一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法与流程

本发明涉及锂电池涂碳集流体，具体为一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池由于能量密度高，被广泛应用于汽车和手机等许多领域。锂电池的组成主要包括正负极活性材料、电解液、隔膜、正负极集流体。目前，铝箔、铜箔、复合铝箔、复合铜箔、以及表面进行涂碳改善的涂碳铝箔、涂碳铜箔、复合涂碳铝箔、复合涂碳铜箔是用来传输电子的主要材料。传统的铝箔或铜箔集流体存在界面电阻偏大的问题，而涂碳集流体可以改变界面电阻并对电池的充放电进行改善，涂碳层在制备过程中受原材料铝箔影响较明显，容易导致涂层的不均匀现象，为锂离子电池的电化学性能及安全性带来潜在隐患。如果要改善涂碳集流体在动力类锂离子电池中的稳定性，锂离子涂碳集流体需考虑降低箔材表面残留轧制油对涂碳层的影响，箔材表面的洁净度可以作为一个关键的因素进行改善。铝箔处理使用的硼酸钠会在铝箔表面遗留少量的硼酸根离子，从而在电池使用过程中提高铝箔的耐腐蚀能力；且铝箔表面的轧制油会影响到涂碳层及正极材料与集流体的附着能力，严重影响锂电池的安全、充放电及储能性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、步骤1：对铝箔进行表面除油处理，并使用刻蚀溶液进行双面化学蚀刻；水洗、烘干得到蚀刻后的铝箔集流体；

4、步骤2：将碳纳米管与硫粉混合，通入氮气，高温下反应得到巯基化碳纳米管；将端氨基树状大分子、巯基化碳纳米管分散在纯水中得到混合分散液，超声处理，在真空条件下对铝箔集流体进行双面涂覆，干燥得到预处理铝箔集流体；

5、步骤3：将苯胺、过硫酸铵、柠檬酸溶液混合，搅拌反应得到掺杂态聚苯胺；将掺杂态聚苯胺碾碎后分散在纯水中，加入氢氧化钠和2-氯乙胺盐酸盐，升温反应、洗涤、干燥得到改性聚苯胺；取改性聚苯胺分散在无水乙醇中，加入十三氟辛基三甲氧基硅烷超声、洗涤、干燥得到氟化聚苯胺；

6、步骤4：将导电炭黑、氟化聚苯胺、环氧树脂、纳米银粒子、聚乙烯吡咯烷酮、水、乙二醇混合搅拌，得到导电浆料；将导电浆料对预处理铝箔集流体双面进行涂覆，烘烤得到锂电池用铝箔涂碳集流体。

7、进一步的，步骤1中，所述表面铝箔表面除油的具体方法为：在速度20～100m/min、电晕功率6～30kw下进行电解除油。

8、进一步的，步骤1中，所述刻蚀溶液中，各组分含量，按重量计，69～95％去离子水、0.5～10％氢氧化钠、0.1～20％硼酸钠、0.03～1％葡萄糖酸钠。

9、进一步的，步骤2中，所述巯基化碳纳米管的具体制备方法为：按重量计，将0.5～1份碳纳米管与2～4份硫粉混合后通入氮气，在170～190℃下反应12～16h。

10、进一步的，步骤2中，所述混合分散液中，按重量计，9～12份端氨基树状大分子、4～6份巯基化碳纳米管、100～120份纯水。

11、进一步的，步骤3中，所述掺杂态聚苯胺的具体制备方法为：按重量计，将9～12份苯胺、18～20份过硫酸铵、20～30份柠檬酸溶液中，搅拌反应20～24h。

12、进一步的，步骤3中，所述改性聚苯胺的具体制备方法为：按重量计，将3～5份掺杂态聚苯胺碾碎后分散在纯水中，加入氢氧化钠调节ph值至9～10，加入1～2份2-氯乙胺盐酸盐，升温至60～70℃反应16～24h，洗涤、干燥得到改性聚苯胺。

13、进一步的，步骤3中，所述氟化聚苯胺的具体制备方法为：按重量计，取6～10份改性聚苯胺分散在无水乙醇中，加入3～4份十三氟辛基三甲氧基硅烷超声4～6h、洗涤、干燥。

