【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池正极材料，具体涉及一种pani-pss聚合改性涂碳铝箔和制备方法及其在电池中的应用。
技术介绍
1、集流体在电池设计中起着承载活性材料层、连接内外电路的重要作用。它的几何结构和表面特性将影响电子转移的速度。集流体与活性材料层之间的界面特性对提高电池容量、倍率性能和循环寿命具有显著影响。根据锂离子电池工艺生产的要求，集流体应具有高导电性、在电解质中具有化学惰性、一定的机械强度、轻薄、与电极材料层能良好接触的性能。
2、铝箔作为正极集流体使用时，在充放电过程中容易受到局部阳极腐蚀，造成电极材料层与集流体间界面接触电阻增大，减弱了电极材料层与集流体间的结合强度，进而电池内阻增大，最终导致锂离子电池性能劣化。为避免铝箔集流体发生腐蚀，增强铝箔与电极材料层的粘接强度，可以对铝箔进行表面改性。目前商业化生产过程中主要通过在铝箔表面涂覆导电碳层，一方面为了增大集流体与活性物质的接触面积减少极化，另一方面也为了通过导电碳层阻止集流体与电解液的直接接触从而降低腐蚀。但由于铝箔生产过程中使用油脂以便脱模，同时铝箔存放过程中易被氧气氧化生产一层致密的氧化膜，影响了其与导电碳层的粘结性能及其本身的电性能。
3、目前为了增大活性物质与集流体间的粘结力，普遍采用对铝箔表面进行改性处理。如中国专利cn 105895889 a公开了一种正极集流体制备方法，其将铝箔依次在3-氨基丙基三甲基硅烷溶液、盐酸溶液、聚苯乙烯磺酸钠溶液、导电聚合物溶液及金属氧锂盐溶液浸泡，通过层接法在铝箔表面制备一层多金属氧化锂与导电聚合物的复
4、综上所述，开发一种附着力强、导电性高、机械性能好、耐溶剂性能优的正极集流体表面涂层对提升锂电池循环寿命、增加锂电池的能量密度、提高锂电池的倍率性能具有正向且积极的意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种pani-pss聚合改性涂碳铝箔，通过在导电碳层及铝箔之间增加一层聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层，一方面聚合改性层表面凹凸不平增大了其与碳材料间的接触面积，另一方面由于改性层含有磺酸基团，其可与碳材料表面官能团形成氢键，进而提高了铝箔与涂层之间的粘附问题，利用苯胺-苯乙烯磺酸盐聚合层的本身的防腐性能不溶于大部分有机溶剂提高的铝箔的耐溶剂性能，保证了电池性能的稳定性；同时由于聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐含有大量的共轭π电子体系，可提供空穴或电子等载流子，保证了苯胺聚合改性涂碳铝箔的电导性。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提供一种pani-pss聚合改性涂碳铝箔，所述涂碳铝箔包括铝箔本体、涂覆于铝箔表面的导电碳层及位于导电碳层与铝箔之间的聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层。
4、本专利技术的上述设计，通过在导电碳层及铝箔之间增加一层聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层，一方面聚合改性层表面凹凸不平增大了其与碳材料间的接触面积，另一方面由于改性层含有磺酸基团，其可与碳材料表面官能团形成氢键，进而提高了铝箔与涂层之间的粘附问题，利用苯胺-苯乙烯磺酸盐聚合层的本身的防腐性能不溶于大部分有机溶剂提高的铝箔的耐溶剂性能，保证了电池性能的稳定性；同时由于聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐含有大量的共轭π电子体系，可提供空穴或电子等载流子，保证了苯胺聚合改性涂碳铝箔的电导性。
5、作为进一步方案，所述导电碳层的厚度为2-5μm。厚度过小导致其耐腐蚀性能下降，过大会导致其导电能力下降。
6、作为进一步方案，所述聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层的厚度为1-2μm。厚度过小导致其耐腐蚀性能下降，过大会导致其导电能力下降。
7、作为进一步方案，所述聚苯胺、聚苯乙烯磺酸盐二者之间的摩尔比为4:(3-6)。厚度过小导致其耐腐蚀性能下降，过大会导致其导电能力下降。
8、本专利技术第二方面提供了一种所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤一：在惰性氛围下，以石墨板为阴极、铝箔为阳极在硫酸、苯胺单体、聚苯乙烯磺酸盐混合溶液中，通过恒电流或恒电压聚合在铝箔表面聚合得到聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层；
10、步骤二：将导电碳系浆料涂覆于步骤一得到的聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层表面，干燥后即得pani-pss聚合改性涂碳铝箔。
11、作为进一步方案，在所述步骤一之前，所述铝箔经过乙醇及去离子水反复清洗以去除其表面杂质。
12、作为进一步方案，所述步骤一中，所述混合溶液中硫酸浓度为0.02-0.07mol/l。硫酸相当于引发剂的作用，苯胺只有在酸性条件下才能合成具有导电性的聚合物。硫酸浓度过低会导致苯胺聚合快发生堆叠，导致导电性下降；过高的话会导致铝箔腐蚀过快影响聚苯聚合，同时影响铝箔性能。
