锂电池隔膜涂覆生产线

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锂离子电池用水系底涂集流体及其制备方法和应用

背景技术



典型的电化学电池具有参与电化学反应的阴极和阳极。为制造电极，可以将电极活性材料(electroactive material)涂覆到集流体上，其可以充当电池的正负极材料。保持电极活性材料与导电集流体之间的电接触对于电化学电池的有效运作至关重要。



已知地，涂覆在电极活性材料和集流体之间的过渡层，称为“底涂料”或者“底涂层”，可以粘合在电极活性材料和集流体之间，并且提供电极活性材料和集流体之间的电导通，进而降低活性物质与集流体之间的接触电阻。目前，现在已有底涂浆料出现，但许多现有底涂料不能在提供层间良好的电接触的同时也提高电极活性材料和集流体的良好粘合。



发明内容



有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池用水系底涂集流体，可以在提高集流体和电极活性材料之间良好导电能力的同时，还可以提高电极活性材料在涂覆有水系底涂浆料的集流体(即得到的水系底涂集流体)上的粘结性，进而提高电池的压实密度、能量密度等性能。



1方面，提供了一种水系底涂集流体的制备方法，包括如下步骤：



(1)将水系分散剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物A；



(2)将片状导电碳和球形导电碳加入到所述混合物A中，搅拌均匀后并进行砂磨直至所述片状导电碳和球形导电碳的D50为20～90μm，得到混合物B；



(3)向所述混合物B中加入水系粘结剂，搅拌得到锂离子电池用水系底涂浆料，所述水系底涂浆料中，水系分散剂的质量分数为0.5-10％，片状导电碳的质量分数为5-25％，球形导电碳的质量分数为5-50％，水系粘结剂的质量分数为2-10％；



(4)取集流体基材，将所述水系底涂浆料涂覆在所述集流体基材表面，干燥后形成一底涂层，得到水系底涂集流体。



所述水系底涂浆料的粘度为0.05～8Pa·s。



所述水系底涂浆料中，水的质量分数为30-80％。进一步优选为40-70％。



在制备底涂浆料的过程中，同时采用片状导电碳和球形导电碳作为导电剂，其中，片状导电碳能够有效降低界面电阻，而球状导电碳可有效能够增强导电性，增强粗糙度，可以借由片状和球形导电碳的相互作用，共同形成导电网络结构(可以是片状导电碳形成导电网络框架，球形导电碳穿插在片状导电碳的层面之间，避免片状导电碳的团聚，或者是球形导电碳充分分散在片状导电碳分子之间)。在将所述底涂浆料涂布到集流体上时，利于集流体和电极活性物质之间导电性的提高，更利于形成大面积的具有凹凸不平的粗糙表面的底涂层，有助于电极活性材料在集流体上的粘附，并承载更多的电极活性材料，从而提高电池的能量密度，减少电池内阻。



此外，在制备底涂浆料的过程中，先将水系分散剂与水进行混合，再加入导电剂， 后加入水系粘结剂，这样可以避免先加入水系粘结剂所造成的浆料粘度增大，影响后加入的片状和球形导电碳的分散，延长搅拌时间。主要控制片状导电碳和球形导电碳在水系底涂浆料中的质量分数分别为5-25％、5-50％，并基于水系分散剂、粘结剂、水的协同作用，使得所述底涂层的粗糙度合适，空隙合适，便于电极活性材料在水系底涂集流体的底涂层上稳定、高附着量的承载。



球形导电碳与片状导电碳在浆料中的质量分数应控制在一定范围，若球性导电碳太多，片状导电碳太少，则球形导电碳自身可能在底涂层表面形成密堆积，影响电极活性材料在水系底涂集流体上的附着量，进而影响电池的能量密度；若片状导电碳太多，球形导电碳太少，则形成的整体结构中空隙太大，底涂层的粗糙度不够，电极活性材料在水系底涂集流体上的附着不稳定。



所述球形导电碳与所述片状导电碳的质量比为(0.2-10)：1。所述球形导电碳与所述片状导电碳的质量比为(1-5)：1。采用研磨至D50为20～90μm的片状导电碳和球形导电碳作为构成所述水系底涂浆料的主要成分，这样粒径范围的导电剂，可以在所述水系底涂浆料中较好的分散，浆料的底涂性能较优良，可以避免粒径范围太大影响涂布的厚度，还可以避免粒径太小，使得形成的底涂层的粗糙度不够。