一种正极水性涂碳铝箔涂料及其制备方法技术

为克服现有技术中树脂对碳材料的分散性不足，交联温度高、导电性能不佳，耗能高，生产效率慢，并不能同时满足耐溶剂性的问题，本发明专利技术提供一种正极水性涂碳铝箔涂料，包括以下组分，水性树脂、水性交联剂、催化剂、导电碳材料和水，水性交联剂包括高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和异氰酸酯中的一种或两种，催化剂包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的一种或多种。同时，本发明专利技术还公开了上述正极水性涂碳铝箔涂料的制备方法。本发明专利技术提供的正极水性涂碳铝箔涂料导电性好、粘结性强和良好的耐溶剂性，能提高生产效率和降低能耗。

A kind of positive electrode water-borne carbon coated aluminum foil coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种正极水性涂碳铝箔涂料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种正极水性涂碳铝箔涂料及其制备方法。
技术介绍
近年来，新能源电动汽车发展迅速，动力电池更是新能源汽车的核心。锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长和电压平台高等优点成为新能源汽车动力电池的首选。涂碳铝箔用作锂离子电池正极集流体可以增加正极材料的浸润性和黏附力，降低极化内阻，提高电池一致性，改善高倍率性能。目前市场上的涂碳铝箔使用导电碳浆涂覆在铝箔表面，形成1～3μm的碳涂层。碳系导电涂料是涂碳铝箔技术的核心，为适应市场绿色环保的需求，水性涂碳铝箔涂料成为了目前市场上的主流。一种好的水性涂碳铝箔涂料，需要满足以下性能：导电性好、耐溶剂性好、粘附性好、施工性好以及性能稳定性好。制备性能优良的涂碳铝箔需要在保证粘附力的同时，最大程度地提升导电性能。所以除了碳材料的筛选，添加尽可能少的树脂也是提升导电性能的一个重要因素。这要求树脂具有较强的分散能力和粘附力。树脂的交联固化是提高涂膜力学性能强度、耐溶剂性能和化学稳定性能的重要手段。目前市面上的低温固化水性涂碳铝箔涂料很难同时满足耐水性、耐电解液、耐N-甲基吡咯烷酮(NMP，N-Methylpyrrolidone)、耐碳酸二甲酯(DMC，dimethylcarbonate)的性能要求。许多热固型树脂性能优良，能满足上述的性能要求，但是需要很高的交联温度或交联时间。如环氧-氨基充分交联需要170～180℃的温度，1min以上的交联时间，其交联效率低，不利于流水线的生产。传统的涂碳铝箔使用的电池箔厚度在12～20μm，在高温烘烤下，铝箔会严重变形，改变铝箔张力分布，导致后续加工困难。传统的油性涂碳铝箔涂料，溶剂使用的是NMP，烘干温度高，对环境不友好。专利申请号CN201610715505.5公开了一种紫外光固化涂碳铝箔集流体及制备方法。该专利采用光固化交联涂碳铝箔涂料，得到低温固化涂层，并且能够得到同时满足耐水性、耐NMP、耐电解液、耐DMC性能佳的涂碳铝箔。但是由于该涂料是利用紫外光固化，原有的固化设备不能进行生产。专利申请号CN201710010344.4公开了一种涂碳铝箔、制备方法及应用。该专利采用一种涂碳铝箔由铝箔以及沿铝箔至少一个表面向外依次设置的SuperP导电层、石墨烯导电层和混合导电层(含有VGCF、CNT、SuperP导电剂中的至少两种)构成。该方法生产工序复杂，生产效率低。因此，解决传统的涂碳铝箔涂料中的树脂对碳材料的分散性不足，交联温度高、导电性能不佳，耗能高，生产效率慢，并不能同时满足耐溶剂性，这成为了生产性能优异的涂碳铝箔涂料的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中树脂对碳材料的分散性不足，交联温度高、导电性能不佳，耗能高，生产效率慢，并不能同时满足耐溶剂性的问题，提供一种正极水性涂碳铝箔涂料及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种正极水性涂碳铝箔涂料，包括以下重量组分：水性树脂5～15份、水性交联剂1～5份、催化剂0.1～0.5份、导电碳材料5～15份和水；水性交联剂包括高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、异氰酸酯中的一种或两种，催化剂包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的一种或多种。优选地，水性树脂包括水性丙烯酸树脂、水性改性丙烯酸树脂、水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、水性环氧树脂、水性改性环氧树脂、水性环氧改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯改性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂中的一种或多种。优选地，导电碳材料包括炭黑、石墨烯、石墨片和碳纳米管中的一种或多种。优选地，正极水性涂碳铝箔涂料还包括助溶剂，助溶剂包括乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种，助溶剂的重量组分为4～10份。