一种复合导电涂料及其生产方法和应用与流程

本发明涉及涂料，具体涉及一种复合导电涂料及其生产方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池是近年来发展迅速的一种可充电二次电池，具有能量密度大、充放电效率高且使用寿命长等优点。锂离子电池主要是由正极、负极、隔膜和电解液组成，锂离子通过在正负极之间来回移动实现电池的充放电过程，其中正负极是将正负极活性物质负载在铝箔等集流体表面制成，目前商用正负极主要是通过将正负极活性物质与粘结剂进行混合，再涂覆于铝箔表面，经烘干处理即可，但是该种处理方式存在粘附力不足，活性物质与集流体间接触面积较小，接触电阻较高等问题。

2、为了解决这些问题，改善铝箔的性能，现有技术采用在铝箔表面涂覆导电涂料，形成涂碳铝箔，可提高锂离子电池的性能，延长使用寿命。目前市面上采用的导电涂料一般是由导电剂、粘结剂和溶剂组成，其中导电剂主要包括石墨、石墨烯、碳纳米管和导电炭黑等，这些导电剂均存在与粘结剂相容性差，在粘结剂中分散不均的问题，而且在涂料固化过程中，这些导电剂在重力作用下，易沉积到涂层底部，使得粘结剂与铝箔的接触面积减小，导致粘附力不足，进而发生涂层脱落现象，造成电池寿命大大缩短。

3、申请号为cn201410238020.2的发明专利提供了一种导电涂料及其制备方法、锂离子电池正极片及其制备方法及锂离子电池，通过制备含羧酸基团的聚烯烃树脂为粘结剂，其与氨水中和过程中可产生亲水性较强的羧酸铵盐结构，提高了与铝箔的粘结性，降低电极的内阻，但并未解决导电剂的分散性问题。

4、基于此，本发明提供了一种复合导电涂料，可直接应用于锂离子电池正极片的制作中，可解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合导电涂料及其生产方法和应用，解决了导电涂料中导电剂分散性较差，造成粘结剂与铝箔之间粘附力不足，导致锂离子电池寿命缩短的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种复合导电涂料，按重量份数计，包括以下原料：粘结剂30-45份、导电粒子10-20份、有机分散剂200-300份；

4、所述粘结剂的制备方法包括以下步骤：

5、步骤a：将丙烯酸、4-乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、交联剂、引发剂和纯化水搅拌混合，形成反应料；

6、步骤b：将反应料倒入反应釜中，通氮气除氧，升高反应釜中温度至70-80℃，保温搅拌2-6h后，待物料自然降温，出料，获得粘结剂；

7、所述导电粒子为表面修饰有季铵氮正离子的导电炭黑。

8、通过采用上述技术方案，在引发剂作用下，丙烯酸、4-乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯与交联剂结构中的不饱和烯基发生交联聚合反应，形成结构中含有导电聚苯胺的交联型聚丙烯酸酯类粘结剂。

9、进一步地，所述有机分散剂为n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺或者二甲基亚砜中的任一种。

10、进一步地，步骤一中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或者过硫酸钠中的任一种。

11、进一步地，步骤一中，所述交联剂的制备方法具体为：

12、将本征态聚苯胺与甲苯混合，搅拌均匀后，投入二烯丙基氨基甲酰氯，通氮气保护，加入催化剂，加毕，开启搅拌，室温处理4-8h后，蒸发溶剂，分离出固体物料，获得交联剂。

13、通过采用上述技术方案，聚苯胺结构中含有仲氨基，可以在催化剂作用下与二烯丙基氨基甲酰氯结构中的酰氯基团发生缩合反应，从而在聚苯胺结构中引入可聚合的不饱和烯基官能团，制得聚苯胺型交联剂。

14、进一步地所述本征态聚苯胺的分子量为10000。

15、进一步地，所述催化剂为三乙胺或者吡啶中的任一种。

16、进一步地，所述导电粒子的制备方法包括以下步骤：

17、第一步：向纯化水中加入导电炭黑和氢氧化钠，搅拌混合均匀后，继续加入双氧水溶液，加毕，于60-70℃搅拌处理12-16h，离心分离出固体物料，经洗涤和烘干处理，获得炭黑改性体；