13、作为进一步方案，所述苯胺浓度为0.15-0.3mol/l。苯胺浓度过低会导致苯胺聚合小于溶解速度聚合物生长不了，过高导致聚苯聚合较快生长堆叠过厚导致导电性下降。作为进一步方案，所述聚苯乙烯磺酸盐浓度为0.15-0.22mol/l。浓度过低会导致聚合物磺酸基团少，对碳材料及活性物质粘结力下降，过高会导致体系整体酸度增加不利于形成高导电性聚合物。
14、作为更进一步方案，所述聚苯乙烯磺酸盐为聚苯乙烯磺酸钠。聚苯乙烯磺酸钠水溶性好，容易电聚合。
15、作为进一步方案，所述步骤一中，所述恒电流聚合的电流密度为0.2-0.5ma/cm2。
16、作为进一步方案，所述恒电压聚合的电压为3.0-4.2v。
17、作为进一步方案，所述聚合时间为10-20min。密度或电压过大、时间过长会导致聚合物生长快，发生堆积，导电性下降；密度或电压小、时间短会导致聚合物生长慢，生长不完全。
18、作为进一步方案，所述步骤二中导电碳系浆料按质量比包含以下组分：55.5-88.6份水、6-17份导电碳材料、5-25份胶黏剂、0.2-1份增稠剂、0.1-1份ph调节剂、0.1-0.5份分散剂。水系浆料体系更加环保，同时导电碳材料中共轭π键与聚合物的共轭π键可相互作用，使导电性提高。
19、作为进一步方案，所述导电碳材料为乙炔黑、炉法黑、导电石墨、碳纳米管及石墨烯中的一种或几种；
20、作为进一步方案，所述胶黏剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚环氧乙烯酯中的一种或几种。
21、作为进一步方案，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、海藻酸钠、明胶中的一种或几种。
22、作为进一步方案，所述ph调节剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠、盐酸、硫酸中的一种或几种。
23、作为进一步方案，所述分散剂为聚丙烯酸酰胺、聚丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、炔二醇聚氧乙烯醚中的一种或几本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔，其特征在于，所述涂碳铝箔包括铝箔本体、涂覆于铝箔表面的导电碳层及位于导电碳层与铝箔之间的聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层。
2.根据权利要求1所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔，其特征在于，所述导电碳层的厚度为2-5μm；
3.一种权利要求1-权利要求2任一项所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，在所述步骤一之前，所述铝箔经过乙醇及去离子水反复清洗以去除其表面杂质。
5.根据权利要求4所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述混合溶液中硫酸浓度为0.02-0.07mol/L；
6.根据权利要求1所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述恒电流聚合的电流密度为0.2-0.5mA/cm2；
7.根据权利要求1所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤二
8.根据权利要求7所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述导电碳材料为乙炔黑、炉法黑、导电石墨、碳纳米管及石墨烯中的一种或几种；
9.根据权利要求7所述的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述导电碳系浆料导电碳系浆料通过机械分散及研磨后得到；
10.一种具有权利要求1-3任一项所述PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔或权利要求4-9任一项所述的制备方法制备得到的PANI-PSS聚合改性涂碳铝箔的正极、电池或电化学装置。
...【技术特征摘要】
1.一种pani-pss聚合改性涂碳铝箔，其特征在于，所述涂碳铝箔包括铝箔本体、涂覆于铝箔表面的导电碳层及位于导电碳层与铝箔之间的聚苯胺-聚苯乙烯磺酸盐改性层。
2.根据权利要求1所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔，其特征在于，所述导电碳层的厚度为2-5μm；
3.一种权利要求1-权利要求2任一项所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，在所述步骤一之前，所述铝箔经过乙醇及去离子水反复清洗以去除其表面杂质。
5.根据权利要求4所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述混合溶液中硫酸浓度为0.02-0.07mol/l；
6.根据权利要求1所述的pani-pss聚合改性涂碳铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤一中...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨云飞，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：湖州南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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