优选地，正极水性涂碳铝箔涂料还包括流平剂，所述流平剂包括丙烯酸酯类流平剂、聚醚改性有机硅氧烷类流平剂、有机氟碳类流平剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、可降低表面张力的含有醚键化合物和可降低表面张力的含有双亲性基团化合物中的一种或多种，流平剂的重量组分为0.1～1份。优选地，正极水性涂碳铝箔涂料还包括消泡剂，消泡剂包括矿物油类消泡剂、聚醚类消泡剂、有机硅氧烷类消泡剂和聚醚改性有机硅氧烷类消泡剂中的一种或多种，消泡剂的重量组分为0.1～0.5份。优选地，正极水性涂碳铝箔涂料还包括增稠剂，增稠剂包括纤维素醚及其衍生物类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯增稠剂和天然高分子及其衍生物中的一种或多种，增稠剂的重量组分为0.5～3份。另一方面，本专利技术还提供一种涂碳铝箔包括铝箔以及覆盖于所述铝箔表面的涂层，涂层由上述任意一项的正极水性涂碳铝箔涂料固化得到。另一方面，本专利技术提供如上所述的正极水性涂碳铝箔涂料的制备方法，包括以下步骤：将所需份数的水性树脂溶解于水或助溶剂中，搅拌均匀；加入所需份数的水性交联剂、助溶剂、流平剂、催化剂、消泡剂和导电碳材料，搅拌均匀，冷凝水冷却条件下用高速分散机分散3～5h，再加入增稠剂和水，搅拌均匀，得到浆料；将浆料采用凹版或微凹版涂覆在集流体铝箔上，在80～120℃的热风烘箱中烘烤15～100s，得到涂碳铝箔。优选地，浆料的粘度为30～300mPa·S，所述浆料的固含量为5～25％。优选地，涂碳铝箔的碳涂覆层厚度为0.5～2μm。本专利技术利用水性树脂、水性交联剂、磺酸类催化剂、导电碳材料和水制备一种性能优异的正极水性涂碳铝箔涂料，该涂料导电性好、粘结性强和良好的耐溶剂性。选择特殊的水性交联剂和催化剂，降低涂层的交联温度，加快涂层的反应速度，减少反应时间，增加铝箔的稳定性，提高生产效率和降低能耗。附图说明图1是本专利技术提供的一种正极水性涂碳铝箔涂料的实施例1的扫描电子显微镜(SEM，scanningelectronmicroscope)表征图；图2是本专利技术提供的一种正极水性涂碳铝箔涂料的实施例3的SEM表征图；图3是本专利技术提供的一种正极水性涂碳铝箔涂料的实施例3的涂碳铝箔图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种正极水性涂碳铝箔涂料，包括以下重量组分：水性树脂5～15份、水性交联剂1～5份、催化剂0.1～0.5份、导电碳材料5～15份和水；水性交联剂包括高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、异氰酸酯中的一种或两种，催化剂包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的一种或多种。本专利技术利用水性树脂、水性交联剂、磺酸类催化剂、导电碳材料和水制备一种性能优异的正极水性涂碳铝箔涂料，该涂料导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，包括以下重量组分：/n水性树脂5～15份、水性交联剂1～5份、催化剂0.1～0.5份、导电碳材料5～15份和水64.5～88.9份；/n所述水性交联剂包括高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和异氰酸酯中的一种或两种，所述催化剂包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，包括以下重量组分：
水性树脂5～15份、水性交联剂1～5份、催化剂0.1～0.5份、导电碳材料5～15份和水64.5～88.9份；
所述水性交联剂包括高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和异氰酸酯中的一种或两种，所述催化剂包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，所述水性树脂包括水性丙烯酸树脂、水性改性丙烯酸树脂、水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、水性环氧树脂、水性改性环氧树脂、水性环氧改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯改性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，所述正极水性涂碳铝箔涂料还包括助溶剂，所述助溶剂包括乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种，所述助溶剂的重量组分为4～10份。


4.根据权利要求1所述的正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，所述正极水性涂碳铝箔涂料还包括流平剂，所述流平剂包括丙烯酸酯类流平剂、聚醚改性有机硅氧烷类流平剂、有机氟碳类流平剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、可降低表面张力的含有醚键化合物和可降低表面张力的含有双亲性基团化合物中的一种或多种，所述流平剂的重量组分为0.1～1份。


5.根据权利要求1所述的正极水性涂碳铝箔涂料，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴耀，黄艳轶，魏小飞，高辉，
申请(专利权)人：广州慧谷化学有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44