一种正极集流体预处理涂层和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种正极集流体预处理涂层，所述涂层中包括硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐。本发明专利技术一种正极集流体预处理涂层，由于加入硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐，从而有利于涂层和集流体的粘接，在涂层和集流体之间形成了由硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐、粘结剂和导电材料组成的三维结构，有利于提升电子从涂层流向集流体，提升电池的电导率和比容量；硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐提升涂层的热稳定性和机械性能；介孔磷酸盐的介孔结构，提供了连续或部分连续的纳米级通道，有利于电子或离子的传输；介孔磷酸盐大的比表面积，提供了大的反应界面，促进活性物质的反应，可以有效改善集流体和正极材料之间的接触电阻。改善集流体和正极材料之间的接触电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种正极集流体预处理涂层和制备方法


[0001]本专利技术涉及正极集流体涂层
，具体涉及一种正极集流体预处理涂层和制备方法。

技术介绍

[0002]集流体是锂离子电池正极和负极用于附着活性物质的基体金属，集流体在作为正极和负极活性物质载体的同时，其主要作用是将活性物质产生的所产生的电子汇集起来并对外进行电流输出，从而实现化学能转换为电能的过程。在传统锂电池的正极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于铝箔表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。但是，金属集流体铝箔与活性材料颗粒不能充分接触，界面电阻较大，导致电池内阻大，极大的影响了电池的整体性能；而且正极活性材料中，粘结剂的粘结强度有限，在电池是使用过程中，正极材料容易与集流体发生膨胀脱离，影响电池的长循环寿命和安全性能。可见，降低集流体与活性物质间的界面电阻，提高两者之间的粘结强度是提升锂电池性能的重要手段。
[0003]介孔磷酸盐具有较高的比表面积，较大均一的孔径，并且具有维度有序等特点，有研究学者曾试着将介孔磷酸盐用于电池中，发现介孔磷酸盐有利于电子在介孔中进行传递，并且介孔壁较薄、易于离子扩散。但是，当随着电池中的温度升高，介孔磷酸盐的结构发生改变，导致介孔磷酸盐的有序度降低，从而影响电池的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种正极集流体预处理涂层和制备方法，该正极集流体预处理涂层能在集流体表面形成连续均匀的导电网络，使材料保持良好的电化学性能，克服了由于集流体和活性材料颗粒界面电阻和粘结剂强度有限而导致电池电导率低和比容量低的缺点。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供的一种正极集流体预处理涂层，所述涂层中包括硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐。
[0007]本专利技术的上述设计，介孔磷酸盐大的比表面积，提供了大的反应界面，促进活性物质的反应，可以有效改善集流体和正极材料之间的接触电阻；介孔磷酸盐的介孔结构，提供了连续或部分连续的纳米级通道，有利于电子或离子的传输，但是由于介孔磷酸盐的热稳定性差，我们从而对介孔磷酸盐进行接枝改性，在正极集流体预处理涂层中加入硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐有利于提高涂层与集流体之间的粘结力，形成电子从涂层流经集流体的电子通道，从而提升电池的电导率和比容量，并且硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐具有较好的热稳性和机械性能。
[0008]作为进一步方案，所述涂层中还包括导电材料、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂和水。
[0009]作为更进一步方案，以质量计，所述硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐、导电材料、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂和水的比为(0.4
‑
21份):(2.1
‑
15份):(0.4
‑
15份):(0.03
‑
1份):(0.003
‑
1.5份):(3
‑
10份):(36.4
‑
121份)。
[0010]作为更进一步的方案，所述硅氧烷包括烷基三乙氧基硅烷、烷基三甲氧基硅烷和烷基三乙酰氧基硅烷中的一种。
[0011]作为再进一步方案，所述烷基三乙氧基硅烷包括甲基三乙氧基硅烷；所述烷基三乙酰氧基硅烷包括丙基三乙酰氧基硅烷；所述烷基三甲氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷。
[0012]作为更进一步方案，所述硅氧烷为丙基三乙酰氧基硅烷。丙基三乙酰氧基硅烷中具有多个乙酰氧基基团，并且酰基为羧基衍生物中酰基，更加稳定，能和磷酸基团更好的吸附，从而有利于介孔磷酸盐的接枝。
[0013]作为进一步方案，所述介孔磷酸盐包括介孔磷酸铝及其介孔多元素掺杂磷酸铝、介孔磷酸锆、介孔磷酸钛、介孔磷酸铁锂复合材料、介孔稀土磷酸盐，介孔锆磷酸钠、介孔锆磷酸镁中的一种；作为再进一步方案，所述介孔磷酸盐为介孔锆磷酸镁。具有更优的离子电导率和热稳定性，并且与硅氧烷接枝后，更有利于提高接枝后的介孔结构的稳定性，有利于提高电化学性能。
[0014]作为进一步方案，所述介孔多元素掺杂磷酸铝中掺杂元素为铁、钴、钛、镁、锰、锆、硅中的一种。
[0015]作为进一步方案，所述介孔磷酸铁锂复合材料的化学通式为：Li
x
A
a
M
m
B
b
PO
z
N
n
