一种高粗糙度纳米涂碳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高粗糙度纳米涂碳集流体及其制备方法和应用，涉及集流体技术领域。所述涂碳集流体包括集流体本体以及分别覆盖在集流体本体上下表面的高粗糙度纳米涂碳层；所述纳米涂碳层的表面粗糙度Ra为纳米涂碳层厚度的40

【技术实现步骤摘要】
一种高粗糙度纳米涂碳集流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及集流体
，尤其是涉及一种高粗糙度纳米涂碳集流体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]集流体是指汇集电流的结构或零件，通常为金属箔材料，如铜箔、铝箔。目前在非水性二次电池即可充电电池的制造过程中，为了提升电池的倍率性能和活性物质对极片的粘接性能，通常在集流体的表面涂一层导电材料，制造极片的过程中是直接将活性物质直接涂在带导电材料集流体的表面，增强集流体对活性物质进行电流收集工作。
[0003]但是由于集流体箔材的表面非常平整，而导电物质则是粗糙度较大的颗粒，因此即使在箔材的表面涂上导电物质，得到的导电层与集流体的接触面积也是有限的。另外箔材表面的光滑度还会导致导电层的粗糙度降低，影响了电池制备工艺中二次电池中的活性物质的涂覆粘接，增大了活性物质与集流体之间的界面电阻。
[0004]这些问题会导致电池性能下降，如界面电阻大导致极化严重，影响活性材料的储锂能力、倍率性能及循环稳定性能等，从而难以满足目前对于高倍率、高能量密度及长循环寿命的需求。因此，改善金属箔带表面涂层的状态和性质，从而提高活性材料与集流体的相容性、提高结合强度、增大结合面积对于提高电池性能具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高强度聚酯基膜和复合集流体及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术通过在涂碳浆料中添加碱性材料或酸性材料实现对金属箔表面的微腐蚀，使金属箔的表面形成微孔，增大了金属箔的粗糙度，同时生成的气体增加了涂碳层本身的粗糙度，协同增强了集流体的电流收集能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高粗糙度纳米涂碳集流体，所述涂碳集流体包括集流体本体，以及分别覆盖在集流体本体上下表面的高粗糙度纳米涂碳层；
[0008]所述涂碳集流体的总厚度为3
‑
20微米，其中集流体本体的厚度为2
‑
18微米，单面纳米涂碳层的厚度为0.1
‑
5微米；
[0009]所述纳米涂碳层的表面粗糙度Ra为单面纳米涂碳层厚度的40
‑
60％。
[0010]进一步地，所述集流体本体为铝箔、铜铝合金箔或者复合铝集流体；制备所述纳米涂碳层的原料包括导电碳材料、粘结剂、碱性物质或者酸性物质，以及溶剂。
[0011]优选的，所述复合铝集流体包括支撑层和设置在所述支撑层两面的铝层；
[0012]优选的，所述支撑层的材质选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生
物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。
[0013]优选的，所述导电碳材料包括导电炭黑、CNT、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种；
[0014]更优选的，所述导电碳材料的粒径为0.1
‑
5微米。
[0015]优选的，所述粘结剂包括PVDF、聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂、丙烯酸类水性胶黏剂、聚氨酯类水性胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂、橡胶类水性胶黏剂中的一种或多种。
[0016]更优选的，所述丙烯酸类水性胶黏剂包括丙烯酸及其低聚物，或者是带取代基的丙烯酸及其低聚物；所述聚氨酯类水性胶黏剂包括多异氰酸酯溶液胶。
[0017]优选的，所述碱性材料为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或多种；所述酸性材料包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、碳酸、醋酸、草酸、亚硝酸中的一种或多种。
