用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料及其製備方法和用途與流程
2023-09-16 14:02:56 2
本發明涉及導電漿料及其製備和用途，特別是涉及一種粘結性強、導電性能優異，且生產成本低的用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料及其製備方法和用途。
背景技術：
隨著鋰離子電池行業的快速發展及市場的不斷拓展，對鋰離子電池的性能要求不斷提升，其中，高功率充放電、高安全性能、長壽命的動力電池在鋰離子電池行業佔主導地位。集流體作為鋰離子電池的必備零件，其作用是將電池活性物質產生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出，這就要求集流體與活性物質之間充分接觸，且內阻應儘可能小。
現有的鋰電池製作工藝中，活性物質直接塗布於集流體表面，乾燥後通過粘結劑實現活性物質固定於集流體表面。然而，這樣的結構設計存在如下兩方面的缺陷：1)剛性的金屬集流體與活性物質顆粒間的接觸面積有限，界面電阻較大，引起電池內阻的上升，對於電池性能特別是大電流充放電條件下的性能存在負面影響；2)粘結劑的粘結強度有限，在持續的充放電過程中，很容易發生活性物質與集流體間的膨脹脫離，導致電池內阻進一步加大，使得電池的循環壽命和安全性能受到影響。為了克服上述問題，研究發現通過對集流體進行表面處理則可有效改善集流體與鋰離子電池活性物質粘結性能，以減少粘結劑的使用，從而提高鋰離子電池的導電性能。因此，如何提供一種導電性好且粘結效果好，使電池容量得到更好地發揮，且製備工藝簡單的表面處理材料則成為一種客觀需求。
技術實現要素：
本發明旨在解決上述問題，而提供一種能夠提高鋰電池活性物質與集流體之間的粘附性能，提高集流體導電性、降低電池的電阻，防止集流體腐蝕及氧化，以提高電池的穩定性，安全性及可靠性的用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料。
為實現本發明的目的，本發明提供了一種用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料，該導電漿料包含以重量百分比計的如下組分：
所述導電碳源為人造石墨、天然石墨中的一種或其組合，其顏色為淺黑色、銀灰色或灰白色。
優選地，本發明的用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料包含以重量百分比計的如下組分：
所述導電碳源為人造石墨、天然石墨中的一種或其組合，其顏色為淺黑色、銀灰色或灰白色。
所述導電碳源的粒徑為15納米～50微米。
所述導電膠為水性LA-133，聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纖維素或丁苯橡膠的一種。
所述消泡劑為乙醇、甲醇、聚乙二醇、氧化鈣中的一種或者幾種的組合。
所述溶劑為去離子水。
本發明還提供了一種用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料的製備方法，該方法包括如下步驟：
a、將溶劑和導電膠按35～91.5:3～25的重量比加入攪拌機內攪拌0.5～3小時；
b、向攪拌機內加入重量百分比含量為5～30的導電碳源攪拌1～5小時，再加入重量百分比含量為0.5～10的消泡劑攪拌0.5～2小時，得到銀灰色的初分散導電漿料；
c、將步驟b中的初分散導電漿料加入分散裝置中分散3-10遍，得到銀灰色導電漿料。
步驟c中，所述的分散裝置為攪拌機、磨砂機或細胞粉碎儀。
本發明還提供了一種用於鋰電池集流體的銀灰色導電漿料作為鋰離子電池鋁/銅箔導電塗層的應用。
本發明的貢獻在於，其有效解決了現有用於鋰電池集流體的導電漿料粘結強度有限，且導電漿料加工工藝複雜，生產成本高的問題。本發明通過以導電碳源、導電膠、消泡劑及溶劑為原料製備的銀灰色導電漿料，應用到集流體上得到集流體導電塗層，其不僅能提供靜態導電性能，收集鋰離子電池正負極活性物質的微電流，從而可以大幅度降低活性物質和集流體之間的電阻，而且還可提高兩者之間的附著力，大幅度減少粘結劑的用量，對集流體起到防腐蝕及氧化作用，提高電池的導電性、穩定性、安全性及可靠性，提高電池配組，降低電池生產廠家成本，進而使電池的整體性能產生顯著的提升。本發明還具有製備工藝簡單、生產成本低、使用壽命長、產品不良率低的特點。
【附圖說明】
圖1是本發明的導電漿料的示意圖。
圖2是本發明的導電漿料塗覆於鋁/銅箔的示意圖。
圖3是本發明的導電漿料SEM圖。
圖4是本發明的鋁/銅箔導電塗層斷面SEM圖。
【具體實施方式】
下列實施例是對本發明的進一步解釋和補充，對本發明不構成任何限制。
實施例1
向攪拌機中分別加入60克去離子水和15克聚乙烯吡咯烷酮攪拌2小時，然後加入20克平均粒徑為5微米的灰色導電人造石墨攪拌3小時，最後加入5克乙醇繼續攪拌1小時，得到顏色為銀灰色的初分散導電漿料，將初分散導電漿料用磨砂機分散6遍，得到銀灰色導電漿料，如圖1所示。
