[发明专利]一种骨料材料、非金属集流体及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种骨料材料、非金属集流体及其制备方法、应用。该骨料材料的原料组合物包括下述组分：木浆纤维、导电剂和分散剂；其中：所述木浆纤维和所述导电剂的质量比为1:(0.2‑0.5)；所述木浆纤维和所述分散剂的质量比为1:(0.01‑0.1)；所述木浆纤维的长度为5‑20μm。该非金属集流体包括所述的骨料材料和附着于所述骨料材料表面的改性碳纤维层。本发明中的骨料材料机械强度高、导电性能好、粘附性强；非金属集流体具有导电性能好、机械强度高等特点，能够有效降低集流体在锂离子电池中的重量占比，可在锂离子电池领域广泛使用。

技术领域

本发明涉及一种骨料材料、非金属集流体及其制备方法、应用。

背景技术

传统的锂离子电池一般分别采用铝箔、铜箔/铁箔等金属材料作为正、负极的集流体。然而，金属集流体在使用过程中存在诸多的缺点，如金属材料还原电位较低，电池充放电过程中容易发生氧化反应产生金属离子污染锂离子电池，导致锂离子电池性能下降；电池制造过程多次的切割(模具切割、激光切割、盘式刀切割等)容易产生毛刺对安全带来隐患；金属材料密度较大，占用较多的电池整体重量，影响电池质量能量密度进一步提升等。

目前，采用无金属集流体成为本领域的研究方向，由于集流体的作用是导流，需要具备较好的导电性能，且锂离子电池制备过程中需要经过多次的牵引，因此，集流体也需具备较好的机械强度。

现有专利CN112271295A中的无集流体电池采用了碳纤维布作为无集流体电池负极材料，其通过将碳纤维HNO₃处理后、以漏斗抽滤成型的方式制得，该无集流体电池负极材料的制备方法并不利于大规模化，同时该方法获得的碳纤维布的机械强度较低，难以适用于锂离子电池领域。

CN104577041A采用碳纤维布为基体替代铜箔，其采用碳纤维可纺沥青作为原料，通过原丝制备、原丝预氧化，再经过牵切制条、纺纱织布得到预氧化布，最后碳化、石墨化得到负极集流体，该方法最大的问题是需要对预氧化的碳纤维布进行碳化处理和石墨化处理，该两步处理虽能够有效提升碳纤维布的导电性能，但机械强度很难得到保证。

因此，如何获得一种兼具良好导电性能和机械强度的非金属集流体为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的非金属集流体机械强度较低，难以适用于锂离子电池的缺陷，而提供了一种骨料材料、非金属集流体及其制备方法、应用。本发明所提供的骨料材料机械强度高、导电性能好、粘附性强；本发明所提供的非金属集流体具有导电性能好、机械强度高等特点，能够有效降低集流体在锂离子电池中的重量占比，可在锂离子电池领域广泛使用。

本发明提供了一种骨料材料的原料组合物，其包括下述组分：木浆纤维、导电剂和分散剂；其中：

所述木浆纤维和所述导电剂的质量比为1:(0.2-0.5)；

所述木浆纤维和所述分散剂的质量比为1:(0.01-0.1)；

所述木浆纤维的长度为5-20μm。

本发明中，所述木浆纤维可为天然木浆纤维。

其中，所述天然木浆纤维的原料的长度可为200-300μm，例如250μm。

其中，所述天然木浆纤维的原料的堆密度可为115-150g/L。

其中，所述天然木浆纤维的原料的pH可为6.5-8.5。

其中，所述天然木浆纤维可为购自德国JRS公司研发生产的ARBOCEL木质纤维。

本发明中，所述木浆纤维中的纤维可为单根纤维。

其中，所述木浆纤维可按本领域常规工艺处理为单根纤维，例如，将所述木浆纤维通过破碎机破碎，即可。