一种紫外光固化涂碳铝箔集流体及制备方法技术

本发明专利技术公开一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：碳材料5‑20%、紫外光固化树脂3‑10%、光引发剂0.5‑10%、溶剂65‑90%、助剂0.03‑1%。本发明专利技术紫外光固化涂碳铝箔集流体采用丙烯酸树脂作分散剂和固化剂，显著地降低了有机树脂的用量，增加了碳材料间的接触，降低了电阻。本发明专利技术采用了改性的光固化丙烯酸树脂，用紫外光照射下能够高效交联，避免了过高温度的固化使铝箔严重变形，并且获得了粘附力好、耐溶剂性强、化学性质稳定等综合性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料领域，具体是一种紫外光固化涂碳铝箔集流体及制备方法。
技术介绍
新能源汽车具有零排放、静音和充电成本低等优点，越来越受到用户的亲睐。锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长和电压平台高等优点成为新能源汽车的首选。磷酸铁锂体系的动力电池安全性高，价格便宜，在目前国内的动力电池中占有大部分市场份额。磷酸铁锂的主要缺点是离子扩散系数和导电率都较低，分别为5×10-15cm2·S-1，10-9S·cm-1。目前主要通过降低材料粒径和碳包覆等方法改善两者性能。在锂离子电池中，界面电阻也是影响电池内阻的重要因素。正极活性材料与铝箔集流体接触点会有较大的电阻，在电池使用时产生极化。在铝箔表面涂覆一层碳导电层后，碳材料处于正极活性物质与铝箔间，起到过渡作用，增加了铝箔与活性材料的充分接触，显著地降低了正极材料与集流体的界面电阻。此外，碳涂覆层还能够增加活性材料与集流体的粘附力，并具有较强的耐腐蚀性能，对铝箔起到保护作用，增加电池的循环寿命，改善高倍率性能。国内主要的动力锂电厂商已逐步使用涂碳铝箔替代原来的铝光箔。导电浆料的配制是涂碳铝箔技术的关键，性能良好的涂碳铝箔必须有以下几个基本条件：1.粘附力好，浆料中的树脂与铝箔表面需要有较强的化学或物理作用力，确保涂层稳定；2.导电率高，首先碳材料必须占到固含量50以上，而且选用的碳材料具有较好的导电性；3.化学性质稳定，选用的树脂、分散剂、助剂等具有较强的耐化学腐蚀、耐氧化性能。制备性能优良的涂碳铝箔需要在保证粘附力的同时，最大程度地提升导电性能，所以在一定量的碳材料中，添加尽可能少的树脂。这要求树脂具有较强的分散能力和粘附力。树脂的交联固化是提高涂膜力学性能强度、耐溶剂性能和化学稳定性能的重要手段。许多热固型树脂性能优良，能满足上述条件，但是需要很高的交联温度或交联时间，如环氧-氨基充分交联需要170-180℃的温度、1min以上的交联时间，其交联效率低，不利于流水线的生产。目前动力锂电中的铝箔在13-20μm间，在此高温烘烤下，铝箔会严重变形，改变铝箔张力分布，导致后续加工困难。随着铝箔厚度进一步变薄，干燥温度将进一步下降。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种耐溶剂性能好、导电性高和化学稳定性好的紫外光固化涂碳铝箔集流体。该铝箔集流体的表面涂覆有碳导电浆料，碳导电浆料采用丙烯酸树脂本身作为分散剂分散碳材料，添加量少，在保证优异导电性的同时，具有优异的机械强度和均匀细腻的涂层。本专利技术的工艺方法可以采用水性体系，具有环保、成本低等优势。本专利技术的涂碳铝箔的碳涂覆层采用紫外工艺中的干燥温度只需在60-110℃间，能够保证铝箔加工稳定。较低的干燥温度也显著地降低了能耗。该涂碳铝箔集流体可用于以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等为正极材料的锂离子电池中，改善碳涂覆层铝箔集流体的导电性、化学稳定性和机械性能。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，其特征在于，所述集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，所述碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：碳材料5-20％、紫外光固化树脂3-10％、光引发剂0.5-10％、溶剂65-90％、助剂0.03-1％。进一步方案，所述碳材料为炭黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种。进一步方案，所述紫外光固化树脂为环氧改性丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、含碳碳双键的丙烯酸树脂中的一种或多种。进一步方案，所述光引发剂为二苯甲酮、安息香异丙醇、2,2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)、三芳基硫鎓盐光引发剂、苯甲酰甲酸甲酯、酰基膦酸盐光引发剂、氟硼酸重氮盐、水溶性芳酮类光引发剂中的一种或多种。进一步方案，所述溶剂为二甲苯、去离子水、醇类、酮类、酯类中的一种或多种。进一步方案，所述助剂包括消泡剂、基材润湿剂。