一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，所述功能化导电炭层铝集流体中包括氨基POSS接枝的氧化导电碳，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳是氧化导电碳接枝氨基POSS形成，所述氧化导电碳包括氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯，以质量计，氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯的比为(9份

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及集流体领域，具体涉及一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着手机、笔记本电脑、数码相机以及其他电子设备的普及，我国已经成为电池行业中的最大的消费国。锂电池由于其具有高能量密度、高工作电压、长循环寿命、大充放电倍率等优势，被广泛应用于新能源汽车、3C产品以及储能电池领域。
[0003]随着电池行业的发展，对电池的安全性能和电学性能提出了更高的要求。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；正极活性材料中，粘结剂的粘结强度有限，在电池充放电过程中，电池温度升高，从而导致正极活性材料发生体积形变，体积的形变导致应力的产生，进而引起正极活性材料的剥离脱落，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和电池循环过程中因为产热而导致粘结强度下降是提升锂电池性能的重要手段。

技术实现思路

[0004]近几年发现，POSS因为具有较好的耐热性能和机械性能用于在高分子纳米改性填料中获得很好的应用；但是有研究学者发现，其导电性能较差，若用在电池中，可能会导致电池的电学性能的下降。本专利技术通过将导电炭使用氨基POSS接枝改性，将改性后导电炭涂覆于电池正极集流体上，不仅解决了正极活性材料的受热膨胀的问题，有利于电池的安全性，还有利于提高了电池的电化学性。
[0005]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体及其制备方法，本专利技术通过在铝集流体上涂覆功能化导电炭，功能化导电炭不仅具有较好的耐热性能、粘结性能，还可以形成电子传输通道，促进正极集流体和正极活性材料之间的电子交换，还可以增强正极集流体和正极活性材料之间的粘结强度，从而提升电池的电化学性能。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，所述功能化导电炭层铝集流体的原料中包括氨基POSS接枝的氧化导电碳，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳是氧化导电碳接枝氨基POSS形成，所述氧化导电碳包括氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯，以质量计，氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯的比为(9份
‑
10份):(0份
‑
10份):(0份
‑
10份)。
[0008]本专利技术的上述设计，POSS具有较好的耐热性能和机械性能，POSS上的氨基中的N原子更容易与氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯中的羰基氧配合形成更稳定的接枝结构，氧化导电碳接枝改性后形成的氨基POSS接枝的氧化炭黑、氨基POSS接枝的氧化片层石墨、氨基POSS接枝的氧化石墨烯不仅具有较好的耐热性能和粘结力，还具有较好的导电性能。通过POSS上的氨基与氧化导电碳上的羰基接枝改性，解决了POSS的导电性较差的困境；而POSS能增加氧化导电碳颗粒之间的空间位阻，使得氧化导电碳颗粒在介质中分散更均匀，更不易沉降团聚，尤其是氨基POSS接枝的氧化炭黑的分散性改善更为显著。氨基POSS接枝的氧化片层石墨、氨基POSS接枝的氧化石墨烯形成层状结构，可通过点状的氨基POSS接枝的氧化炭黑穿插层状结构，通过氨基POSS接枝的氧化炭黑、氨基POSS接枝的氧化片层石墨、氨基POSS接枝的氧化石墨烯三者之间的配合，从而形成导电网络，有利于提升正极集流体与正极活性材料之间的电子的迁移。功能化导电炭层不仅具有POSS的耐热性能和机械性能，还赋予了导电性能；功能化导电炭层提升的铝正极集流体和正极活性物质之间的粘结强度的同时，还促进了电子的迁移，从而不仅有利于电池的电化学性能的提升，还有利于电池安全性能的提升。
[0009]作为进一步方案，所述氨基POSS包括POSS
‑
NH2、POSS
‑
氨丙基异辛基、POSS
‑
N
‑
甲基氨基丙基异丁基、POSS
‑
八铵基、POSS
‑
N
‑
苯基氨基丙基、POSS
‑
MAL、POSS
‑
马来酸辛酯中的一种或多种。
[0010]作为更进一步方案，所述氨基POSS包括POSS
‑
NH2。POSS
‑
NH2进行接枝氧化导电碳，获得接枝后的产物的更具有同一性，氨基POSS接枝在氧化导电碳能获得相同的氨基POSS接枝的氧化导电碳，更有利于接枝后的氧化导电碳应用在涂层中的均匀分散性，从而获得更加均匀致密的涂层。
[0011]作为进一步方案，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳的原材料包括氧化导电碳、活化剂、氨基POSS、有机溶剂，以质量计，所述氧化导电碳:活化剂:氨基POSS:有机溶剂比例为(1份
