一种钠离子电池用涂碳铝箔的制备方法与流程

本发明属于钠离子电池，具体涉及一种钠离子电池用涂碳铝箔的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池因其本身具有工作电压平台高、倍率性能好、使用寿命长、储能密度高、自放电率低等优点，成为了理想的储能装置，但是，随着锂资源短缺、、分布不均以及成本高等问题，锂离子电池的应用推广受到极大影响。

2、相较于锂元素的资源短缺问题，钠元素不仅具有与锂相似的物理和化学性质，而且在地壳中资源比锂丰富数千倍，成本低廉，因此，钠离子电池成为替代锂离子电池的极佳选择。在钠离子电池中，由于钠不会与铝发生反应，故，以铝箔作为集流体材料，并在铝箔表面一层活性材料形成涂碳铝箔来提高电流汇集，但是，涂碳铝箔中铝箔与涂层间的结合能力有限，在电池的持续充放电过程中，带来涂层与铝箔的膨胀性脱离从而导致内阻增加，带来电池性能的下降。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提供一种钠离子电池用涂碳铝箔的制备方法，解决了现有铝箔与涂层的粘附问题，利用铝箔表面的粗糙结构配合海藻酸钠的粘附凝胶特性，提升涂层与铝箔的结合力，保证电池性能的稳定。

2、为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

3、一种钠离子电池用涂碳铝箔的制备方法，所述涂碳铝箔包括铝箔、涂敷在铝箔表面的涂层和位于铝箔与涂层间的钠系粘合材料。

4、所述涂层为炭黑系导电涂层，所述钠系粘合材料为海藻酸钠。

5、进一步的，所述钠离子电池用涂碳铝箔的制备方法，包括如下步骤：

6、步骤1，将乙醇钠和海藻酸溶解在无水乙醇中，搅拌分散形成悬浊浆料；所述乙醇钠与海藻酸钠的质量比为1:1.1-1.3，且海藻酸在无水乙醇中的浓度为5-10g/l，搅拌速度为50-100r/min；在步骤中，乙醇钠在乙醇中具有良好的溶解，而海藻酸在乙醇中不具备溶解性，因此，将两者放入无水乙醇中能够形成悬浊液，将乙醇钠均匀分布在海藻酸表面；此时的乙醇钠以无水乙醇作为溶剂，能够保持一定的稳定性；

7、步骤2，将润湿分散剂加入至蒸馏水中搅拌均匀直至润湿分散剂完全溶解蒸馏水中，然后加入导电炭黑继续搅拌形成均质的导电浆料，所述润湿分散剂采用byk丙烯酸酯共聚物铵盐溶液润湿分散剂，所述润湿分散剂在蒸馏水中的浓度为1-2g/l，所述导电炭黑的浓度为100-400g/l，搅拌速度为100-200r/min，温度为20-30℃；该步骤中的润湿分散剂能够在水中形成良好的分散体系，并在其完全溶解状态下将导电炭黑加入，提高导电炭黑的分散性，缓解导电炭黑的自身团聚问题；

8、步骤3，将悬浊浆料滚涂在铝箔表面，并在干燥环境下烘干，然后将导电浆料二次滚涂，静置烘干得到镀膜铝箔，所述悬浊浆料的滚涂量是20-50μl/m2，烘干的温度为70-80℃，所述二次滚涂的滚涂量为1-2g/m2，静置烘干为50-70℃；该步骤在干燥环境下将悬浊浆料固定在铝箔表面，并在干燥环境下将乙醇蒸发去除，同时利用二次滚涂的方式将导电浆料固定在干燥的悬浊浆料表面，在这一过程中，悬浊浆料内的乙醇钠与导电浆料的蒸馏水形成反应，促进乙醇钠转化为氢氧化钠，该氢氧化钠不仅能够腐蚀铝箔，增加铝箔表面粗糙度，达到铝箔表面的附着力的效果，而且，氢氧化钠能够与海藻酸反应，形成海藻酸钠，且海藻酸略过量于乙醇钠，能够有效的解决了氢氧化钠过量的问题；海藻酸钠具有优异的粘附性，同时能够将导电炭黑固定在海藻酸钠上，形成碳层固定；

9、步骤4，将镀膜铝箔进行辊压处理，得到涂碳铝箔，所述辊压处理的压力为50-70t，辊压速度为20-30m/min，温度为80-90℃，该恒温辊压的处理过程中，铝箔表面的镀膜层受到外部压力，提升导电炭黑对涂覆层的渗透，提高涂碳层与铝箔的紧密结构，增强两者间的附着力，同时，海藻酸钠自身属于具有粘附性的凝胶，在辊压过程中，与炭黑形成的导电层形成交错式渗透，提高炭黑材料自身的粘合力，也提高了涂层与铝箔的粘合力。

