一种改性导电碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种改性导电碳材料及其制备方法和应用，所述改性导电碳材料的制备原料以重量份计包括：60

【技术实现步骤摘要】
一种改性导电碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种改性导电碳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池、钠离子电池的制造过程中，为了提高集流体对活性物质电流收集强度和活性物质对极片的粘接性能，先在集流体表面涂一层导电材料，再在制造极片时直接将活性物质涂在带导电材料集流体的表面。
[0003]CN111430723A提供了一种补锂集流体及其制备方法、应用、负极极片和锂离子电池，其中，补锂集流体，包括集流体本体和补锂材料层；所述集流体本体包括依次设置的第一涂炭层、基底层和第二涂炭层，第一涂炭层、基底层和第二涂炭层相邻两层之间紧贴并固定连接；所述第一涂炭层上间隔设有若干通孔，且若干通孔均穿透基底层和第二涂炭层；所述补锂材料层填充于若干通孔之中，补锂集流体，集流体含有补锂物质，可以实现硅碳负极的精确补锂同时降低补锂后极片的内阻，提高电池的倍率性能和循环性能，但其耐水性欠佳，应用的范围受限。
[0004]CN110034302A公开了一种超薄涂炭集流体及其制备方法，包括以下步骤：将集流体清洗后再进行带正电处理，得到表面带正电荷的集流体；将粘结剂溶解后，依次加入阴离子表面活性剂和导电剂，搅拌均匀形成带负电荷的水性导电浆料；将所述带负电荷的水性导电浆料超声雾化成气溶胶后，静电沉积在所述带正电荷的集流体上，然后烘干，得到超薄涂炭集流体。通过该方法制备的集流体其导电涂层薄且均匀，粘附力强，具有良好的导电性能，但其耐水性欠佳，应用的范围受限。
[0005]锂离子二次电池在环保要求的趋势下，正极活性物质涂层从原先的油性体系逐渐向水性体系发展；而近年来发展起来的水系二次电池钠离子电池，正负极活性物质涂层均为水性体系。这就要求集流体涂层具有较强的耐水性。
[0006]CN113140706A涉及电池生产工艺
，提供了一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法，电池涂炭工艺包括步骤：S1、制作涂炭浆料，所述涂炭浆料包括质量百分比为10％
‑
20％的导电碳黑、70％
‑
80％的去离子水、5％
‑
10％的丁苯橡胶和2％
‑
4％的分散剂；S2、将所述涂炭浆料喷涂到锂离子电池的小尺寸圆柱钢壳或圆柱铝壳的内表面。锂离子电池的制备方法是通过在小的圆柱钢壳或小的圆柱铝壳电池内表面进行涂炭处理，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的容量，从而增加了锂离子电池内部的空间利用率。但由于丁苯橡胶与导电剂亲和性较差，易有飘蓝现象发生，出现涂布版辊带料不均匀的问题。
[0007]锂电用SBR是一种丁苯胶乳液，水性粘结剂，是由苯乙烯和丁二烯单体以水为介质加入乳化剂引发剂等经过乳液聚合共聚生成，状态为固含量50％左右的水乳液，具有很强的耐水性。但使用SBR作为粘结剂配制集流体涂碳层浆料时，SBR因与导电剂亲和性较差，SBR在浆料中不稳定出现飘蓝现象，会导致涂布版辊带料不均匀，从而造成涂碳层外观出现
深浅不一的条纹。
[0008]由于现有技术中的SBR在浆料中不稳定出现飘蓝现象、涂碳集流体存在耐水性差、易出现条纹等问题。因此，开发一种与丁苯胶乳液亲和性高的导电碳材料，以制备耐水性能好、不易出现条纹的涂碳集流体，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性导电碳材料及其制备方法和应用，所述改性导电碳材料，通过甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、可聚合硅烷偶联剂进行聚合得到三元共聚物，对导电剂碳材料进行表面改性，通过三元共聚物极性键对导电碳材料发生物理作用和化学键合，使SBR在浆料中趋于稳定，减少涂碳集流体中条纹的产生以及增加耐水性。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种改性导电碳材料，所述改性导电碳材料的制备原料以重量份计包括：60
‑
80份甲基丙烯酸甲酯、10
‑
20份丙烯酸丁酯、1
‑
5份可聚合硅烷偶联剂、5
‑
10份导电碳材料、0.1
‑
0.2份第一引发剂、0.1
‑
0.3份第二引发剂、1
‑
10份第一溶剂、0.1
‑
1份第二溶剂。
