[发明专利]一种改性集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性集流体及其制备方法和应用，属于二次电池材料技术领域。其中，改性集流体的制备方法包括以下步骤：S1.以重氮磺酸盐对石墨烯进行接枝，所得产物和聚氧乙烯醚季胺盐反应；S2.将步骤S1的产物、粘结剂分散在溶剂中，得pH为8~9.5的浆料；S3.将浆料涂覆在金属箔表面。上述制备方法制得的改性集流体，能够提升改性集流体的电导率，并同时提升改性集流体制得电极的涂层附着强度。本发明还提供了上述制备方法制得的改性集流体以及所得改性集流体的应用。

技术领域

本发明涉及二次电池材料技术领域，尤其是涉及一种改性集流体及其制备方法和应用。

背景技术

在传统锂离子电池的极片制作工艺中，包括粘结剂和电极活性材料的电极涂层直接设于集流体（铝箔/铜箔）表面，通过电极涂层中的粘结剂实现电极涂层和集流体的粘结。这样的结构设计存在如下2方面的缺陷：刚性的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；此外，粘结剂的粘结强度有限，在持续的充放电过程中，很容易发生活性材料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。

为解决上述问题，有研究尝试在金属箔表面设置导电层。导电层中的导电材料通常包括炭黑、石墨烯、碳纳米管等；其中石墨烯的理论电导率最高，但是该理论电导率是单层、展平状态下的电导率，这种状况在实际生产中几乎不能达到。

也就是说，现有的具有导电涂层的集流体中，电导率的改善幅度不够，且不能显著的增加电极涂层和集流体之间的粘结性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种改性集流体的制备方法，能够有效发挥石墨烯的电导率，最终能提升所得改性集流体的电导率，并同时包括所得改性集流体的电极的涂层附着强度。

本发明还提供了所述制备方法制得的改性集流体。

本发明还提供了所述改性集流体的应用。

根据本发明第一方面的实施例，提出了一种改性集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1.以重氮磺酸盐对石墨烯进行接枝，并将所得产物和聚氧乙烯醚季胺盐反应，得改性石墨烯；所述聚氧乙烯醚季胺盐的化学式为C₉H₁₉C₆H₄(OCH₂CH₂)_nO(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃Cl^-；其中n的取值范围为8~12（该化学式的聚氧乙烯醚季胺盐通常称为壬基酚聚氧乙烯醚季胺盐）；

S2.将所述改性石墨烯、粘结剂分散在溶剂中，得pH为8~9.5的浆料；

S3.将步骤S2所得浆料涂覆在金属箔表面，得导电层。

所述制备方法的机理如下：

步骤S1中，重氮磺酸盐中的重氮基团通过自由基加成反应接枝至石墨烯表面，由此在石墨烯中引入了磺酸根；之后聚氧乙烯醚季胺盐中的季胺阳离子和磺酸根阴离子结合，将敞亮的聚氧乙烯醚链引入改性石墨烯中。

步骤S3中，在浆料干燥的过程中，浆料的碱性提升，可对金属箔进行微腐蚀。

根据本发明实施例的控制方法，至少具有如下有益效果：