一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置及其塗敷的方法
2023-10-10 10:28:04
專利名稱：一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置及其塗敷的方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池底塗層技術領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的底塗層中底塗液的配置與塗敷的方法。
背景技術：
磷酸鐵鋰是近幾年發展起來的一種新型儲能電池，並以其安全性能高、循環壽命長、環境友好等優點成為一種新型動力電池。但是由於磷酸鐵鋰的導電性較差，需要在磷酸鐵鋰中摻雜一些導電劑來改善其材料的導電性能，並提高其活性材料間離子的導電性能， 而對活性材料與集流體鋁箔的導電性能並未改善。由於磷酸鐵鋰一次粒子顆粒直徑一般在 IOnm 2000nm之間，其與鋁箔表面的接觸是點接觸，磷酸鐵鋰活性材料與集流體鋁箔粘結差，造成電池的內阻及其極化增加，並影響到電池的倍率性能、循環性能。凹版轉移塗敷與噴塗技術是近幾年發展起來新型技術，在集流體上塗敷一薄層導電塗敷層，既能增加塗敷層與鋁箔的粘附力，又能增加塗敷層與磷酸鐵鋰活性物質的粘附力。而導電膠的選擇非常重要，既要具有與鋁箔好的粘附力，又要具有與磷酸鐵鋰正極漿料好的粘附力，同時具有好的導電性。由於導電膠主要由粘結劑與導電劑組成，因此在選擇粘結劑和導電劑時既要考慮到粘結劑的粘結性能，又要考慮到導電劑的顆粒直徑，做到導電劑剛好夾在磷酸鐵鋰顆粒、鋁箔、磷酸鐵鋰顆粒之間的空隙裡面，降低磷酸鐵鋰與鋁箔間的內阻。
發明內容
針對以上不足，本發明的目的在於提供一種提高磷酸鐵鋰電池倍率、循環性能、降低電池內阻的底塗層中底塗液的配置及其塗敷方法，可以大幅度提高磷酸鐵鋰活性物質與集流體之間的粘附力。本發明的技術方案是通過以下方式實現的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，以質量百分比計，包括以下步驟1)配置底塗液；2)超聲波分散；
1)、配置底塗液
(1)水性底塗液的配置；水性溶劑1份、粘結劑A 0. 05 0. 6份、粉體納米導電碳複合導電劑0. 05 0.6份。所述的粘結劑A是丙烯酸與丙烯氰形成交聯聚合物，其分子量為2000 30000之間。所述的水性溶劑為二次蒸餾水或濃度為109Γ95%的酒精或ΙΡΑ。所述的粉體納米導電碳複合導電劑與粘結劑A以0. 1 0. 6 :1的比例混合而成。所述的納米導電碳複合導電劑是由納米導電碳與Spper P以10 :1 5的比例複合而成，所用納米導電碳的粒徑為IOnm— lOOOnm。(2)油性底塗液的配置；油性溶劑1份、粘結劑B 0. 03 0. 6份、粉體納米導電碳複合導電劑0. 03、. 6份。所述的粘結劑B為聚偏氟乙烯(PVDF)，其分子量為100-110萬之間所述的油性溶
3劑為NMP，溶劑純度大於98%。所述的粉體納米導電碳複合導電劑與粘結劑B以1 :0. 1 0. 8的比例混合而成。所述的納米導電碳複合導電劑是由納米導電碳與Spper P以10 :1 5的比例複合而成，納米導電碳的直徑為IOnm— lOOOnm。2)、超聲波分散
(1)水性底塗液超聲波分散；將粘結劑A和水性溶劑進行混合機械攪拌1 2小時，直至粘結劑A完全與水性溶劑溶解形成粘結劑體系A ；之後在超聲波分散條件下分三次每隔 30分鐘在上述體系中加入粉體納米導電碳複合導電劑，並機械攪拌1 2小時直至形成穩定的水性底塗液。(2)油性底塗液超聲波分散；將油性溶劑和粘結劑B進行混合機械攪拌5 6小時，直至粘結劑B完全與油性溶劑溶解形成粘結劑體系B ；之後在超聲波分散條件下分三次每隔30分鐘在上述體系中加入粉體納米導電碳複合導電劑，並機械攪拌5 6小時直至形成穩定的油性底塗液。用上述二種配置的方法最後得到粘度為200 20000cps的底塗液。一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的塗敷方法，其特徵在於是將上述經配置好的水性或油性底塗液經過Iu過濾篩過篩後，用凹版轉移塗敷或用噴塗技術塗敷在鋁箔表面， 其厚度為(0. 1 10) μπι，乾燥後在其表面上再塗敷上磷酸鐵鋰正極材料，並以人造石墨作為負極材料，採用LiPF6/EC+DEC、體積比1 1為電解液，Celgard 2400膜為隔膜，製備出 5AH軟包電池。本發明，其製備的電池內阻小、粘附力強、導電性好、壓實密度大，尤其對電池的大倍率放電具有明顯的效果。並根據電池設計的要求，依據底塗液的粘度塗敷出不同厚度的導電集流體，提高了電池的不同性能。
