一种涂炭集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种涂炭集流体，所述涂炭集流体包括箔材和设置于所述箔材表面的导电涂层，所述导电涂层包括改性导电碳材料和粘结剂的组合，所述粘结剂的制备原料以重量份计包括：40

【技术实现步骤摘要】
一种涂炭集流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种涂炭集流体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]其中，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，对集流体涂层耐水性的要求更高。
[0004]目前锂电用的耐水、疏水性粘结剂是丁苯胶乳SBR。虽然使用SBR作为粘结剂配制集流体涂碳层浆料时，涂层具有一定耐水性，但由于SBR在浆料中不稳定出现飘蓝现象，会导致涂层一致性差，耐水性不强。
[0005]CN113140706A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％
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80％的去离子水、5％
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10％的丁苯橡胶和2％
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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。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，其导电涂层薄且均匀，粘附力强，具有良好的导电性能。
[0006]由于现有技术中的涂炭集流体存在耐水性差等问题。因此，开发一种不使用丁苯胶乳液粘结剂，制备耐水性能好的涂炭集流体，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种涂炭集流体及其制备方法和应用，通过粘结剂和改性导电碳材料，粘结剂中引入硅油，含有烷氧基水解取代基，使其具有一定耐水性，改性导电碳材料中引入氟硅烷，含有氟化烃，能够诱导疏水性，进一步增强耐水性。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供涂炭集流体，所述涂炭集流体包括箔材和设置于所述箔材表面的导电涂层，所述导电涂层包括改性导电碳材料和粘结剂的组合，所述粘结剂的制备
原料以重量份计包括：40
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60份甲基异丁基酮、25
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30份溶剂、20
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25份甲基丙烯酸异冰片酯、20
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25份甲基丙烯酸甲酯、20
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25份丙烯酸正丁酯、20
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25份丙烯酸羟乙酯、18
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22份硅油、50
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55份引发剂；所述改性导电碳材料为氟硅烷改性的碳材料。
[0010]优选地，所述甲基异丁基酮的重量份为40
‑
60份，例如可以为40份、45份、50份、55份、60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。
[0011]优选地，所述溶剂的重量份为25
‑
30份，例如可以为25份、27份、29份、30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。
[0012]优选地，所述甲基丙烯酸异冰片酯的重量份为20
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25份，例如可以为20份、22份、23份、25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。
[0013]优选地，所述甲基丙烯酸甲酯的重量份为20
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25份，例如可以为20份、22份、23份、25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，所述丙烯酸正丁酯的重量份为20
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25份，例如可以为20份、22份、23份、25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，所述丙烯酸羟乙酯的重量份为20
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25份，例如可以为20份、22份、23份、25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，所述硅油的重量份为18
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22份，例如可以为18份、20份、22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，所述引发剂的重量份为50
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55份，例如可以为50份、51份、52份、53份、55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，所述溶剂包括甲苯。
[0019]优选地，所述引发剂包括偶氮二异丁腈。
[0020]通过甲基丙烯酸异冰片酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸正丁酯单体、丙烯酸羟乙酯单体与硅油(三异丙氧基乙烯基硅烷)反应合成粘结剂，使用时因为硅油的引入，含有烷氧基水解取代基，使其具有一定耐水性。
[0021]优选地，所述硅油包括甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油或羟基含氢硅油中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述氟硅烷包括十七氟癸基三甲氧基硅烷；
[0023]优选地，所述氟硅烷包括碳原子数小于10、氟原子数大于10的有机硅类。
[0024]优选地，所述氟硅烷与碳材料的质量比为1：(4
‑
6)，例如可以为1：4、1：4.5、1：5、1：5.5、1：6，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。
[0025]引入氟硅烷，氟硅烷含有氟化烃，能够诱导疏水性，同时也含有烷氧基水解取代基。改性后的导电碳材料与改性后的丙烯酸树脂又能够通过各自烷氧基的水解反应形成硅烷醇，然后与OH基团形成新的氢键，同时在碳材料表面形成共价键，形成了高度交联的网络结构，进一步增强耐水性。
[0026]优选地，所述改性导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂炭集流体，其特征在于，所述涂炭集流体包括箔材和设置于所述箔材表面的导电涂层，所述导电涂层包括改性导电碳材料和粘结剂的组合，所述粘结剂的制备原料以重量份计包括：40
‑
60份甲基异丁基酮、25
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30份溶剂、20
‑
25份甲基丙烯酸异冰片酯、20
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25份甲基丙烯酸甲酯、20
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25份丙烯酸正丁酯、20
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25份丙烯酸羟乙酯、18
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22份硅油、50
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55份引发剂；所述改性导电碳材料为氟硅烷改性的碳材料。2.根据权利要求1所述的涂炭集流体，其特征在于，所述溶剂包括甲苯；优选地，所述引发剂包括偶氮二异丁腈；优选地，所述硅油包括甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油或羟基含氢硅油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述氟硅烷包括十七氟癸基三甲氧基硅烷；优选地，所述氟硅烷与碳材料的质量比为1：(4
‑
6)。3.根据权利要求1或2所述的涂炭集流体，其特征在于，所述改性导电涂层材料以重量份计包括：5
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10份改性导电碳材料、7
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22份粘结剂、3
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20份润湿剂；优选地，所述碳材料包括导电炭黑、导电石墨、炭纳米管、炭纳米纤维或石墨烯中的任意一种或在至少两种的组合；优选地，所述润湿剂包括异丙醇、丙二醇、正辛醇、聚乙二醇或聚氧乙烯醚中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述涂炭集流体，其特征在于，所述箔材包括铝箔、钛箔或复合铝箔中的任意一种或至少两种的组合。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的涂炭集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将甲基异丁基酮、溶剂、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸羟乙酯、硅油、引发剂混合，进行反应，得到所述粘结剂；将氟硅烷的醇溶液与碳材料混合并进行改性，得到所述改性导电碳材料；(2)将步骤(1)得到的粘结剂与改性导电碳材料混合，得到改性导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：余珊，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：