一种涂碳集流体、制备方法及锂电池与流程

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种涂碳集流体、制备方法及锂电池。

背景技术：

1、随着社会，国家乃至全球对环境保护、节能降耗的要求越来越高，锂电池所具有的循环利用寿命长、环保节能的优点愈加突显；锂电池发展也面临着越来越高的要求。更高的能量密度、更高的安全性能是目前发展的大趋势。

2、为了得到具有高安全性的锂电池，目前锂电池高安全性主要常规技术手段有电池制程过程金属异物颗粒管控；电池制程过程水分含量控制；电解液体系功能添加剂(耐高温，防过充，成膜添加剂等等)材料的引入；电池隔膜针孔管控；电池电极制程集流体毛刺管控；及其他一系列过程管控及筛选检测。

3、现有技术中针对电池安全性能的技术手段主要在于针对安全性发生机理及制程过程前期探测等措施，虽然在电池安全性能方便有一定的改善，但手段依旧比较单一，如缺乏对热失控阶段的控制手段，即针对热失控预防或及时截止手段比较单一或缺失。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种涂碳集流体、制备方法及锂电池，以解决电池发生热失控前期，缺乏有效的阻隔手段。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种涂碳集流体，包括：集流体及涂覆于集流体表面的导电涂层材料，

4、其中，所述导电涂层材料包括二次颗粒及导电浆料；所述导电浆料喷涂于二次颗粒表面，形成多孔隙的球状结构颗粒；

5、所述多孔隙的球状结构颗粒与碳纳米纤维、光固化粘合剂以及聚合物基材混合，喷涂于所述集流体上，形成所述涂碳集流体；

6、所述二次颗粒包括：

7、安全功能材料颗粒，

8、及包覆所述安全功能材料颗粒的包覆材料。

9、由此所提供的涂碳集流体，其结构具备在电池发生热失控前期对其进行有效的隔断终止能力的功能。利用该涂碳集流体制备而成的电池，主要通过在电池因热失控发生时产生的热量诱导涂层功能材料进行释放，并通过功能材料的自身特性发挥作用。例如由于高聚物膨胀材料受热后发展体积膨胀，通过膨胀对集流体、电极材料及电极极片层间进行物理隔断等方式进行及时控制；由于高聚物膨胀材料其本身具备较高的比热容，对热量具备隔热，耐高温等功能，在热失控前期有效限制热量突增失控。

10、可选的，所述安全功能材料颗粒由安全基础材料与超细纳米耐高温无机材料混合形成，所述安全基础材料与所述超细纳米耐高温无机材料质量比为(1-4):1。

11、可选的，所述安全基础材料包括聚苯乙烯(ps)，聚氯乙烯(pvc)，聚丙烯(pp)，聚乙烯(pe)等材料中的至少一种，优选为聚苯乙烯(ps)。

12、根据实施例，所述超细纳米耐高温无机材料选自超细氧化铝，超细碳化硅，氮化硼中的至少一种，超细纳米耐高温无机材料优选为氮化硼。

13、根据实施例，所述包覆材料选自聚乙烯蜡，羟丙基甲基纤维素，明胶(gelatin)中的至少一种；包覆材料优选为羟丙基甲基纤维素。

14、可选的，所述导电浆料为由导电剂、粘结剂及溶剂形成的固含量为10-35％的导电浆料，优选形成固含量为18～30％的导电浆料。

15、可选的，按照重量份计，所述导电剂为5-30份、所述粘结剂为5-20份以及所述溶剂为50-90份。

16、根据实施例，所述导电剂选自导电石墨，导电炭黑，石墨烯，碳管中的至少一种；

17、所述粘结剂为丙烯酸类粘结剂、聚丙烯酸酯类粘结剂、丁苯乳液粘结剂、聚乙烯醇粘结剂、聚醋酸乙烯酯粘结剂；

18、所述溶剂为水。

19、根据实施例，所述碳纳米纤维为气相生长碳纳米纤维(vg-cnf)，所述光固化粘合剂为光固化氰基丙烯酸酯粘合剂。

20、根据实施例，所述多孔隙的球状结构颗粒、碳纳米纤维、光固化粘合剂的质量比为(70～90)：(2～10)：(8～20)，优选为80：5：15。

21、根据实施例，所述聚合物基材为聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的质量与所述多孔隙的球状结构颗粒、碳纳米纤维、光固化粘合剂的总质量的比为(0.1～1)：100。