[0012]本专利技术提供的改性导电碳材料中，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和可聚合硅烷偶联剂发生反应，生成大分子的三元共聚物；采用大分子表面处理剂甲基丙烯酸甲酯(MMA)
‑
丙烯酸丁酯(BA)
‑
可聚合硅烷偶联剂三元共聚物对导电剂碳材料进行表面改性，通过三元共聚物极性键对导电剂碳材料发生物理作用和化学键合，降低碳材料粉体表面自由能，减轻团聚现象，颗粒粒径大幅度减小，疏水性明显减弱，增加了与SBR亲和性，提高了与SBR的交联度，使SBR在浆料中趋于稳定。
[0013]优选地，所述甲基丙烯酸甲酯的重量份为60
‑
80份，例如可以为60份、65份、70份、75份、80份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0014]优选地，所述丙烯酸丁酯的重量份为10
‑
20份，例如可以为10份、12份、14份、16份、18份、20份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0015]优选地，所述可聚合硅烷偶联剂的重量份为1
‑
5份，例如可以为1份、2份、3份、4份、5份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0016]优选地，所述导电碳材料的重量份为5
‑
10份，例如可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0017]优选地，所述第一引发剂的重量份为0.1
‑
0.2份，例如可以为0.1份、0.15份、0.2份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0018]优选地，所述第二引发剂的重量份为0.1
‑
0.3份，例如可以为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不
再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0019]优选地，所述第一溶剂的重量份为1
‑
10份，例如可以为1份、3份、5份、7份、9份、10份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0020]优选地，所述第二溶剂的重量份为0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性导电碳材料，其特征在于，所述改性导电碳材料的制备原料以重量份计包括：60
‑
80份甲基丙烯酸甲酯、10
‑
20份丙烯酸丁酯、1
‑
5份可聚合硅烷偶联剂、5
‑
10份导电碳材料、0.1
‑
0.2份第一引发剂、0.1
‑
0.3份第二引发剂、1
‑
10份第一溶剂、0.1
‑
1份第二溶剂。2.根据权利要求1所述的改性导电碳材料，其特征在于，所述可聚合硅烷偶联剂包括γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电碳材料包括导电碳黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一引发剂包括过氧化苯甲酰；优选地，所述第二引发剂包括过氧化异丙苯；优选地，所述第一溶剂包括甲苯；优选地，所述第一溶剂为甲苯的水溶液；优选地，所述甲苯的水溶液中甲苯的浓度为0.5
‑
1mg/L；优选地，所述第二溶剂包括丙酮。3.一种如权利要求1或2所述的改性导电碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、硅烷偶联剂、导电碳材料、第一引发剂、第二引发剂、第一溶剂、第二溶剂混合，进行反应，得到所述改性导电碳材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、硅烷偶联剂、第一溶剂混合，加入第一引发剂，第一次保温，加入第二引发剂，第二次保温，冷却后，得到三元共聚物溶液；将所述三元共聚物溶液与导电碳材料、第二溶剂混合，进行反应，得到所述改性导电碳材料；优选地，所述第一次保温的温度为80
‑
90℃；优选地，所述第一次保温的时间为1
‑
3h；优选地，所述第二次保温的温度为110
‑
120℃；优选地，所述第二次保温的时间为1
‑
3h；优选地，所述反应的温度为70
‑
90℃；优选地，所述反应的时间为2
‑
4h；优选地，所述反应后还包括冷却、干燥；优选地，所述干燥的温度为40
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：余珊，唐皞，颜实，宋启超，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：