[发明专利]一种涂碳集流体、电极、电池及该涂碳集流体的制备方法

说明书

本申请涉及集流体技术领域，一种涂碳集流体，包括集流体和涂覆在集流体表面的涂覆层，涂覆层中含有纳米阻燃胶囊，纳米阻燃胶囊包括阻燃物和包裹阻燃物的纳米囊壳。一种涂碳集流体的制备方法，包括步骤一：制备纳米阻燃胶囊，纳米阻燃胶囊包括阻燃物和包裹阻燃物的纳米囊壳；步骤二：将阻燃胶囊、溶剂、导电剂、粘结剂混合制备阻燃浆料；步骤三：将阻燃浆料涂覆在集流体表面后烘干形成涂覆层。一种电极，包括上述涂碳集流体，涂碳集流体表面涂覆有活性物质。一种电池，包括上述的电极。本申请中纳米阻燃胶囊的加入可以有效保证电池安全，降低电池极端状态下的温度、电流，防止起火爆炸。

技术领域

本申请涉及集流体技术领域，尤其是涉及一种涂碳集流体、电极、电池及该涂碳集流体的制备方法。

背景技术

电池的开发研究已经成为很多人关注的领域。电池由于能量密度高、使用寿命长、绿色无污染、安全性能高等优势被广泛应用于消费类电子产品和电动汽车领域，与此同时，人们对电池的需求也越来越强烈。如何实现电池的高安全性、高能量密度、高导电性已经成为目前的研究重点。随着电池行业的不断发展，出现了涂碳集流体，对正负极所用的铜铝箔两面涂覆高导电碳材料。

涂碳集流体技术中浆料的配方为核心内容，目前可涂覆的碳材料主要有导电炭黑、导电石墨、CNT、石墨烯等。通过在集流体表面形成导电网络增加活性物质的接触，并且导电剂的比表面积较大，提高了在电池中对电解液的吸液性、保液性。提升极片的粘接力，避免活性物质出现掉粉、漏涂、表面龟裂等缺陷。以上均为涂碳的优势。

目前的涂碳集流体功能目标比较单一，在集流体表面涂覆的仅仅为碳材料(导电炭黑、导电石墨、CNT、石墨烯)，提高极片的导电性；使用涂碳集流体制作成的电池在进行安全测试时会快速起火、升温，不利于电池安全，无法保证人身安全。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本申请提供一种涂碳集流体、电极、电池及该涂碳集流体的制备方法。

本申请提供的一种涂碳集流体、电极、电池及该涂碳集流体的制备方法采用如下的技术方案：

一种涂碳集流体，包括集流体和涂覆在集流体表面的涂覆层，所述涂覆层中含有纳米阻燃胶囊，所述纳米阻燃胶囊包括阻燃物和包裹所述阻燃物的纳米囊壳。

通过采用上述技术方案，纳米阻燃胶囊使涂覆层表面粗糙度增加，粗糙度Ra的值为涂覆层厚度的40％-60％，从而在涂碳集流体应用于电极后，可提升活性物质与涂覆层的粘结力。

此外，当燃烧后纳米囊壳破裂释放阻燃剂后，涂覆层表面的高粗糙度结构可使阻燃剂流动并覆盖涂覆层，能够起到阻燃的作用，若涂覆层比较光滑，与活性物质部分之间无法形成阻燃剂流动的通道，无法起到阻燃作用。

优选的，所述纳米阻燃胶囊的直径为1-3μm，其中阻燃物为无机磷酸盐复配物。

优选的，所述纳米囊壳的厚度为0.5-1微米，纳米囊壳的材质为ETPTA。

一种涂碳集流体的制备方法，包括步骤一：制备纳米阻燃胶囊，所述纳米阻燃胶囊包括阻燃物和包裹所述阻燃物的纳米囊壳；步骤二：将阻燃胶囊、溶剂、导电剂、粘结剂混合制备阻燃浆料；步骤三：将阻燃浆料涂覆在集流体表面后烘干形成涂覆层。

优选的，所述制备纳米阻燃胶囊包括步骤一：将阻燃剂、ETPTA与固化剂混合加入微流控装置；步骤二：将PVA溶液加入微流控装置内，形成无机磷酸盐复配物溶液为内水相、ETPTA与固化剂为中间油相、PVA溶液作为外水相的乳液；步骤三：将ETPTA固化形成纳米囊壳，并与作为内水相的无机磷酸盐复配物溶液形成纳米阻燃胶囊。

通过采用上述技术方案，PVA溶液作为外水相的乳液，PVA的高粘度有利于囊壳的形成，并且PVA在阻燃浆料中可作为粘结剂。无机磷酸盐复配物溶液和PVA溶液的溶剂均为水，在流体剪切力和重力作用下，能够以一定流速泵入乳液生成通道中。