一种新能源电池用NTC负温度系数热敏电阻式涂料及其制备方法与流程

本技术涉及锂离子电池领域，更具体地说，它涉及一种新能源电池用ntc负温度系数热敏电阻式涂料及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间移动实现充放电的充电电池，因工作电压高、质量轻、无污染、循环寿命长是一种理想电源。在低温环境中，锂离子电池的正负极材料晶型容易出现变化，导致锂离子电池难以完成充放电的动作。为解决改善锂离子电池低温性能，目前，可采用外部电池管理系统对电池模块进行加热，从而使锂离子电池达到适当温度以实现正常的充放电。

2、然而，现有外部电池管理系统的加热时间较久，锂离子电池在低温状态下仍存在充放电困难的问题。

技术实现思路

1、为了解决锂离子电池在低温状态下存在充放电困难的问题，本技术提供一种产品及其方法。

2、本技术提供的名称采用如下的技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种新能源电池用ntc负温度系数热敏电阻式涂料，采用如下的技术方案：

4、一种新能源电池用ntc负温度系数热敏电阻式涂料，按重量百分比，包括以下组分：导电母料60～80％，分散剂0.02～2％，混合黏结剂15～20％，余量为水；

5、所述导电母料包括重量比为(1～5):(0.5～4)的石墨烯和导电碳；

6、所述混合黏结剂按重量百分比，包括以下组分：低tg黏结剂67～90％,高tg黏结剂10～33％，所述低tg黏结剂采用聚丙烯酸酯类水性乳液，聚丙烯酸酯类水性乳液包括聚乙炔主链、聚丙烯酸酯亲水端以及聚丙烯酸酯亲油端，所述低tg黏结剂的tg＜-5℃；所述高tg黏结剂采用丁苯橡胶，高tg黏结剂的tg≥0℃。

7、通过采用上述技术方案，本技术将ntc负温度系数热敏电阻式涂料涂覆于集流体(铜箔或铝箔)的表面，并于涂覆有ntc负温度系数热敏电阻式涂料的铜箔的表面涂覆负极材料，于涂覆有ntc负温度系数热敏电阻式涂料的铝箔的表面涂覆正极材料。涂覆有ntc负温度系数热敏电阻式涂料的集流体表现为ntc负温度系数热敏电阻的特性，即随着温度上升电阻呈指数关系减小，反之温度下降电阻呈指数关系增大。当集流体处于低温环境时，集流体的内阻较大，使得集流体在充放电回路中内阻占比增加，能量集中于集流体处，集流体部分发热，集流体占据电池位置密集，进而使得锂离子电池的内部具有快速升温的效果。而当集流体所处温度升高时，集流体内阻下降，锂离子电池恢复正常电池运作。

8、分析上述ntc负温度系数热敏电阻式涂料呈现ntc特性的原因可能在于，ntc负温度系数热敏电阻式涂料含高tg黏结剂，当锂离子电池使用温度在高tg(玻璃转化温度)黏结剂的玻璃转化温度以下时，高tg黏结剂的分子结构出现结晶排列状态；而当锂离子电池使用温度在玻璃转化温度以上时，高tg黏结剂的分子结构出现无序的非晶状态，高tg黏结剂的物性在玻璃转化温度附近发生剧变，因此，高tg黏结剂使得集流体的电阻阻值在玻璃转化温度附近同样也发生急剧变化，ntc负温度系数热敏电阻式涂料呈现ntc特性，以使集流体在低温环境下，能够通过电阻增加而发热，实现锂离子电池的内部加热。

9、实验结果表示，单纯添加高tg黏结剂至ntc负温度系数热敏电阻式涂料中，ntc负温度系数热敏电阻式涂料发生硬化而导致失黏，分析其原因可能在于，高tg黏结剂因锂离子电池使用温度的变化而出现物性变化，进而导致涂料硬化。为了解决ntc负温度系数热敏电阻式涂料在低温环境中难以保持黏性的问题，本技术将低tg黏结剂添加至ntc负温度系数热敏电阻式涂料中。高tg黏结剂经过分散剂的包覆，可分散于低tg黏结剂中，tg黏结剂的添加使得ntc负温度系数热敏电阻式涂料能够保持黏性，分析其原因可能在于，低tg黏结剂的玻璃转化温度较高tg黏结剂的玻璃转化温度更低，在大部分的天气状况下，低tg黏结剂不会出现玻璃结晶态的相变，低tg黏结剂保持一定的黏结性，确保ntc负温度系数热敏电阻式涂料的黏结效果，而本技术采用聚丙烯酸酯类水性乳液，其中聚乙炔主链使得低tg黏结剂具有高导电性、聚丙烯酸酯形成的交联网络可改变低tg黏结剂的玻璃转化温度，最终低tg黏结剂呈现良好的导电性，并保持其玻璃转化温度处于较低值。