，其中，x、a、m、b、z、n分别代表摩尔比，0.9≤x≤1.8，0≤a≤0.1，0.5≤m≤1，0≤b≤0.5，3≤z≤4，0≤n≤1；元素A包括Na、Mg、Ti、V、Cr、Cu、Mn、Co、Ni、Zn、Ga、In、Ge、W、Hg、Au、Ag、Nb、Zr中的一种或多种；元素M包括Fe、Co、Mn、Ni、V中的一种或多种；元素B包括Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、V、Cr、Cu、Mn、Co、Ni、Zn、Ga、In、Ge、Ag、Nb、Hg、Au、Zr、W中的一种或多种；且元素M和元素B不同时为同一元素；Li为锂元素，P为磷元素，O为氧元素，N为氮元素；作为更进一步方案，所述介孔磷酸铁锂复合材料为钛掺杂介孔磷酸铁锂。钛的粒径大小更有利于定向掺杂，对结构影响较小，不仅更有利于电子导电性的提高，而且不会影响磷酸基团的结构稳定，对硅氧烷的接枝具有积极的作用。
[0016]作为再进一步方案，所述介孔稀土磷酸盐包括介孔磷酸铈、介孔磷酸钇，介孔磷酸镧中的一种。
[0017]作为再进一步方案，所述介孔锆磷酸钠和介孔锆磷酸镁分别为NaZr2P3O
12
和MgZr4P6O
24
。
[0018]作为进一步方案，所述导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。
[0019]作为进一步方案，所述分散剂为锚固基团接枝聚丙烯酸嵌段共聚物。丙烯酸嵌段共聚物具有较好的耐蠕变性和热稳性。
[0020]作为再进一步方案，所述锚固基团包括
‑
NR2、
‑
NR
3+
、
‑
COOH、
‑
COO
‑
、
‑
SO3H
‑
、
‑
SO3‑
、
‑
PO4、
‑
OH、
‑
SH、多元胺、多元醇、聚醚中的一种。
[0021]作为进一步方案，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素、甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、瓜尔胶、羧甲基淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯蜡中的一种或多种。
[0022]作为进一步方案，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙
二醇、烷基酚聚氧乙烯醚、水性改性聚丙烯酸酯、阴离子丙烯酸共聚物、非离子多胺
‑
环氧乙烷缩合物、非离子聚乙二醇酯中的多种。
[0023]作为进一步方案，所述粘结剂包括PAA(聚丙烯酸)粘结剂、PAN(聚丙烯腈)粘结剂或树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极集流体预处理涂层，其特征在于，所述涂层中包括硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐。2.根据权利要求1所述的一种正极集流体预处理涂层，其特征在于，所述涂层中还包括导电材料、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂和水；进一步优选，以质量计，所述硅氧烷表面接枝改性介孔磷酸盐、导电材料、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂和水的比为(0.4
‑
21份):(2.1
‑
15份):(0.4
‑
15份):(0.03
‑
1份):(0.003
‑
1.5份):(3
‑
10份):(36.4
‑
121份)。3.根据权利要求2所述的一种正极集流体预处理涂层，其特征在于，所述硅氧烷包括烷基三乙氧基硅烷、烷基三甲氧基硅烷和烷基三乙酰氧基硅烷中的一种；进一步优选，所述介孔磷酸盐包括介孔磷酸铝及其介孔多元素掺杂磷酸铝、介孔磷酸锆、介孔磷酸钛、介孔磷酸铁锂复合材料、介孔稀土磷酸盐，介孔锆磷酸钠、介孔锆磷酸镁中的一种；再进一步优选，所述导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种；再进一步优选，所述分散剂为锚固基团接枝聚丙烯酸嵌段共聚物；再进一步优选，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素、甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、瓜尔胶、羧甲基淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯蜡中的一种或多种；再进一步优选，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚、水性改性聚丙烯酸酯、阴离子丙烯酸共聚物、非离子多胺
‑
环氧乙烷缩合物、非离子聚乙二醇酯中的多种；再进一步优选，所述粘结剂包括PAA粘结剂、PAN粘结剂或树脂类粘结剂中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种正极集流体预处理涂层，其特征在于，所述烷基三乙氧基硅烷包括甲基三乙氧基硅烷；所述烷基三乙酰氧基硅烷包括丙基三乙酰氧基硅烷；所述烷基三甲氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷；进一步优选，所述介孔磷酸盐包括介孔磷酸铝及其介孔多元素掺杂磷酸铝、介孔磷酸锆、介孔磷酸钛、介孔磷酸铁锂复合材料、介孔稀土磷酸盐，介孔锆磷酸锆钠、介孔锆磷酸镁中的一种；所述介孔多元素掺杂磷酸铝中掺杂元素为铁、钴、钛、镁、锰、锆、硅中的一种；所述介孔磷酸铁锂复合材料的化学通式为：Li
x
A
a
M
m
B
b
PO
z
N
n
，其中，x、a、m、b、z、n分别代表摩尔比，0.9≤x≤1.8，0≤a≤0.1，0.5≤m≤1，0≤b≤0.5，3≤z≤4，0≤n≤1；元素A包括Na、Mg、Ti、V、Cr、Cu、Mn、Co、Ni、Zn、Ga、In、Ge、W、Hg、Au、Ag、Nb、Zr中的一种或多种；元素M包括Fe、Co、Mn、Ni、V中的一种或多种；元素B包括Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、V、Cr、Cu、Mn、Co、Ni、Zn、Ga、In、Ge、Ag、Nb、Hg、Au、Zr、W中的一种或多种；且元素M和元素B不同时为同一元素；Li为锂元素，P为磷元素，O为氧元素，N为氮元素；所述介孔稀土磷酸盐包括介孔磷酸铈、介孔磷酸钇，介孔磷酸镧中的一种；再进一步优选，所述锚固基团包括
‑
NR2、
‑
NR
3+
、
‑
COOH、
‑
COO
‑
、
‑
SO3H
‑
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：施雅玲，谭军豪，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：湖州南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：