[0018]优选的，所述溶剂为水或有机溶剂；更优选的，所述有机溶剂包括NMP或异丙醇。
[0019]本专利技术还提供了所述高粗糙度纳米涂碳集流体的制备方法，包括如下步骤：
[0020]S1、向溶剂中加入导电碳材料进行搅拌，然后依次加入碱性材料或酸性材料继续搅拌，随后加入粘结剂搅拌均匀，得到浆料；
[0021]S2、将配制好的浆料通过涂布系统涂布至集流体本体两侧，然后进行烘干收卷。
[0022]优选的，步骤S1中所述的导电碳材料、(碱性材料或酸性材料)和粘结剂的质量比为1：0.01
‑
0.05：0.1
‑
0.2；步骤S1配制得到的浆料的固含量为5
‑
25％。
[0023]更优选的，在步骤S1中，在
‑
60
‑‑
90kPa的真空条件下搅拌混合，其中，搅拌的速度为15
‑
500rpm，搅拌时间180
‑
360min。
[0024]优选的，步骤S2所述烘干为三节烘箱烘干；其中第一节烘箱的温度为60
‑
70℃，时间为30
‑
40秒，该温度下加快了碱性物质与铝的反应，同时降低水的蒸发速度，防止含水量过低导致涂碳层底部被气体冲开的部分无法填充而形成缺陷，由于温度低了，因此需要稍微延长下时间。
[0025]更优选的，第二节烘箱的温度为75
‑
85℃，时间为5
‑
30秒；第三节烘箱的温度为65
‑
75℃，时间为5
‑
30秒。
[0026]更优选的，涂布速度为80
‑
120m/min，收、放卷张力为50
‑
150N/m。
[0027]本专利技术还提供了一种所述高粗糙度纳米涂碳集流体的应用，即将所述高粗糙度纳米涂碳集流体应用于非水性二次电池。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]1、本专利技术为了提升外侧涂层的高粗糙度性能、增强集流体的电流收集能力，在涂碳层里面加入一款碱性材料或酸性材料，通过碱性材料或酸性材料在金属箔的表面进行微腐蚀，使金属箔的表面形成微孔，增大了金属箔的粗糙度。
[0030]以铝箔为例，反应机理为：2Al+2OH
‑
+2H2O＝2AlO2‑
+3H2↑
[0031]2Al+6H
+
＝2Al
3+
+3H2↑
[0032]其中，碱性物质与金属反应后生成的固体无机盐可以进一步提升涂碳层的粗糙粗。特别地，如果选择氢氧化钠，且所述涂碳集流体应用于钠离子电池，氢氧化钠与铝反应生成的偏铝酸钠可以提供钠离子，从而提升钠离子电池的电池容量。
[0033]2、在碱性材料或酸性材料与金属箔发生反应的同时，产生的气体穿透涂碳层，在涂炭层的外表面形成不规则凹坑，从而使涂碳层外表面的粗糙度增加，增强了纳米涂碳层与电池的活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高粗糙度纳米涂碳集流体，其特征在于，所述涂碳集流体包括集流体本体，以及分别覆盖在集流体本体上下表面的高粗糙度纳米涂碳层；所述涂碳集流体的总厚度为3
‑
20微米，其中集流体本体的厚度为2
‑
18微米，单面纳米涂碳层的厚度为0.1
‑
5微米；所述纳米涂碳层的表面粗糙度Ra为单面纳米涂碳层厚度的40
‑
60％。2.根据权利要求1所述的纳米涂碳集流体，其特征在于，所述集流体本体为铝箔、铜铝合金箔或者复合铝集流体；制备所述纳米涂碳层的原料包括导电碳材料、粘结剂、碱性物质或者酸性物质、以及溶剂。3.根据权利要求2所述的纳米涂碳集流体，其特征在于，所述复合铝集流体包括支撑层和设置在所述支撑层两面的铝层；所述支撑层的材质选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。4.根据权利要求2所述的纳米涂碳集流体，其特征在于，所述导电碳材料包括导电炭黑、CNT、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种；所述粘结剂包括PVDF、聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂、丙烯酸类水性胶黏剂、聚氨酯类水性胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂、橡胶类水性胶黏剂中的一种或多种。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成豪，李学法，张国平，
申请(专利权)人：扬州纳力新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：