一种导电浆料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种导电浆料及其制备方法和应用。

背景技术

当前，锂离子电池已成为手机、电脑等移动式电子设备的首选电源，并且在电动汽车、可再生能源利用以及智能电网等新兴领域具有广阔的应用前景。而作为锂离子电池集流体的涂碳铝箔因为其能够提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，进而可以大大降低正极材料和集流之间的电阻，并能提高两者之间的附着能力，从而提高电池的整体性能。

CN107528067A公开了一种抑制高粘度化和凝胶化且具有容易涂布的粘度的锂离子电池正极用导电浆料和锂离子电池正极用复合材料浆料。所述导电浆料包含分散树脂、聚偏氟乙烯、导电炭、溶剂以及脱水剂。

CN108039493A公开了一种锂离子电池用导电浆料的制备方法，包括：(1)将导电剂溶于溶剂中，在搅拌釜中进行搅拌，得到第一混合物；(2)对第一混合物进行循环研磨2-10h，得到第二混合物，对第二混合物进行低速离心、收集上层液或者对第二混合物进行过筛，得到导电剂的粒径不超过50μm的第三混合物；(3)将第三混合物置于所述搅拌釜中，加入分散剂和稳定剂，高速搅拌，得到所述导电浆料。

上述方案所述导电剂粒径较大，不易分散，在导电浆料制备及存储过程中极易团聚而导致浆料沉降，从而影响后续涂布质量以及涂碳铝箔面密度；另外在铝箔制备的过程中需要用到大量轧制油，而这些轧制油在铝箔生产的最终阶段也不能完全除去，导致铝箔表面仍然残存油污，而导电浆料大多是水性，与铝箔表面油污不相容，浆料在铝箔上不易铺展开，涂布时会出现大量漏涂现象，影响涂碳铝箔外观及使用情况，增加电池内阻，影响电池使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电浆料及其制备方法和应用，本发明在导电浆料中加入适量甲醚，不仅可以降低浆料和铝箔之间的接触角还可以提高浆料的稳定性，提高电池寿命。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种导电浆料，所述导电浆料包括水性胶液、甲醚、导电剂和水。

本发明在导电浆料中加入甲醚，所述甲醚与导电剂和胶液按照一定比例混合，可以明显降低浆料与铝箔之间的接触角，从而使浆料能够在铝箔上完全铺展开。

优选地，所述水性胶液包括聚丙烯酸胶液、环氧树脂胶液或聚氨酯胶液中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述导电剂包括炭黑、导电石墨或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述甲醚、水性胶液和导电剂的质量比为(1～3):(65～75):(15～30)，例如：1:70:21、1.5:68:22、2:72:25、2.5:70:3或3:75:20等。

优选地，以所述导电浆料的质量为100％计，所述甲醚的质量分数为0.2～0.8％，例如：0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％或0.8％等。

本发明通过控制甲醚的加入量，调节浆料的表面张力，降低浆料在铝箔上的接触角，增大浆料与铝箔的粘附性。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述导电浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将甲醚和水混合得到第一分散液，将所述第一分散液和水性胶液混合得到第二分散液；

(2)将所述第二分散液与导电剂混合，得到导电浆料悬浊液；

(3)对所述导电浆料悬浊液进行研磨处理，得到所述导电浆料。

优选地，步骤(1)所述混合包括真空搅拌和分散。

优选地，所述真空搅拌的速度为100～300rpm，例如：100rpm、150rpm、200rpm、250rpm或300rpm等。

优选地，所述分散的速度为600～800rpm，例如：600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等。

优选地，所述分散的时间为20～40min，例如：20min、25min、30min、35min或40min等。

优选地，步骤(2)所述混合的方式包括将导电剂分三次加入第二分散液导电剂。

优选地，所述加入之间进行搅拌和分散。

优选地，所述搅拌的速度为100～300rpm，例如：100rpm、150rpm、200rpm、250rpm或300rpm等。

优选地，所述分散的速度为600～800rpm，例如：600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等。

优选地，所述分散的时间为10～30min，例如：10min、15min、20min、25min或30min等。

优选地，步骤(3)所述研磨处理包括一次砂磨和二次砂磨。

优选地，所述一次砂磨的锆珠粒径为1～2μm，例如：1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm等。

优选地，所述二次砂磨的锆珠粒径为0.3～0.8μm，例如：0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm或0.8μm等。

优选地，所述研磨处理的速度为300～700rpm，例如：300rpm、400rpm、500rpm、600rpm或700rpm等。

本发明通过多段分级研磨手段，使导电剂研磨更为充分，所述浆料分散更为均匀稳定，得到高稳定性导电浆料，导电浆料可以长时间存储且不出现分层现象，方便浆料存储，应用前景广泛。

作为本发明的优选方案，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将甲醚和水在100～300rpm下真空搅拌后以600～800rpm的速度分散20～30min得到第一分散液，将所述第一分散液和水性胶液混合在100～300rpm下真空搅拌后以600～800rpm的速度分散20～30min得到第二分散液；