圖1是本發明的電池A內阻曲線圖。圖2是電池A的電壓-放電容量倍率曲線圖。
具體實施例方式實施例1
鋁箔預塗納米導電碳水性底塗液的配置，以質量百分比計。稱取1000克二次蒸餾水水性溶劑和200克水性粘結劑A進行機械攪拌2小時，得到均一、穩定的粘結劑體系；在超聲波分散條件下分三次每隔30分鐘加入25克(總質量為 75克)粉體納米導電碳複合導電劑，再用超聲波超聲分散2小時，最後得到粘度為SOOOcps 的水性底塗液。這裡的納米導電碳複合導電劑是20克納米導電碳和5克Supper P複合導電劑混合而成。選用納米導電碳與Spper P複合不但可以增加底塗液的導電性，同時可以提高塗敷面的平整度。實施例2
鋁箔預塗納米導電碳水性底塗液的配置，以質量百分比計。稱取1000克酒精水性溶劑和200克水性粘結劑A進行機械攪拌1小時，得到均
4一、穩定的粘結劑體系；在超聲波分散條件下分三次每隔30分鐘加入18克(總質量為M 克)粉體納米導電碳複合導電劑，再用超聲波超聲分散2小時，最後得到粘度為2000cps的水性底塗液。這裡的納米導電碳複合導電劑是15克納米導電碳和3克Supper P複合導電劑混合而成。水性溶劑為二次蒸餾水或濃度為109Γ80%的酒精/ΙΡΑ，由於二次蒸餾水或酒精、 IPA中含有羥基基團可以更好地與粘結劑中的羥基基團相容。所述的水性粘結劑A是濃度為15%的丙烯酸與丙烯氰形成交聯聚合物、分子量為 2000 30000之間的粘結劑。選用丙烯酸與丙烯氰形成交聯聚合物作為粘結劑及其分子量可以使粘結劑與鋁箔、粘結劑與磷酸鐵鋰活性物質之間有更好的粘附力。實施例3
鋁箔預塗納米導電碳油性底塗液的配置，以質量百分比計。稱取1000克純度為大於98%的N-甲基吡咯烷酮NMP作為油性溶劑、35克聚偏二氟乙烯PVDF作為粘結劑B，在高速攪拌下機械攪拌6小時，得到均一、穩定的粘結劑體系； 之後分三次每隔30分鐘加入20克(總質量為60克)的粉體納米導電碳複合導電劑體系， 並再採用超聲波超聲分散2小時，最後加入質量為300克NMP調整粘度，並最終得到粘度在 3000 cps的油性底塗液。其中納米導電碳複合導電劑是由10克納米導電碳和5克Supper P複合導電劑混合而成。選用粘結劑B為聚偏氟乙烯(PVDF)，其分子量為100_110萬之間所述的油性溶劑為NMP，溶劑純度大於98%可以使粘結劑與鋁箔、粘結劑與磷酸鐵鋰活性物質之間有更好的粘附力。實施例4
鋁箔預塗納米導電碳油性底塗液的配置，以質量百分比計。稱取1000克純度為大於98%的N甲基吡咯烷酮NMP作為油性溶劑、30克聚偏二氟乙烯PVDF作為粘結劑B，在高速攪拌下機械攪拌5小時，得到均一、穩定的粘結劑體系； 之後分三次每隔30分鐘加入66克(總質量為198克)粉體納米導電碳複合導電劑體系， 並再採用超聲波超聲分散1小時，最後加入質量為800克NMP調整粘度，並最終得到粘度在 2000 cps的油性底塗液。其中納米導電碳複合導電劑是由7克納米導電碳和4克Supper P複合導電劑混合而成。以上1-4的實施例中納米導電碳的粒徑為IOnm—IOOOnm ；選用納米導電碳與 Spper P複合不但可以增加底塗液的導電性，同時可以提高塗敷面的平整度。選用上述粘結劑及其分子量可以使粘結劑與鋁箔、粘結劑與磷酸鐵鋰活性物質之間有更好的粘附力。一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的塗敷方法，是將上述實施例1一4中製得的底塗液，經過Iu過濾篩過篩後，用凹版轉移塗敷或用噴塗技術塗敷在鋁箔表面，其厚度為 (0. 1 10) ym，乾燥後在其表面上再塗敷上磷酸鐵鋰正極材料，並以人造石墨作為負極材料，採用LiPF6/EC+DEC、體積比1 1為電解液，Celgard 2400膜為隔膜，製備出5AH軟包電池。塗敷一定厚度的底塗液，目的是為增大磷酸鐵鋰活性物質與集流體的接觸面積， 太薄起不到增大接觸面積的作用，太厚會降低單體電池的體積能量，影響電池的整體性能。
