[发明专利]一种二次电池集流体、导电浆料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二次电池用集流体，其包括金属箔及功能涂层，其特征在于，该功能涂层是由导电浆料涂覆在金属箔的至少一个表面上、干燥后形成的厚度为不大于500nm的功能性层状覆盖结构；所述涂层中单层碳纳米管的长度方向分别呈特定的取向和非取向交织排列，共同形成具有强化固着、导电、导热和高透光特性的三维网络结构。本发明还公开了一种导电浆料，其特征在于，该导电浆料是由单层碳纳米管、分散剂、粘接剂及溶剂分散混合制得的水性浆料，单层碳纳米管的管径不大于2nm，长度不大于15um。本发明还公开了该集流体及导电浆料的制备方法。本发明通过减小涂层厚度及其内部导电材料的三维立体分层结构，以显著提升集流体的整体性能。

技术领域

本发明属于二次电池生产技术领域，尤其涉及一种锂离子电池等二次电池用集流体、导电浆料及其制备方法。

背景技术

二次电池以锂离子电池等为代表，由于本身优异的综合性能，不管是在3C消费领域，还是新能源动力电池和的大型储能电池方面，一直都占据重要地位。

锂离子电池等二次电池的集流体，是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。

现有技术中，利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨、碳包覆粒、碳纳米管等导电材料，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻，并能提高两者之间的固着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。

目前更加安全和便宜的LiFePO₄是很有潜力的正极材料，但是其本身电子和离子电导率低，质量密度和振实密度比较小，造成其应用时主要存在导电性差和固着力（粘结性）差，容易掉粉等缺陷。涂碳铝箔应用于正极集流体，可降低界面接触阻抗，降低电池内阻，减轻电池内部计划，一定程度上提升电池的放电倍率。而针对锂离子电池负极，对高能量密度电池极片高面密度粘结性能高，容易膨胀的硅碳材料应用以及叠片电池冲片不掉粉等需求，均可以通过使用涂碳铜箔解决。

现有的涂碳箔材是采用石墨、炭黑、多层碳纳米管等导电材料复配，和不同比例的分散剂、粘结剂分散均匀后的导电浆料涂布到铝箔或者铜箔上，涂碳层大约2~50μm，涂层较厚，重复充电的抗剥离性较差；且根据导电剂复配比例，涂碳层外观呈现有一定差异，但是一般均呈现不同深度的黑色或灰色；而不同的锂电池材料体系使用时，涂布机不能通过观察或者机器视觉等监测方法，通过色彩或色差来判断极片涂层覆盖率和涂层厚度，以提升集流体产品的质量稳定性，无法在高速生产质量管理中准确监测涂层覆盖率，因此，限制了生产效率的提升。

为提升集流体导电涂层的性能，现有技术中，中国发明专利申请号：201610410998.1公开了一种碳纳米管导电涂层集流体及其制备工艺，其包括金属集流体和碳纳米管导电涂层，所述碳纳米管导电涂层涂覆在金属集流体表面。所述碳纳米管导电涂层的厚度为1~50μm，表面设置有网状微裂纹结构以及粗糙多孔结构。该发明的碳纳米管导电涂层为电极提供了很好的导电网络，通过制备分散效果不同的导电浆料使碳纳米管导电涂层在烘干后表面形成密集的微裂纹，提高与集流体之间的结合力，降低了电池的内阻。但是该技术方案中的导电涂层需要采用两种以上导电材料、厚度较大，为微米级，在多次充放电循环后其固着力（表征涂层耐久性）下降较快，容易造成涂层脱落；而其脱落后导致集流体金属层直接暴露在活性物质之下，容易导致集流电极被腐蚀、氧化而失效，会缩短电池寿命；同时，该材料涂覆后该导电涂层透光性差、呈现黑色或灰色，在涂覆作业过程中，无法根据涂层色彩和色差而判断涂层厚度和覆盖率等情况，在涂布过程中，缺乏有效的涂层质量监测手段；同时，在后续对电池极片的涂布和焊接工艺时，因无法准确判断涂层颜色、存在不利影响。