[发明专利]开口中空碳材料及其制备方法、涂碳铝箔

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种开口中空碳材料及其制备方法、涂碳铝箔。其中，开口中空碳材料的内部中空形成有空腔，外表面分布至少一个开口，开口连通开口中空碳材料的空腔和外部，开口的面积占开口中空碳材料的外表面积的20％～40％。当正极活性物质与表面开口的中空碳材料接触，开口一方面增加了涂碳层与正极活性物质的接触面积，另一方面也可以作为“牢笼”困住活性物质，极大提高涂碳铝箔集流体与正极活性物质层之间的浸润性和剥离强度。此外使用离子型小分子作为改性组分对开口中空碳材料进行改性，提高了涂碳铝箔涂料的稳定性且不会对其它性能产生负面作用，使用开口中空碳材料的涂碳铝箔提高了锂离子电池的整体性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种开口中空碳材料及其制备方法、涂碳铝箔。

背景技术

铝箔集流体是锂离子电池中不可或缺的重要部件之一，铝箔集流体与正极活性物质接触，具有承载正极活性物质与汇集输出电流的功能。涂碳铝箔的基体是铝箔，铝箔上涂覆有分散好的导电碳材料，使用涂碳铝箔作为锂离子电池的正极集流体可以降低正极活性物质与集流体之间的接触电阻。由于正极活性物质的颗粒大，与铝箔集流体之间是点面接触，剥离强度很差，涂碳铝箔可以提高对正极活性物质的剥离强度，避免锂离子电池在持续的充放电过程中正极活性物质与集流体之间发生膨胀而脱离。

涂碳铝箔涂料由粘结剂、导电碳材料和溶剂三种材料构成，为了进一步提高涂碳铝箔与正极活性物质的剥离强度性能，现有技术出现了多种结构的粘结剂，但单纯依靠对粘结剂的开发来获得更高剥离强度的涂碳铝箔已经愈发困难。作为涂碳铝箔涂料的另一种主要组成成分，现有的导电碳材料都是实心颗粒状态，导电碳材料的粒子形貌和聚集状态的不同会显著影响涂碳铝箔表面的粗糙程度，进而影响到对正极活性物质的浸润性和剥离强度，因此通过对导电碳材料的形貌和聚集状态的选择和改性以提高涂碳涂料的剥离强度应予以关注。此外，导电碳材料在涂碳铝箔涂料中难以分散，容易沉降导致施工效率降低，尤其在沉降过程中发生团聚将会影响锂离子电池的性能稳定性和一致性。目前有通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对导电碳材料表面接枝改性可以提高涂碳铝箔涂料的稳定性，但对锂离子电池的导电性能有负面作用。

因此，从导电碳材料的形貌和聚集状态的选择上提高涂碳铝箔涂料的剥离强度是一条新的路径，同时通过改性导电碳材料提高涂碳铝箔涂料的稳定性且不影响导电性能，提高锂离子的电池整体性能是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中导电碳材料的粒子形貌和聚集状态影响涂碳铝箔表面的粗糙程度和对正极活性物质的剥离强度，以及涂碳铝箔涂料稳定性差的问题，本发明提供了一种开口中空碳材料及其制备方法、涂碳铝箔。

第一方面，本发明提供了一种开口中空碳材料，所述开口中空碳材料的内部中空形成空腔，所述开口中空碳材料的外表面分布至少一个开口，所述开口连通所述开口中空碳材料的空腔和所述开口中空碳材料的外部，所述开口的面积占所述开口中空碳材料的外表面积的20％～40％。

第二方面，本发明提供了一种第一方面的开口中空碳材料的制备方法，包括：

将1～6份基体材料和94～99份酸溶液混合后在高压条件下进行酸蚀处理，获得开口中空碳材料；所述酸蚀处理的反应温度为120～180℃，反应压强为0.3～1.2MPa，反应时间为6～12h。

第三方面，本发明提供了一种改性开口中空碳材料，所述改性开口中空碳材料通过第一方面的开口中空碳材料和改性组分接枝得到。

第四方面，本发明提供了一种涂碳铝箔，所述涂碳铝箔通过以下方法制备得到：

将5～15份水、10～30份第二溶剂、10～25份粘结剂、40～60份改性开口中空碳材料混合后进行研磨，获得涂碳铝箔涂料；所述第二溶剂包括乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇单丁醚中的一种或多种，所述粘结剂为丙烯酸树脂；