22、本发明还提供一种上述所述涂碳集流体的制备方法，包括：

23、提供一种集流体，

24、将包覆材料喷涂于安全功能材料颗粒表面形成二次颗粒；

25、然后将导电浆料喷涂于所述二次颗粒表面，热固化，以便获得多孔隙的球状结构颗粒；

26、然后将所述多孔隙的球状结构颗粒和碳纳米纤维、光固化粘合剂以及聚合物基材混合得到混合浆料，喷涂于所述集流体上，形成所述涂碳集流体。

27、根据实施例，所述混合浆料的固含量≥73％。

28、本发明还提供一种锂电池，包含上述的涂碳集流体或者根据上述所述的制备方法制得的涂碳集流体。

29、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

30、本发明采用一种具备安全涂层材料的涂碳集流体，其结构具备在电池发生热失控前期对其进行有效的隔断终止能力的功能，从而提高电池的安全性能。

31、其针对采用涂碳集流体制备而成的电池，主要通过在电池因热失控发生时产生的热量诱导涂层功能材料进行释放，并通过功能材料的自身特性发挥作用：由于高聚物膨胀材料受热后发展体积膨胀，通过膨胀对集流体、电极材料及电极片层间进行物理隔断等方式进行及时控制；由于高聚物膨胀材料其本身具备较高的比热容，对热量具备隔热，耐高温等功能，在热失控前期有效限制热量突增失控。

技术特征：

1.一种涂碳集流体，其特征在于，包括：集流体及涂覆于集流体表面的导电涂层材料，

2.根据权利要求1所述的涂碳集流体，其特征在于，所述安全功能材料颗粒由安全基础材料与超细纳米耐高温无机材料混合形成，所述安全基础材料与所述超细纳米耐高温无机材料的质量比为(1-4):1。

3.根据权利要求2所述的涂碳集流体，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的涂碳集流体，其特征在于，所述导电浆料为由导电剂、粘结剂及溶剂形成的固含量为10-35％的导电浆料，优选形成固含量为18～30％的导电浆料。

5.根据权利要求4所述的涂碳集流体，其特征在于，按照重量计：所述导电剂为5-30份、所述粘结剂为5-20份，以及所述溶剂为50-90份；

6.根据权利要求1所述的涂碳集流体，其特征在于，所述碳纳米纤维为气相生长碳纳米纤维(vg-cnf)，所述光固化粘合剂为光固化氰基丙烯酸酯粘合剂。

7.根据权利要求1所述的涂碳集流体，其特征在于，所述多孔隙的球状结构颗粒、碳纳米纤维、光固化粘合剂的质量比为(70～90)：(2～10)：(8～20)，优选为80：5：15。

8.根据权利要求1所述的涂碳集流体，其特征在于，所述聚合物基材为聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的质量与所述多孔隙的球状结构颗粒、碳纳米纤维、光固化粘合剂的总质量的比为(0.1～1)：100。

9.权利要求1～8中任一项所述的涂碳集流体的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种锂电池，其特征在于，包含权利要求1～8任一项所述的涂碳集流体或权利要求9所述的涂碳集流体的制备方法制得的涂碳集流体。

技术总结
本发明提供一种涂碳集流体、制备方法及锂电池，其中，涂碳集流体包括：集流体及涂覆于集流体表面的导电涂层材料，所述导电涂层材料包括二次颗粒及导电浆料；所述导电浆料喷涂于二次颗粒表面，形成多孔隙的球状结构颗粒，所述多孔隙的球状结构颗粒与碳纳米纤维、光固化粘合剂以及聚合物基材混合，喷涂于所述集流体上，形成所述涂碳集流体。应用所提供的涂碳集流体制备的电池，可以提高电池的安全性能。

技术研发人员：杨开福,唐皞,刘科,李亲燕,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：2024/1/15