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    8個月授權:一種二次電池集流體、導電漿料及其制備方法

    2020-12-08來源:國內代理部

     

    一、發明專利案件基本信息

    專利號: CN201911069065.0

    專利名稱:一種二次電池集流體、導電漿料及其制備方法

    專利申請日:2019.11.05

    專利授權日:2020.07.24

    專利申請人:廣州納諾新材料科技有限公司

    二、發明專利申請文件信息

    申請文件:31頁,1.638萬字,

    授權權利要求:13,其中獨立權利要求:3

    權項結構:

     

    三、發明內容摘要:

    本發明公開了一種二次電池用集流體,其包括金屬箔及功能涂層,其特征在于,該功能涂層是由導電漿料涂覆在金屬箔的至少一個表面上、干燥后形成的厚度為不大于500nm的功能性層狀覆蓋結構;所述涂層中單層碳納米管的長度方向分別呈特定的取向和非取向交織排列,共同形成具有強化固著、導電、導熱和高透光特性的三維網絡結構。本發明還公開了一種導電漿料,其特征在于,該導電漿料是由單層碳納米管、分散劑、粘接劑及溶劑分散混合制得的水性漿料,單層碳納米管的管徑不大于2nm,長度不大于15um。本發明還公開了該集流體及導電漿料的制備方法。本發明通過減小涂層厚度及其內部導電材料的三維立體分層結構,以顯著提升集流體的整體性能。

     

    四、發明摘要附圖:

    五、獨立權利要求1

    1、一種二次電池集流體,其包括金屬箔及功能涂層,其特征在于,該功能涂層是由導電漿料涂覆在金屬箔的至少一個表面上、干燥后形成的厚度為不大于500nm的功能性層狀覆蓋結構;所述涂層中單層碳納米管的長度方向分別呈特定的取向和非取向交織排列,共同形成具有強化固著、導電、導熱和高透光特性的三維網絡結構;所述的長度方向呈取向排列的磁性單層碳納米管,其底部管口連接在金屬箔的表面上、頂部管口向上、形成以取向性單層碳納米管為主體的、垂直或接近垂直于金屬箔表面的豎直陣列下層;所述的非取向單層碳納米管在長度方向上,少部分與取向性單層碳納米管交織排列,大部分在下層的上方相互交織,形成以非取向性單層碳納米管為主體的、平行或接近平行于金屬箔表面的網狀交織上層。

    獨立權利要求2

    6.一種制備權利要求15之一所述二次電池集流體的導電漿料,其特征在于,該導電漿料是由單層碳納米管、分散劑、粘接劑及溶劑分散混合制得的水性漿料,且該漿料固含量為0.15wt%,25℃時粘度為2001000mPa·s,pH811;其中的單層碳納米管包括磁性單層碳納米管與非磁性單層碳納米管,且單層碳納米管的管徑不大于2nm,長度不大于15μm;所述的磁性單層碳納米管呈長度方向取向排列,其底部管口連接在金屬箔的表面上、頂部管口向上、形成以取向性單層碳納米管為主體的、垂直或接近垂直于金屬箔表面的豎直陣列下層;所述的非取向單層碳納米管在長度方向上,少部分與取向性單層碳納米管交織排列,大部分在下層的上方相互交織,形成以非取向性單層碳納米管為主體的、平行或接近平行于金屬箔表面的網狀交織上層。

    獨立權利要求3

        10.一種權利要求15之一所述二次電池集流體的制備方法,其特征在于,其包括如下步驟:

    (1)分別制備集流體金屬箔、已分散的導電漿料,并設置涂布設備、超聲設備及交變磁場發生設備、烘干設備;

    (2)將已分散的導電漿料涂覆于所述金屬箔表面上,使其在該表面上形成25℃時粘度為2001000mPa·s、厚度為5001000nm的液態膠體涂層;

    (3)向該液態膠體涂層持續施加方向與金屬箔表面垂直的雙向交變電場,將涂層中長度不大于300nm取向性單層碳納米管在該電場的雙向電泳作用下,其長度方向呈定向垂直或近似垂直排布于金屬箔表面上、形成密集的豎直陣列下層;同時,使其中的非取向單層碳納米管在長度方向上,少部分與取向性單層碳納米管交織排列,大部分在下層的上方相互交織,形成以非取向性單層碳納米管為主體的、平行或接近平行于金屬箔表面的網狀交織上層;