本专利技术还公开一种紫外光固化涂碳铝箔集流体的制备方法，包括以下步骤：(1)将紫外光固化树脂溶解于溶剂中，加入助剂，搅拌均匀，加入碳材料，冷凝水冷却条件下用高速分散机分散3-5h，再加入光引发剂，搅拌均匀，形成浆料；(2)将步骤(1)浆料采用微凹版涂覆在集流体铝箔上，在60-110℃的热风及波长为10-400nm的紫外光照射烘箱中保持10-200s，即得紫外光固化涂碳铝箔集流体。进一步方案，所述的高速分散机转速在4000r/min以上。进一步方案，所述浆料的粘度为20-200mPa·S，浆料的固含量为5-30％。进一步方案，所述涂碳铝箔碳涂覆层厚度为1-3μm。本专利技术的有益效果：本专利技术的涂碳铝箔集流体采用丙烯酸树脂作分散剂和固化剂，显著地降低了有机树脂的用量，增加了碳材料间的接触，降低了电阻。本专利技术采用了改性的光固化丙烯酸树脂，用紫外光照射下能够高效交联，避免了过高温度的固化使铝箔严重变形，并且获得了粘附力好、耐溶剂性强、化学性质稳定等综合性能。附图说明图1为本专利技术实施例3的SEM图。图2为本专利技术的涂碳铝箔碳涂覆层光引发交联前的结构示意图。图中：1-丙烯酸树脂中的双键、环氧基等交联基团，2-光引发剂，3-丙烯酸树脂，4-碳材料，5-铝箔基底。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：紫外光固化涂碳铝箔集流体的制备方法：将含碳碳双键的水溶性改性丙烯酸树脂与去离子水混合，加入基材润湿剂和消泡剂，搅拌均匀，再加入碳黑；在冷凝水冷却条件下，4000r/min的高速分散机中分散4h；加入光引发剂酰基膦酸盐，低速分散0.5h；所得浆料在10/S剪切速率下粘度为200mPa·S，固含量为20％。利用微凹版涂覆设备涂覆，在90℃热风条件下，300-380nm波长的紫外光照射环境中干燥10秒。干燥后，碳涂覆层厚度为2μm。实施例2一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：紫外光固化涂碳铝箔集流体的制备方法：将环氧改性丙烯酸树脂与二甲苯混合，加入基材润湿剂和消泡剂，搅拌均匀，再加入石墨烯；在冷凝水冷却条件下，5000r/min的高速分散机中分散3h；加入三芳基硫鎓盐光引发剂，低速分散0.5h；所得浆料在10/S剪切速率下粘度为70mPa·S，固含量为15％。利用微凹版涂覆设备涂覆，在110℃热风条件下，240-350nm波长的紫外光照射环境中干燥60秒。干燥后，碳涂覆层厚度为1.5μm。实施例3一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：紫外光固化涂碳铝箔集流体的制备方法：将水溶性不饱和聚酯改性丙烯酸树脂与去离子水混合均匀，加入基材润湿剂和消泡剂，搅拌均匀，再加入石墨片；在冷凝水冷却条件下，5000r/min的高速分散机中分散5h；加入光引发剂2,2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)，低速分散0.5h；所得浆料在10/S剪切速率下粘度为20mPa·S，固含量为5％。利用微凹版涂覆设备涂覆，在70℃热风条件下，280-350nm波长的紫外光照射环境中干燥200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，其特征在于，所述集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，所述碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：碳材料5‑20%、紫外光固化树脂3‑10%、光引发剂0.5‑10%、溶剂65‑90%、助剂0.03‑1%。

【技术特征摘要】
1.一种紫外光固化涂碳铝箔集流体，包括集流体铝箔，其特征在于，所述集流体铝箔的表面均匀涂覆有碳导电浆料，所述碳导电浆料由以下重量百分比的组分组成：碳材料5-20%、紫外光固化树脂3-10%、光引发剂0.5-10%、溶剂65-90%、助剂0.03-1%。2.根据权利要求1所述的紫外光固化涂碳铝箔集流体，其特征在于，所述碳材料为炭黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的紫外光固化涂碳铝箔集流体，其特征在于，所述紫外光固化树脂为环氧改性丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、含碳碳双键的丙烯酸树脂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的紫外光固化涂碳铝箔集流体，其特征在于，所述光引发剂为二苯甲酮、安息香异丙醇、2,2’-偶氮基-双（2-脒基丙烷）、三芳基硫鎓盐光引发剂、苯甲酰甲酸甲酯、酰基膦酸盐光引发剂、氟硼酸重氮盐、水溶性芳酮类光引发剂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的紫外光固化涂碳铝箔集流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈政伦，张江伟，陈萌，宣杰，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34