(2)将导电剂分三次加入所述第二分散液，每次加入之间以100～300rpm的速度搅拌后以600～800rpm的速度分散10～20min得到导电浆料悬浊液；

(3)对所述导电浆料悬浊液先后在1～2μm和0.3～0.8μm锆珠下，以300～700rpm的速度进行两次砂磨，得到所述导电浆料。

第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池由如第一方面所述导电浆料制得。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在导电浆料中加入甲醚，所述甲醚与导电剂和胶液按照一定比例混合，该浆料可以明显降低浆料与铝箔之间的接触角，从而使浆料能够在铝箔上完全铺展开，通过控制甲醚的加入量，调节浆料的表面张力，降低浆料在铝箔上的接触角，增大浆料与铝箔的粘附性。

(2)本发明通过多段分级研磨手段，使导电剂研磨更为充分，所述浆料分散更为均匀稳定，得到高稳定性导电浆料，导电浆料可以长时间存储而不出现分层现象，方便浆料存储。

(3)本发明提供的甲醚和多段分级研磨能够解决涂碳层在铝箔表面分布不均和浆料沉降问题，既能提升涂碳铝箔的涂覆质量，又能提高浆料稳定性，便于存储和产业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种导电浆料，所述导电浆料的制备方法如下：

(1)将1kg甲醚与400kg水混合加入搅拌机中，在真空状态下，搅拌速度200rpm、分散速度500rpm，30min后得到第一分散液，在上述分散液中加入70kg聚丙烯酸胶液，经过真空搅拌，分散30min后(搅拌速度200rpm、分散速度500rpm)，得到分散均匀的第二分散液；

(2)在所述第二分散液中加入21kg炭黑，炭黑分三次加入(每次7kg)，每次之间需经过高速搅拌、分散得到导电浆料悬浊液(每次搅拌速度200rpm、分散速度500rpm，时间20min)；

(3)上述导电浆料悬浊液经过2次砂磨(第一次研磨锆珠1μm，第二次研磨锆珠0.5μm，研磨速度600rpm)，最终得到所述导电浆料。

实施例2

本实施例提供了一种导电浆料，所述导电浆料的制备方法如下：

(1)将1.5kg甲醚与400kg水混合加入搅拌机中，在真空状态下，搅拌速度250rpm、分散速度520rpm，30min后得到第一分散液，在上述分散液中加入70kg环氧树脂胶液，经过真空搅拌，分散30min后(搅拌速度250rpm、分散速度520rpm)，得到分散均匀的第二分散液；

(2)在所述第二分散液中加入24kg导电石墨，导电石墨分三次加入(每次8kg)，每次之间需经过高速搅拌、分散得到导电浆料悬浊液(每次搅拌速度220rpm、分散速度540rpm，时间20min)；

(3)上述导电浆料悬浊液经过2次砂磨(第一次研磨锆珠1.5μm，第二次研磨锆珠0.5μm，研磨速度600rpm)，最终得到所述导电浆料。

实施例3

本实施例与实施例1区别仅在于，甲醚的质量为0.8kg，(甲醚的质量分数为0.16％)其他条件与参数与实施例1完全相同。

实施例4

本实施例与实施例1区别仅在于，甲醚的质量为4.5kg，(甲醚的质量分数为0.9％)其他条件与参数与实施例1完全相同。

对比例1

本对比例与实施例1区别仅在于，不加入甲醚，其他条件与参数与实施例1完全相同。

对比例2

本对比例与实施例1区别仅在于，两次砂磨均使用1μm的锆珠，其他条件与参数与实施例1完全相同。

对比例3

本对比例与实施例1区别仅在于，一次砂磨使用0.5μm的锆珠，二次砂磨使用1μm的锆珠其他条件与参数与实施例1完全相同。

性能测试：

分别测试实施例和对比例制得浆料在铝箔上的接触角、浆料粒径以及静置30d后的浆料上层固含量，测试结果如表1所示：

表1

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由表1可以看出，由实施例1-2可得，本发明所述导电浆料在铝箔上的接触角可达65.8°以下，浆料存储30天后浆料的中值粒径以及固含量变化极小，说明本发明所述导电浆料的稳定性较高。

由实施例1和实施例3-4对比可得，本发明所述导电浆料中甲醚的质量分数会影响其性能，将甲醚的质量分数控制在0.2～0.8％，制得导电浆料的性能较好，若甲醚的质量分数过低，则浆料不能在铝箔上均匀铺展开，导致接触角略微增大，若甲醚的质量分数过高，则浆料挥发性较高，容易导致浆料固含量增高，影响浆料稳定性，不利于浆料存储。

由实施例1和对比例1对比可得，本发明在导电浆料中加入甲醚，所述甲醚与导电剂和胶液按照一定比例混合，该浆料可以明显降低浆料与铝箔之间的接触角，从而使浆料能够在铝箔上完全铺展开。

由实施例1和对比例2-3对比可得，本发明通过多段分级研磨手段，使导电剂研磨更为充分，所述浆料分散更为均匀稳定，得到高稳定性导电浆料，导电浆料可以长时间存储而不出现分层现象，方便浆料存储。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。