對比試驗未在鋁箔表面塗敷本發明的底塗液的，以鋁箔為集流體，其厚度為 (0. 1 10) μ m，磷酸鐵鋰為正極材料，人造石墨作為負極材料，採用LiPF6/EC+DEC (體積比 1 1)為電解液，Celgard MOO膜為隔膜，製備出5AH軟包電池B，作為對比電池。從圖1可以看出，電池在每次放電10%電量條件下測試其電池A和電池B的直流內阻與放電容量百分比關係，得出直流內阻-放電容量百分比曲線圖。由圖中可以看出在集流體鋁箔表面塗敷底塗層後，直流內阻(平均值為3 πιΩ )得到明顯降低，明顯優於未塗敷電池的直流內阻(平均值為5 πιΩ)，同時電池的直流內阻波動性也優於未塗電池的直流內阻。從圖2可以看出，電池A和電池B在倍率為0. 3C和2C條件下測試其電壓-放電容量曲線圖。可以看出塗敷後電池A在2C條件下容量保持率為96%，明顯優於未塗敷電池 B在倍率為2C條件下的容量保持率88%。
權利要求
1.一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，以質量百分比計，包括以下步驟1)配置底塗液；2)超聲波分散；其特徵在於1)、配置底塗液(1)水性底塗液的配置；水性溶劑1份、粘結劑A0. 05 0. 6份、粉體納米導電碳複合導電劑0. 05 0.6份；(2)油性底塗液的配置；油性溶劑1份、粘結劑B0. 03 0. 6份、粉體納米導電碳複合導電劑0. 03 0.6份;2)、超聲波分散(1)水性底塗液超聲波分散；將粘結劑A和水性溶劑進行混合機械攪拌1 2小時，直至粘結劑A完全與水性溶劑溶解形成粘結劑體系A ；之後在超聲波分散條件下分三次每隔 30分鐘在上述體系中加入粉體納米導電碳複合導電劑，並機械攪拌1 2小時直至形成穩定的水性底塗液；(2)油性底塗液超聲波分散；將油性溶劑和粘結劑B進行混合機械攪拌5 6小時，直至粘結劑B完全與油性溶劑溶解形成粘結劑體系B ；之後在超聲波分散條件下分三次每隔 30分鐘在上述體系中加入粉體納米導電碳複合導電劑，並機械攪拌5 6小時直至形成穩定的油性底塗液。
2.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(1)工序中所述的粘結劑A是丙烯酸與丙烯氰形成交聯聚合物，其分子量為2000 30000之間。
3.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(1)工序中所述的水性溶劑為二次蒸餾水或濃度為109Γ95%的酒精、 IPA。
4.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(1)工序中所述的粉體納米導電碳複合導電劑與粘結劑A以0. 1 0.6 1的比例混合而成。
5.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(1)工序中所述的納米導電碳複合導電劑是由納米導電碳與Spper P以10 :0. 5 6的比例複合而成，所用納米導電碳的粒徑為IOnm— lOOOnm。
6.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(2)工序中所述的粘結劑B為聚偏氟乙烯PVDF，其分子量為100-110 萬之間所述的油性溶劑為NMP，溶劑純度大於98%。
7.根據權利要求1所述的一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置，其特徵在於所述的步驟1)配置底塗液(2)工序中所述的粉體納米導電碳複合導電劑與粘結劑B以1 0. 1 0. 8的比例混合而成。
8.一種根據權利要求1所述製得的鋁箔預塗納米導電碳底塗液的塗敷方法，其特徵在於是將上述經配置好的水性或油性底塗液經過1 μ m過濾篩過篩後，用凹版轉移塗敷或用噴塗技術塗敷在鋁箔表面，其厚度為(0. 1 10) μ m，乾燥後在其表面上再塗敷上磷酸鐵鋰正極材料。
全文摘要
一種鋁箔預塗納米導電碳底塗液的配置及其塗敷的方法，以質量百分比計，包括以下步驟1)配置底塗液；2)超聲波分散；本發明，其製備的電池內阻小、粘附力強、導電性好、壓實密度大，尤其對電池的大倍率放電具有明顯的效果。並根據電池設計的要求，依據底塗液的粘度塗敷出不同厚度的導電集流體，提高了電池的不同性能。
文檔編號B05C11/10GK102295898SQ20111015101
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者丁建民 申請人:丁建民