墨烯为2-10层的多层石墨烯。优选地，所述石墨烯的直径为5～10μm，厚度为10～20nm。在本专利技术一实施方式中，所述片状导电碳为石墨烯，所述球形导电碳为350G。在本专利技术一实施方式中，所述片状导电碳为KS-6，所述球形导电碳为科琴黑。在本专利技术一实施方式中，所述片状导电碳为石墨烯和膨胀石墨，所述球形导电碳为乙炔黑和科琴黑。在本专利技术一实施方式中，所述片状导电碳为鳞片石墨和KS-6，所述球形导电碳为乙炔黑和350G。优选地，所述水系分散剂为乙醇、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、辛基苯基聚氧乙烯醚(曲拉通X-100)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)中的一种或多种。本专利技术一实施方式中，所述PEG的分子量为1-5万。优选地，所述水系粘结剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(简写为PVA)和LA系列水性粘结剂(如LA133、LA132、LA135)中的一种或多种，但不限于此。进一步优选地，所述水系粘结剂在水系底涂浆料中的质量分数为2-6％。更优选为3-5％。本专利技术一实施方式中，所述PVA的分子量为5-30万。优选地，所述水系底涂浆料中，还包括表面活性剂，消泡剂，稳定剂中的一种或多种。优选地，所述底涂层的厚度为0.2-10μm。进一步优选为0.5-2μm。优选地，所述底涂层的剥离强度为0.05-1N。所述剥离强度是采用万能力学试验机进行测量，此仪器将剥离力从零开始逐渐增大，增大到将涂层和集流体基体分离时所用的力即为该涂层的剥离力。优选地，所述集流体基材为铜箔或铝箔。进一步优选为铝箔。本专利技术第一方面提供的所述水系底涂集流体的制备方法，简单易操作，底涂浆料的制备时间短，易得到搅拌均匀的底涂浆料。第二方面，本专利技术提供了一种水系底涂集流体，所述水系底涂集流体采用本专利技术第一方面所述的方法制得。其中，所述水系底涂集流体包括集流体基材和形成在所述集流体基材上的底涂层。其中，所述底涂层包括水系分散剂、片状导电碳、球形导电碳和水系粘结剂。本申请中，片状导电碳、球形导电碳均匀分散在构成底涂层浆料的水系分散剂和水系粘结剂中，干燥后形成的所述底涂层具有凹凸不平的粗糙表面。本专利技术第二方面提供的水系底涂集流体具有凹凸不平的粗糙表面，当电极活性物质涂覆在该水系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用水系底涂集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将水系分散剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物A；(2)将片状导电碳和球形导电碳加入到所述混合物A中，搅拌均匀后进行砂磨直至所述片状导电碳和球形导电碳的D50为20～90μm，得到混合物B；(3)向所述混合物B中加入水系粘结剂，搅拌得到锂离子电池用水系底涂浆料，所述水系底涂浆料中，水系分散剂的质量分数为0.5‑10％，片状导电碳的质量分数为5‑25％，球形导电碳的质量分数为5‑50％，水系粘结剂的质量分数为2‑10％；(4)取集流体基材，将所述水系底涂浆料涂覆在所述集流体基材表面，干燥后形成一底涂层，得到水系底涂集流体。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用水系底涂集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将水系分散剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物A；(2)将片状导电碳和球形导电碳加入到所述混合物A中，搅拌均匀后进行砂磨直至所述片状导电碳和球形导电碳的D50为20～90μm，得到混合物B；(3)向所述混合物B中加入水系粘结剂，搅拌得到锂离子电池用水系底涂浆料，所述水系底涂浆料中，水系分散剂的质量分数为0.5-10％，片状导电碳的质量分数为5-25％，球形导电碳的质量分数为5-50％，水系粘结剂的质量分数为2-10％；(4)取集流体基材，将所述水系底涂浆料涂覆在所述集流体基材表面，干燥后形成一底涂层，得到水系底涂集流体。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水系底涂浆料的粘度为0.05～8Pa·s。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述片状导电碳选自石墨烯、鳞片石墨、膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令涌，尚伟丽，方东升，黄少真，胡晓宁，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44