[发明专利]一种超薄涂炭集流体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超薄涂炭集流体及其制备方法，包括以下步骤：将集流体清洗后再进行带正电处理，得到表面带正电荷的集流体；将粘结剂溶解后，依次加入阴离子表面活性剂和导电剂，搅拌均匀形成带负电荷的水性导电浆料；将所述带负电荷的水性导电浆料超声雾化成气溶胶后，静电沉积在所述带正电荷的集流体上，然后烘干，得到超薄涂炭集流体。通过该方法制备的集流体其导电涂层薄且均匀，粘附力强，具有良好的导电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种超薄涂炭集流体及其制备方法。

背景技术

目前石油资源日益紧缺，环境污染严重，为了解决以上问题，发展电动汽车和混合动力汽车是主要方法之一。然而长期以来，电动汽车的发展受到动力电池技术发展的制约。虽然现已商业化动力锂离子电池具有许多优良的性能，但随着动力电池在电动汽车动力系统中广泛运用，逐渐暴露出一系列诸如充电时间长，电池的耐久性、可靠性和安全性差等方面的问题。为了解决上述问题，研发工作者做了大量工作，其中包括在集流体上涂上导电层来降低内阻的研究。

在传统的锂离子电池极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于集流体表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。然而这样的结构设计存在金属集流体与活性材料颗粒间的接触面积有限，界面电阻较大，引起电池内阻的上升，对于电池性能特别是大电流充放电条件下的性能存在负面影响，粘结剂的粘结强度有限，在持续的充放电过程中，很容易发生活性物质与集流体间的膨胀脱离，导致电池内阻进一步加大，使得电池的循环寿命和安全性能受到影响。因此，降低集流体与活性材料间的界面电阻，提高两者间的粘结强度是提升锂离子电池性能的重要手段。目前解决问题的主要办法有增加浆料中粘结剂用量、集流体表面化学腐蚀、电晕或者在集流体表面涂敷含导电材料的涂层等方法来增加集流体与活性物质的粘附力。在上述方法中，粘结剂用量增加会增加电池内阻，降低能量密度；化学处理和电晕处理会对集流体表面产生损伤，降低箔材强度，影响后续电池加工性能，且生产成本高；而在集流体表面涂敷导电材料的涂层，该涂层具有良好的导电性能，较高的比表面积，优良的粘结性能，并相对于金属集流体具有更好的形变能力，可增加活性材料与集流体的导电接触，减小界面内阻，并提高两者之间的粘结强度。

但现阶段集流体导电涂层主要是通过涂布和浸润的方式将导电浆料粘附到集流体上。凹版涂布的蓄料槽要保持溢满的状态，凹辊只与溢出来的浆料接触，故而无法将蓄料槽里的所有浆料液完全充分利用，且无法回收利用，因此造成一定的浪费；逗号辊涂布的涂布质量与其各个组成单位的运作关系较大，特别为驱动电机与转动压辊之间的传动比率比较难以调节掌控，往往造成涂布不均匀，涂布时，浆料液容易在挡板和传动压辊之间的缝隙流出，密封性不够完整，且涂布时，需要人力不断地搅拌蓄料槽；夹缝式挤压涂布头的部分结构较为复杂，要求牵引辊以及夹缝刀头的加工精度较高，设备成本较高。上述涂布方式得到的集流体涂炭层不均匀且厚度偏大。浸润方式分为直接将集流体放入导电浆料浸润和将集流体预处理带正电荷，导电浆料预处理带负电荷后再浸润的两种方式，无论哪种浸润方式，浸润后将集流体取出时，都会造成流延现象，从而造成涂炭层厚薄不均，且浸润方式得到的涂炭层厚度偏厚。

发明内容

基于此，本发明提供了一种超薄涂炭集流体及其制备方法，将集流体和导电浆料分别经过处理，使集流体带正电荷，导电浆料带负电荷，将导电浆料雾化成带负电荷的气溶胶，带负电荷的气溶胶粒度细小且均匀，然后利用正负电荷异性相吸的原理，带负电荷的气溶胶选择带正电荷集流体表层吸附中和电荷，中和完成后，气溶胶不再往集流体上吸附，得到涂炭层的前驱体。将涂炭层的前驱体低温烘干即得到产品。通过这种方法制得的集流体涂炭层薄且均匀，解决了现有技术中的诸多不足。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种涂炭集流体的制备方法，包括以下步骤：

a、将集流体清洗后再进行带正电处理，得到表面带正电荷的集流体；

b、将粘结剂溶解后，依次加入阴离子表面活性剂和导电剂，搅拌均匀形成带负电荷的水性导电浆料；