10、本技术方案制备的涂碳铝箔以海藻酸钠作为粘合层，形成稳定的粘合效果，同时海藻酸钠能够在表面形成阴离子凝胶层，起到调节负极与电解液的界面反应，确保钠离子在负极表面沉积，还能够排斥电解液中的阴离子，抑制界面副反应的产生，对铝箔起到保护作用；海藻酸钠自带有钠离子，能够起到一定的钠离子补充效果，且本技术方案利用乙醇钠在含水环境下形成氢氧化钠，将海藻酸原位转化为海藻酸钠，能够与铝箔的碱腐蚀表面形成优质的贴合，没有表面气泡问题。

11、进一步的，所述铝箔在使用前需要进行前处理，该前处理利用乙醇水溶液作为油脂清洗剂，去除铝箔表面的油脂，实现铝箔表面的洁净化，同时，利用酸洗和碱腐蚀的方式形成表面微腐蚀，该微腐蚀能够有效的提升悬浊浆料在铝箔表面的接触面积，从而达到提升初步粘附力的效果；同时，铝箔前处理的微腐蚀结构能够减少乙醇钠对铝箔的腐蚀要求，增加整个体系的可控性；所述前处理步骤包括：a1，采用乙醇水溶液浸泡清洗铝箔，烘干得到表面洁净的铝箔，所述乙醇水溶液的乙醇体积浓度为40-50％，烘干温度为80-90℃；a2，在洁净的铝箔表面依次滚涂稀盐酸和稀碱液，冲洗并干燥得到表面微粗糙的铝箔，所述稀盐酸的ph为6-6.5，稀碱液的ph为7.5-8。该前处理通过乙醇水溶液将油脂去除，实现铝箔表面的洁净，同时利用稀盐酸将铝箔表面的氧化物去除，利用稀碱液进行表面微腐蚀，提高铝箔表面的凹凸粗糙结构，有助于涂层材料的粘附，提高铝箔与涂层的结合强度。

12、进一步的，步骤1中的乙醇钠能够快速水解产生氢氧化钠，且氢氧化钠对海藻酸形成影响，而在国标中无水乙醇中含水量不大于0.8％，一般为99.5％，该无水乙醇的含水量依然在乙醇钠的稀乙醇溶液中造成乙醇钠变质。为解决这一问题，所述无水乙醇在使用前浸泡至蛭石颗粒内搅拌均匀5-10min，然后以蛭石颗粒为过滤材料固液分离，得到不含水的乙醇，搅拌速度为100-200r/min，蛭石颗粒为粒径为5-10mm的球状颗粒；蛭石颗粒自身具有良好的吸水性，能够将乙醇中的水分子快速吸附，同时以蛭石颗粒为过滤材料时，利用蛭石颗粒的固体分割性将无水乙醇快速分割形成细小液流，从而达到良好的水分子去除效果；

13、进一步的，所述步骤1中的海藻酸在无水乙醇中呈不溶状态，其颗粒大小严重影响到海藻酸在溶液中的均质分散，因此，海藻酸在使用前需要进行碎化处理，利用碎化的方式将海藻酸细碎化，形成细小颗粒，所述海藻酸的碎化步骤包括：b1，将海藻酸加入至蒸馏水中恒温搅拌，形成海藻酸混水料，所述海藻酸与蒸馏水的质量比为2-3:1，所述恒温搅拌的温度为70-80℃，搅拌速度为200-400r/min；b2，将海藻酸混水料快速剪切搅拌，并恒温烘干，然后球磨搅拌得到海藻酸粉末，所述剪切搅拌的搅拌为1000-2000r/min，恒温烘干的温度为105-110℃，所述球磨搅拌的球磨压力为0.12-0.13mpa，温度为20-30℃。该碎化处理利用恒温搅拌的方式将水分子完全分散至海藻酸内，达到化开的效果，且基于水与海藻酸的质量差异，海藻酸并不能溶解，只是形成膨胀性化开，同时，高速剪切搅拌和球磨搅拌能够形成梯度式分散，且中间的恒温烘干将水分子去除，从而在干燥环境下形成固体破碎，实现了海藻酸的分散化与细分化。

14、进一步的，所述步骤2中的导电炭黑中含有质量占比为12-15％的石墨烯，导电炭黑具有良好的导电性，能够实现电子的转移，但是其传热系数与静止的空气相仿，是较为常见的绝热材料，极易造成局部温度聚集，为解决这一问题，将石墨烯掺杂至导电炭黑内，能够提高导电炭黑的导热性能，加快热量传递，同时，石墨烯自身具有不输于导电炭黑的导电性，并不会造成导电炭黑的导电性下降。所述石墨烯和导电炭黑的粒径均在10-50μm；

15、从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

16、1.本发明解决了现有铝箔与涂层的粘附问题，利用铝箔表面的粗糙结构配合海藻酸钠的粘附凝胶特性，提升涂层与铝箔的结合力，保证电池性能的稳定。

17、2.本发明利用海藻酸钠作为粘合剂，提升粘合强度，同时具有吸附钠离子，排斥电解液中的阴离子，抑制界面副反应的效果。