18、第二步：将炭黑改性体加入体积比为3∶1的乙醇和纯化水混合溶液中，分散均匀后，加入三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵，加毕，通氮气除氧，于70-80℃恒温搅拌8-12h后，离心出固体物料，经洗涤和真空干燥，获得导电粒子。

19、通过采用上述技术方案，导电炭黑经氧化处理后，表面会产生羟基等活性含氧官能团，制得炭黑改性体，使用三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵对其进行修饰，使导电炭黑表面富含季铵氮正离子，制得导电粒子。

20、进一步地，第一步中，所述双氧水溶液的质量分数为30％。

21、一种复合导电涂料的生产方法，包括以下步骤：

22、步骤一：按重量份数称取各原料，备用；

23、步骤二：将粘结剂与有机分散剂搅拌混合，形成均匀物料后，加入导电粒子，超声分散1-2h后，继续搅拌混合至形成均匀物料，获得复合导电涂料。

24、一种复合导电涂料的应用，将上述复合导电涂料应用于锂离子电池领域中。

25、本发明的有益效果：

26、(1)本发明通过制备在导电炭黑表面修饰季铵氮正离子，制得导电粒子，由于季铵氮正离子呈正电性，因此导电炭黑粒子之间会发生静电相互排斥，进而实现在粘结剂基体中的均匀分散，有利于涂料中导电通路的构建。此外，粘结剂结构中含有磺酸基团，在搅拌过程中，导电粒子可以与粘结剂结构中的磺酸基团之间发生静电结合，进而实现对导电粒子的固定，通过这种静电限位作用，可以使导电粒子在涂料固化过程中不发生沉降，提高涂料中粘结剂与集流体的接触面积，有利于提高涂料在集流体上的粘附力，进而提高锂离子电池的使用寿命。

27、(2)本发明以结构中含有聚苯胺交联剂的聚丙烯酸酯作为粘结剂，交联剂的存在可以使粘结剂分子链的交联密度更高，内聚力提高，从而可增强粘结剂的粘结强度，表现出更高的粘结力，从而避免。同时，聚苯胺的引入可以赋予粘结剂良好的导电性，进而与导电粒子相互协同，产生流畅的导电通路，从而有效提高了导电涂料的导电性，进而降低极片的电阻，提高锂离子电池的性能。

28、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种复合导电涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：粘结剂30-45份、导电粒子10-20份、有机分散剂200-300份；

2.根据权利要求1所述的一种复合导电涂料，其特征在于，所述有机分散剂为n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺或者二甲基亚砜中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种复合导电涂料，其特征在于，步骤一中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或者过硫酸钠中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种复合导电涂料，其特征在于，步骤一中，所述交联剂的制备方法具体为：

5.根据权利要求4所述的一种复合导电涂料，其特征在于，所述本征态聚苯胺的分子量为10000。

6.根据权利要求4所述的一种复合导电涂料，其特征在于，所述催化剂为三乙胺或者吡啶中的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种复合导电涂料，其特征在于，所述导电粒子的制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种复合导电涂料，其特征在于，第一步中，所述双氧水溶液的质量分数为30％。

9.如权利要求1所述的一种复合导电涂料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求1所述的一种复合导电涂料的应用，其特征在于，将所述复合导电涂料应用于锂离子电池领域中。

技术总结
本发明涉及涂料技术领域，公开了一种复合导电涂料及其生产方法和应用，以粘结剂、导电粒子和有机分散剂为原料，经混合制得，其中粘结剂为结构中含有导电聚苯胺的交联型聚丙烯酸酯类粘结剂，导电粒子为表面修饰有季铵氮正离子的导电炭黑，在静电作用下，炭黑粒子间会相互分离，并与粘结剂发生静电吸附，进而实现对导电粒子的固定，使炭黑粒子能够均匀分散在导电涂料中，且不会发生沉降，导致涂料与集流体间的粘结力发生下降的问题，同时，制备的聚丙烯酸酯类粘结剂也具有一定的导电性能，可与导电粒子相互协同，产生流畅的导电通路，从而有效提高了导电涂料的导电性，进而降低极片的电阻，提高锂离子电池的性能。

技术研发人员：葛良辉,费伟征,李科
受保护的技术使用者：深圳宇锵新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16