10、可选的，所述低tg黏结剂d50为100～1000nm。

11、通过采用上述技术方案，低tg黏结剂d50为100～1000nm时，低tg黏结剂具有较大的黏结强度，同时保持良好的成模性和稳定性。

12、可选的，所述高tg黏结剂的tg值与低tg黏结剂的tg值的差值为10～30。

13、通过采用上述技术方案，高tg黏结剂与低tg黏结剂的tg差值处于较佳范围，在低温环境下，ntc负温度系数热敏电阻式涂料在保持良好的黏性和稳定性的同时，具有明显的ntc特性，使得集流体处的内阻增大，锂离子电池内部及时进行加热。

14、可选的，所述分散剂采用水性树脂乳液水性羟丙分散体、二元酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

15、通过采用上述技术方案，高tg黏结剂分散于低tg黏结剂中的分散效果佳，能够减少高tg黏结剂和低tg黏结剂在冷热循环中出现融合的情况，提高ntc负温度系数热敏电阻式涂料的稳定性。

16、可选的，所述石墨烯采用鳞片状石墨。

17、通过采用上述技术方案，鳞片状石墨结晶完整，具有良好的热传导性以及导电性能，使得ntc负温度系数热敏电阻式涂料能够提高热量的传导效率。

18、可选的，所述低tg黏结剂的ph为7～10。

19、通过采用上述技术方案，低tg黏结剂的ph7～10时，可使高tg黏结剂以及低tg黏结剂均保持良好的分散状态，提高稳定性。

20、第二方面，本技术提供一种新能源电池用ntc负温度系数热敏电阻式涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

21、一种新能源电池用ntc负温度系数热敏电阻式涂料的制备方法，包括以下步骤：

22、导电母料制备：石墨烯于室温下研磨剥层，研磨功率为400～850w，研磨次数为100～200次，研磨完成后的石墨烯中加入导电碳并研磨混合，研磨功率400～900w，研磨次数30～100次，研磨过程中加入分散剂，并控制粘度为＜1000cps，加入氨水调整ph至7，研磨完成的石墨烯与导电碳中加入分散剂，搅拌30～40min以制得导电母料；

23、黏结剂混合：低tg黏结剂加水稀释，加入分散剂，室温下搅拌时间20～40min，搅拌转速100～400rpm，再加入高tg黏结剂，搅拌20～40min，搅拌转速100～400rpm以制得混合黏结剂；

24、涂料混合制备：将导电母料以及混合黏结剂搅拌20～40min，搅拌转速100～400rpm。

25、通过采用上述技术方案，采用分散剂包覆高tg黏结剂，使得高tg黏结剂分散于低tg黏结剂中，ntc负温度系数热敏电阻式涂料在冷热循环后，高tg黏结剂和低tg黏结剂仍然具有良好的分散效果，最终，导电母料研磨混合后与混合黏结剂搅拌均匀，制得粘结效果好、能够实现锂离子电池内部加热的ntc负温度系数热敏电阻式涂料。

26、可选的，所述导电母料制备中，石墨烯研磨至粒径d50为4～10μm。

27、通过采用上述技术方案，石墨粒径d50为4～10μm时，石墨混合以及分散效果好。

28、综上所述，本技术具有以下有益效果：

29、1、本技术通过采用高tg黏结剂、分散剂以及低tg黏结剂配合，ntc负温度系数热敏电阻式涂料在保持良好的黏结效果的同时，ntc负温度系数热敏电阻式涂料呈现ntc特性，在低温环境下集流体处内阻可出现增加，能够对锂离子电池的内部进行加热，使得锂离子电池在低温时能够保持正常充放电，当环境温度升高时，集流体内阻降低并恢复至正常阻值。

30、2、本技术ntc负温度系数热敏电阻式涂料的制备方法，可制备具有良好分散性和稳定性的ntc负温度系数热敏电阻式涂料。