將得到的導電漿料進行SEM表徵，表徵結果如圖3所示，從SEM圖可看出銀灰色導電漿料分散均勻。將得到的導電漿料在塗布機中塗布於鋰電池的集流體中，得到銀灰色集流體塗層，如圖2所示。將得到的塗層進行SEM表徵，表徵結果如圖4所示，從SEM圖可看出銀灰色導電漿料與集流體接觸密實。將銀灰色塗層應用到鋰離子電池中，測試結果表明，本發明的銀灰色導電漿料可降低電池活性物質與集流體之間的電阻，提高電池的穩定性、安全性及可靠性，其導電性能明顯優於黑色導電漿料，且厚度薄，電極與集流體之間的粘附著性能優勢明顯，電池廠家在應用時易識別，可降低產品的不良率，提高電池的一致性。
實施例2
向攪拌機中分別加入66克去離子水和10克LA-133攪拌2小時，然後加入20克平均粒徑為20微米的灰色導電人造石墨攪拌3小時，最後加入4克甲醇繼續攪拌1小時，得到顏色為銀灰色的初分散導電漿料，將初分散導電漿料用細胞粉碎儀分散6遍，得到銀灰色導電漿料。
將得到的導電漿料進行SEM表徵，從表徵結果可看出銀灰色導電漿料分散均勻。將得到的導電漿料在塗布機中塗布於鋰電池的集流體中，得到銀灰色集流體塗層。將得到的塗層進行SEM表徵，表徵結果表明銀灰色導電漿料與集流體接觸密實。將銀灰色塗層應用到鋰離子電池中，測試結果表明，本發明的銀灰色導電漿料可降低電池活性物質與集流體之間的電阻，提高電池的穩定性、安全性及可靠性，其導電性能明顯優於黑色導電漿料，且厚度薄，電極與集流體之間的粘附著性能優勢明顯，電池廠家在應用時易識別，可降低產品的不良率，提高電池的一致性。
實施例3
向攪拌機中分別加入35克去離子水和25克羧甲基纖維素攪拌3小時，然後加入30克平均粒徑為50微米的灰白色導電天然石墨攪拌5小時，最後加入10克聚乙二醇繼續攪拌2小時，得到顏色為銀灰色的初分散導電漿料，將初分散導電漿料用砂磨機分散10遍，得到銀灰色導電漿料。
將得到的導電漿料進行SEM表徵，從表徵結果可看出銀灰色導電漿料分散均勻。將得到的導電漿料在塗布機中塗布於鋰電池的集流體中，得到銀灰色集流體塗層。將得到的塗層進行SEM表徵，表徵結果表明銀灰色導電漿料與集流體接觸密實。將銀灰色塗層應用到鋰離子電池中，測試結果表明，本發明的銀灰色導電漿料可降低電池活性物質與集流體之間的電阻，提高電池的穩定性、安全性及可靠性，其導電性能明顯優於黑色導電漿料，且厚度薄，電極與集流體之間的粘附著性能優勢明顯，電池廠家在應用時易識別，可降低產品的不良率，提高電池的一致性。
實施例4
向攪拌機中分別加入91.5克去離子水和3克丁苯橡膠攪拌0.5小時，然後加入5克平均粒徑為200納米的銀灰色導電人造石墨攪拌1小時，最後加入0.5克氧化鈣繼續攪拌0.5小時，得到顏色為銀灰色的初分散導電漿料，將初分散導電漿料用砂磨機分散3遍，得到銀灰色導電漿料。
將得到的導電漿料進行SEM表徵，從表徵結果可看出銀灰色導電漿料分散均勻。將得到的導電漿料在塗布機中塗布於鋰電池的集流體中，得到銀灰色集流體塗層。將得到的塗層進行SEM表徵，表徵結果表明銀灰色導電漿料與集流體接觸密實。將銀灰色塗層應用到鋰離子電池中，測試結果表明，本發明的銀灰色導電漿料可降低電池活性物質與集流體之間的電阻，提高電池的穩定性、安全性及可靠性，其導電性能明顯優於黑色導電漿料，且厚度薄，電極與集流體之間的粘附著性能優勢明顯，電池廠家在應用時易識別，可降低產品的不良率，提高電池的一致性。
實施例5
向攪拌機中分別加入55克去離子水和15克LA-133攪拌2小時，然後加入25克平均粒徑為15納米的灰色導電人造石墨攪拌3小時，最後加入5克乙醇繼續攪拌1小時，得到顏色為銀灰色的初分散導電漿料，將初分散導電漿料用砂磨機分散6遍，得到銀灰色導電漿料。
將得到的導電漿料進行SEM表徵，從表徵結果可看出銀灰色導電漿料分散均勻。將得到的導電漿料在塗布機中塗布於鋰電池的集流體中，得到銀灰色集流體塗層。將得到的塗層進行SEM表徵，表徵結果表明銀灰色導電漿料與集流體接觸密實。將銀灰色塗層應用到鋰離子電池中，測試結果表明，本發明的銀灰色導電漿料可降低電池活性物質與集流體之間的電阻，提高電池的穩定性、安全性及可靠性，其導電性能明顯優於黑色導電漿料，且厚度薄，電極與集流體之間的粘附著性能優勢明顯，電池廠家在應用時易識別，可降低產品的不良率，提高電池的一致性。
籍此，本發明通過以導電碳源、導電膠、消泡劑及溶劑為原料製備的銀灰色導電漿料，應用到集流體上得到集流體導電塗層，其不僅能提供靜態導電性能，收集鋰離子電池正負極活性物質的微電流，從而可以大幅度降低活性物質和集流體之間的電阻，而且還可提高兩者之間的附著力，大幅度減少粘結劑的用量，對集流體起到防腐蝕及氧化作用，提高電池的導電性、穩定性、安全性及可靠性，提高電池配組，降低電池生產廠家成本，進而使電池的整體性能產生顯著的提升。本發明還具有製備工藝簡單、生產成本低、使用壽命長、產品不良率低的特點。
儘管通過以上實施例對本發明進行了揭示，但本發明的保護範圍並不局限於此，在不偏離本發明構思的條件下，對以上各構件所做的變形、替換等均將落入本發明的權利要求範圍內。