‑
20份):(0.1份
‑
5份):(1份
‑
20份):(99份
‑
101份)。在此比例下有利于获得接枝量更为合适的氧化导电碳，不仅可以提高氧化导电碳的分散性的基础上，还可以在铝集流体表面形成均匀致密的导电涂层，从而有利于电池的电性能的提升。
[0012]作为更进一步方案，所述活化剂包括N,N
‑
羰基二咪唑(CDI)。
[0013]作为更进一步方案，所述有机溶剂包括四氢呋喃、甲苯、氯仿、乙醚中的一种。
[0014]作为进一步方案，所述功能化导电炭层铝集流体的原料中还包括水性超分散剂、pH调节剂、纯水，以质量计，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳:水性超分散剂:pH调节剂:纯水的比为(5份
‑
12份):(5份
‑
30份):(0.1份
‑
0.5份):(58份
‑
89份)。氨基POSS接枝的氧化导电碳其特殊的笼型三维纳米结构与浆料中的有机物形成稳定的空间互交穿/半互交穿网络，在铝集流体表面形成均匀致密的涂层，提供给功能化导电炭层铝集流体的涂层优异的附着力和机械性能。
[0015]作为更进一步方案，所述水性超分散剂包括具有锚固基团的聚丙烯酸酯。聚丙烯酸酯具有更好的热稳性、粘结性，聚丙烯酸酯与氨基POSS接枝的氧化导电碳配合，不仅有利于分子之间的分散，还可以提升功能化导电炭层铝集流体中的涂层的粘结强度，从而更有利于涂层在铝集流体表面形成均匀致密的导电涂层。
[0016]作为再进一步方案，所述锚固基团包括
‑
R2N、
‑
R3N
+
、
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述功能化导电炭层铝集流体中包括氨基POSS接枝的氧化导电碳，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳是氧化导电碳接枝氨基POSS形成，所述氧化导电碳包括氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯，以质量计，氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯的比为(9份
‑
10份):(0份
‑
10份):(0份
‑
10份)。2.根据权利要求1所述的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述氨基POSS包括POSS
‑
NH2、POSS
‑
氨丙基异辛基、POSS
‑
N
‑
甲基氨基丙基异丁基、POSS
‑
八铵基、POSS
‑
N
‑
苯基氨基丙基、POSS
‑
MAL、POSS
‑
马来酸辛酯中的一种或多种；进一步优选，所述氨基POSS包括POSS
‑
NH2。3.根据权利要求1所述的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳的原材料包括氧化导电碳、活化剂、氨基POSS、有机溶剂，以质量计，所述氧化导电碳:活化剂:氨基POSS:有机溶剂比例为(1份
‑
20份):(0.1份
‑
5份):(1份
‑
20份):(99
‑
101份)；进一步优选，所述活化剂包括N,N
‑
羰基二咪唑；所述有机溶剂包括四氢呋喃、甲苯、氯仿、乙醚中的一种。4.根据权利要求1所述的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述功能化导电炭层铝集流体中还包括水性超分散剂、pH调节剂，以质量计，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳:水性超分散剂:pH调节剂的比为(5份
‑
12份):(5份
‑
30份):(0.1份
‑
0.5份)。5.根据权利要求4所述的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述水性超分散剂包括具有锚固基团的聚丙烯酸酯；所述pH调节剂有机调节剂、无机调节剂中的一种或多种；进一步优选，所述锚固基团包括
‑
R2N、
‑
R3N
+
、
‑
COOH、
‑
COO
‑
、
‑
SO3H、
‑
SO2‑
、
‑
PO
42
‑
、多元胺、多元醇、聚醚中的一种或多种；进一步优选，所述有机调节剂包括链烷醇胺；进一步优选，所述链烷醇胺包括三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、异丙醇胺、N,N,N',N'
‑
四(2
‑
羟基乙基)
‑
乙二胺、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇、二甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺和烷基乙醇胺的混合物中的一种或多种。进一步优选，所述烷基乙醇胺包括丁基乙醇胺、N
‑
甲基乙醇胺中的一种或多种；进一步优选，所述无机调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钙、氨水一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种动力电池的功能化导电炭涂层铝集流体，其特征在于，所述功能化导电炭层铝集流体中包括氨基POSS接枝的氧化导电碳，所述氨基POSS接枝的氧化导电碳是氧化导电碳接枝氨基POSS形成，所述氧化导电碳包括氧化炭黑、氧化片层石墨、氧化石墨烯，以质量计，氧化炭黑、氧化...

【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：