一种导热性能良好的涂碳铝箔的制作方法

本发明属于锂电池材料，具体地，涉及一种导热性能良好的涂碳铝箔。

背景技术：

1、锂离子电池普遍使用铝箔或涂碳铝箔作为正极材料的载体，而通过在铝箔表面涂覆导电碳层可抑制电池极化、减少热效应、提高电池的倍率性能，同时可提高活性物质与铝箔的粘附性，减少粘结剂的用量。采用上述涂炭铝箔的锂电池导电性、倍率性能和散热性能好。

2、然而，现有的锂电池涂碳铝箔制备过程中忽略了对锂电池表面氧化层和油污的有效处理，从而直接进行涂炭，导致导电能力差、无法降低界面电阻、降低了电池的低温放电能力、缩短了循环寿命，同时涂碳方法不太合理，导致结果不尽人意，许多涂炭层的形成需要在高温条件下形成，如环氧-氨基粘结剂充分交联需要170-180℃的温度、1min以上的交联时间，其交联效率低，不利于流水线的生长，目前锂电池中的铝箔在12-20μm间，高温烘烤下，铝箔会严重变形，改变张力分布，导致后续加工困难，并且现有的铝箔导热性差，导致制成的锂电池散热性差，影响锂电池的使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种导热性能良好的涂碳铝箔。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种导热性能良好的涂碳铝箔，以预处理铝箔为基材，表面涂覆导电导热碳浆料制备，具体制备步骤如下：

4、第一步、通过清洗和粗化处理得到预处理铝箔；

5、第二步、将导电导热碳浆料涂覆在铝箔上，涂覆厚度为1-3μm，在60-110℃下的热风及波长为300-400nm的紫外光照射烘箱中保持100-200s，即得导热性能良好的涂碳铝箔。

6、进一步地，导电导热碳浆料由以下步骤制成：

7、按重量份计，准备碳材料5-15份、增强粒子5-8份、紫外光固化树脂3-5份、改性纤维素纳米晶3-5份、光引发剂0.5-1份、去离子水65-90份、助剂0.3-1份；将上述原料加入混合机中，搅拌均匀，得到导电导热碳浆料。

8、进一步地，增强粒子通过以下步骤制成：

9、将羧基化单壁碳纳米管加入十二烷基苯磺酸钠溶液中，在冰浴条件下超声分散2h后，转移至0.1mol/l硝酸银溶液中，磁力搅拌6-8h后，以10ml/min速率滴加0.1mol/l的抗坏血酸溶液，滴加结束后，室温下搅拌反应0.5-1h，静置6-8h后，离心分离，沉淀用乙醇洗涤后干燥，得到增强粒子，羧基化单壁碳纳米管、十二烷基苯磺酸钠溶液、硝酸银溶液、抗坏血酸溶液3g：200-300ml：100ml：200-300ml，十二烷基苯磺酸钠溶液为质量分数2-5％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，以高导热、导电性能的羧基化单壁碳纳米管为原料，通过还原反应，得到增强粒子。

10、进一步地，改性纤维素纳米晶通过以下步骤制成：

11、将羧基化纤维素纳米晶置于dmf中，超声30min后，加入活性聚噻吩，搅拌5-10min后，加入对甲苯磺酸，升温至80-85℃搅拌反应24h，反应结束后，离心洗涤，冷冻干燥，得到改性纤维素纳米晶，羧基化纤维素纳米晶、dmf、活性聚噻吩和对甲苯磺酸质量比为1：20-30：1：0.02-0.04，使羧基化纤维素纳米晶分子链上通过化学键连接活性聚噻吩，得到改性纤维素纳米晶。

12、进一步地，活性聚噻吩由以下步骤制成：

13、步骤s1、向三口烧瓶中加入3-噻吩乙酸、2-氯乙氧基乙醇和甲苯混合，加入对甲苯磺酸，氮气保护下，100-105℃下搅拌反应6-8h，反应结束后，冷却至室温，加入去离子水洗涤，收集有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，滤液旋蒸，得到中间体1；

14、其中，入3-噻吩乙酸、2-氯乙氧基乙醇和甲苯的用量比为5mmol：6-8mmol：40-50ml，对甲苯磺酸用量为3-噻吩乙酸和2-氯乙氧基乙醇质量和的1-2％，通过酯化反应得到中间体1，具体反应过程如下：