    (4)烘干涂層,使溶劑及揮發分蒸發,涂層粘度快速增加,持續施加交變電場,該涂層中的單層碳納米管在電泳作用下其長度方向分別呈特定的取向和非取向交織排列,隨著涂層粘度快速增加而保持排列位置、姿態并快速定型,直至涂層導電漿料組分的固含量固著在金屬箔表面上、形成厚度不大于500nm、致密的功能性層狀覆蓋結構,即在金屬箔表面形成具有強化固著、導電、導熱和高透光特性的三維網絡結構。

    七、本發明主要的有益效果:

    1)本發明功能涂層、導電漿料中采用的單層碳納米管是優良導體,并且將給單層碳納米管作為單一導電物質;該導電漿料涂布在集流體金屬箔上,可形成上、下兩層復合的高導電性三維網絡,增強集流體的機械性能,改善涂層的固著力,增強集流體金屬箔基材與電池活性物質的多次重復充放電時的持久性固著力。且本發明的功能涂層為可觀測的淺黃色或淺橙色,干燥后厚度僅為500納米以下,幾乎不占用電池內部空間,還實現對金屬箔表面95~100%的滿涂;本發明提供的設有功能涂層的集流體材料,可以直接替代光箔使用,電池廠使用時不用再考慮邊緣對齊等工藝控制,可提高電池制造及性能的一致性;

    2)本發明提供的功能涂層,處于底部的取向碳納米管豎直陣列下層,提供了一個具有高的強度、導電效率和良好柔性的連接層,保證在電池循環過程中金屬箔電極材料的整體完整性,并且保證在循環過程中電極材料與集流體之間良好的電接觸 ;頂部非取向性碳納米管隨機排布的網狀交織上層,一方面使得熱量能夠沿橫向方向快速導出,防止在循環充放電過程中熱量的聚集,另一方面因為具有多孔的特性使得電解質能夠進入,可加速鋰離子的傳輸。對于集流體材料整體而言,由于采用了取向碳納米管與非取向性碳納米管的配合使用,能夠充分發揮出單根碳納米管優良的導電率和快速的鋰離子遷移率。因此,本發明提供的集流體材料具有高容量、良好倍率性能和長循環壽命等優點。同時該制備過程容易控制,可以對涂層的厚度及其中碳納米管的排列,以及垂直取向碳納米管陣列的高度都能夠方便調節(采用不同長度的磁性碳納米管即可調節垂直碳納米管陣列的高度)。

    3)本發明提供的集流體功能涂層厚度不大于500納米、極薄,僅為現有技術中的復合導電材料涂層的20%左右,因此節約了電池體積空間,同時大幅增強了正/負極材料在集流體上的固著力,因此采用涂覆碳納米管的集流體可適當降低電池正/負極漿料中粘結劑的比例,進一步降低內阻,有利于電池能量密度的提升。采用本發明的集流體制備的鋰離子電池,相比光箔集流體制備的電池交流內阻降低42.5%以上。

    八、本案專利代理師經驗分享:

       新能源二次電池以鋰離子電池等為代表,由于本身優異的綜合性能,不管是在3C消費領域,還是新能源動力電池和的大型儲能電池方面,一直都占據重要地位,其應用范圍越來越廣泛,技術更新迭代越來越快,一個項目中所產生的技術創新點往往較多。

       本專利涉及多個學科和技術領域,包括電化學、材料、結構、設備及工藝,對專利代理師的綜合能力、經驗要求較高,同時,要求專利代理師必須與發明人團隊進行深度溝通,對專利技術進行深入挖掘,才能完整、準確的找到核心發明點,并將技術完整呈現出來,使技術創新方案能夠得到較為深入和完善的法律保護。

       本專利是專利代理師與發明人團隊反復溝通十余次、反復撰寫修改了五稿、歷時一個多月才最終定稿。因此,每一件優秀的高質量發明專利,都是發明人和代理師團結合作、艱苦勞動的結晶。

     

     

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