14、进一步的，步骤4中，所述导电浆料中，各组分含量，按重量计，15～20份导电炭黑、8～10份氟化聚苯胺、4～6份环氧树脂、2～3份纳米银粒子、6～8份聚乙烯吡咯烷酮、30～38份水、6～12份乙二醇。

15、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明先对铝箔表面进行了除油、蚀刻处理得到铝箔集流体，为了提高导电浆料与铝箔集流体的结合力，导电浆料中的粘结剂选用环氧树脂，并采用端氨基树状大分子对集流体进行预处理。端氨基树状大分子带有多个氨基且可以自组装成膜，一方面，蚀刻溶液中含有氢氧化钠，经蚀刻溶液处理后的铝箔集流体表面富含羟基，能与氨基产生氢键，提高端氨基树状大分子薄膜在铝箔表面的结合力；另一方面，氨基能够促进环氧树脂固化，从而提高粘结效果。巯基化碳纳米管分散性好，可与金属配位实现稳定负载，与端氨基树状大分子混用能提高导电性能。在制备导电浆料时，导电材料选用导电炭黑，同时添加聚苯胺和纳米银粒子作为导电辅料。通过掺杂柠檬酸制备掺杂态聚苯胺，引入羟基和羧基，利用2-氯乙胺盐酸盐引入氨基，并采用十三氟辛基三甲氧基硅对其进行改性，得到氟化聚苯胺。氨基能够促进环氧树脂固化，提高聚苯胺在环氧树脂中的分散性，引入氟元素不仅能提高环氧树脂的粘结强度，还能改善耐热性能和力学强度。本发明工艺制备出来的涂碳集流体导电性更好，且不容易脱落，粘结剂与导电粉料和铝箔集流体之间粘结力强，不容易脱落，从而保证了锂电池的电性能及安全性能。

技术特征：

1.一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述表面铝箔表面除油的具体方法为：在速度20～100m/min、电晕功率6～30kw下进行电解除油。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述蚀刻溶液中，各组分含量，按重量计，69～95％去离子水、0.5～10％氢氧化钠、0.1～20％硼酸钠、0.03～1％葡萄糖酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述巯基化碳纳米管的具体制备方法为：将碳纳米管与硫粉混合后通入氮气，在170～190℃下反应12～16h。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述混合分散液中，各组分含量，按重量计，9～12份端氨基树状大分子、4～6份巯基化碳纳米管、100～120份纯水。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述掺杂态聚苯胺的具体制备方法为：将苯胺、过硫酸铵、柠檬酸溶液中，搅拌反应20～24h。

7.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述改性聚苯胺的具体制备方法为：将掺杂态聚苯胺碾碎后分散在纯水中，加入氢氧化钠调节ph值至9～10，加入2-氯乙胺盐酸盐，升温至60～70℃反应16～24h，洗涤、干燥得到改性聚苯胺。

8.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述氟化聚苯胺的具体制备方法为：取改性聚苯胺分散在无水乙醇中，加入十三氟辛基三甲氧基硅烷超声4～6h、洗涤、干燥。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述导电浆料中，各组分含量，按重量计，15～20份导电炭黑、8～10份氟化聚苯胺、4～6份环氧树脂、2～3份纳米银粒子、6～8份聚乙烯吡咯烷酮、30～38份水、6～12份乙二醇。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法制备得到的铝箔涂碳集流体。

技术总结
本发明涉及锂电池涂碳集流体，具体为一种锂电池用铝箔涂碳集流体的制备方法。本发明先对铝箔进行除油、蚀刻处理，为了改善铝箔和导电浆料之间的粘结力，使用涂覆法对铝箔表面进行预处理，将端氨基树脂大分子和巯基化碳纳米管负载到铝箔表面；将柠檬酸和苯胺掺杂制备掺杂态聚苯胺，引入羟基和羧基，通过羟基和羧基接枝改性，得到带有氨基的氟化聚苯胺，将氟化聚苯胺与导电炭黑、环氧树脂共混后涂覆在预处理铝箔上，可以得到导电性良好、粘结力强的涂碳铝箔集流体。

技术研发人员：张宇航,唐皞,杨开福,李学法,张国平
受保护的技术使用者：江阴纳力新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14