15、

16、步骤s2、向圆底烧瓶中加入无水fecl3和干燥三氯甲烷，氮气保护下超声20min，滴加中间体1的氯仿溶液，滴加结束后，0℃下搅拌24h，然后升温至室温，搅拌反应8-10h，反应结束后，旋蒸去除有机溶剂，加入甲醇和水合肼，40℃搅拌4h后过滤，水洗直至滤液呈无色用甲醇索氏提取24h，60℃下真空干燥至恒重，得到中间体2；

17、其中，无水fecl3、干燥三氯甲烷、中间体1的氯仿溶液、甲醇和水合肼的用量比为4mmol：30-40ml：20ml：50ml：1.5mmol，中间体1的氯仿溶液由中间体1和氯仿按照用量比1mmol：20ml组成，在fecl3催化作用下合成聚合物中间体2，具体反应过程如下：

18、

19、步骤s3、向圆底烧瓶中加入dmf、二乙醇胺、中间体2、碳酸钾和碘化钾，氮气保护下，加热至70℃，反应60-72h后停止反应，加入甲醇重结晶，过滤，滤饼水洗至溶液无色，真空干燥，得到活性聚噻吩；

20、其中，dmf、二乙醇胺、中间体2、碳酸钾和碘化钾的用量比为30ml：5mmol：0.12-0.15g：1.5mmol：1.5mmol，通过取代反应得到活性聚噻吩，具体反应过程如下：

21、

22、进一步地，羧基化纤维素纳米晶包括以下步骤制成：

23、将纤维素纳米晶和马来酸酐分散在dmf中，然后在氮气气氛下，于120℃搅拌反应20-22h，反应结束后，静置沉淀6-8h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水洗涤，冷冻干燥，得到羧基化纤维素纳米晶，纤维素纳米晶、马来酸酐和dmf的质量比为1-3：10：100，高温下通过酯化反应利用马来酸酐修饰纤维素纳米晶得到羧基化纤维素纳米晶。

24、进一步地，粗化处理采用碱洗或酸洗方式，具体为：将铝箔置于0.1-0.5mol/l的氢氧化钠或磷酸溶液中清洗10-50s，清洗温度40-60℃。

25、进一步地，碳材料包括石墨烯、石墨、导电炭黑、气相生长炭纤维和科琴黑中的一种或几种按照任意比例混合。

26、进一步地，紫外光固化树脂为环氧改性丙烯酸树脂和聚氨酯改性丙烯酸树脂中的一种。

27、进一步地，光引发剂为二苯甲酮或安息香异丙醇。

28、进一步地，助剂为聚乙烯吡咯烷酮或2-羟基磷酰基乙酸。

29、本发明的有益效果：

30、1、为了克服传统铝箔涂炭层在高温形成影响铝箔性能的问题，本发明采用紫外光固化树脂为主要固化原料，通过光固化和热固化形成在铝箔表面形成炭层，不仅工艺简便，而且节能高效。

31、2、为了提高铝箔的导热导电性能，本发明在导电导热碳浆料引入增强粒子，增强粒子为表面包括纳米银的单壁碳纳米管，利用羧基和银离子之间的相互作用，以羧基化单壁碳纳米管为原料得到，具有优异的导电性和导热性，将其加入浆料中，能够与碳材料形成三维导热网络，纳米银的存在作为导电导热加强点，填充于碳材料与碳纳米管之间的缝隙中，使三维网络连接更加紧密，提高碳层的导电导热性。

32、3、为了提高铝箔的导热导电性能，本发明在导电导热碳浆料中引入改性纤维素纳米晶，为分子链通过化学键连接由活性聚噻吩的纤维素纳米晶，将其加入浆料中，一方面发挥粘接作用，减少粘接树脂的用量，弥补粘接剂的使用降低碳层导电导热性的影响，另一方面发挥聚噻吩的高导热、导电性能，提高碳层的导电、带热性，且其分子链上的羟基能够参与固化反应，提高碳层的交联密度，分子中多个亲水基团的存在，具有良好的亲水性，通过氢键等相互作用，改善碳材料在浆料中的分散性。