一种紫外光固化的导电浆料和涂碳铝箔集流体的制作方法

本发明属于锂电池材料，具体涉及一种紫外光固化的导电浆料和涂碳铝箔集流体。

背景技术：

1、磷酸铁锂(lifepo4)由于原材料来源丰富、价格便宜、对环境无污染，而且结构稳定、安全性高、循环寿命长等特点，已成为国内外研究的热点。但是因为lifepo4材料本身电子和离子电导率低且存在与集流体的粘结不牢固等问题，其应用又受到了一定限制。涂碳铝箔具有较低的接触阻抗和较高的粘附性，将涂碳铝箔材料应用于lifepo4正极集流体中，可降低两者之间的电荷转移电阻，弱化电池内部极化，提高锂离子在材料中的扩散速率，进而提升电池的倍率性能和循环性能等。涂炭铝箔是在铝箔表面涂覆一层碳材料导电层，碳材料导电层处于正极活性物质与铝箔之间，起到过渡作用增加了铝箔与活性物质的充分接触，降低了正极材料与集流体的界面电阻。而导电浆料的配置是涂炭铝箔技术的关键。

2、中国专利cn106299380a揭示一种紫外光固化涂碳铝箔集流体及制备方法，该集流体使用的导电浆料由碳材料5～20％、紫外光固化树脂3～10％、光引发剂0.5～10％、溶剂65～90％和助剂0.03～1％构成，其中，紫外光固化树脂采用环氧改性丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、含碳碳双键的丙烯酸树脂中的一种或多种，溶剂为二甲苯、水、醇类、酮类、酯类中的一种或多种的组合。该专利采用丙烯酸树脂作为分散剂和固化剂，显著降低有机树脂的用量，增加碳材料将的接触，降低了电阻。然而该专利中的导电碳浆中含有大量的溶剂，需要加热辅助溶剂的挥发，能耗大。而且若是采用水为溶剂，容易造成铝箔的点蚀，对电池的安全性带来隐患。

3、中国专利cn116314835a揭示一种导热性能良好的涂碳铝箔，其采用的导电导热碳浆料包括碳材料5～15份、增强粒子5～8份、紫外光固化树脂3～5份、改性纤维素纳米晶3～5份、光引发剂0.5～1份、去离子水65～90份和助剂0.3～1份，其中，改性纤维素纳米晶是分子链通过化学键连接活性聚噻吩的纤维素纳米晶，引入的聚噻吩能一定程度上提高碳层的导电性。然而该专利中的导电导热碳浆料也含有大量溶剂，挥发需辅助80℃的热风，同样存在能耗大，铝箔点蚀的现象。此外聚噻吩的引入工艺复杂。

4、综上，现有的导电浆料仍然或多或少存在以下一些问题：

5、(1)溶剂用量大，大量的溶剂挥发需要加热或热风辅助，能耗大，溶剂挥发存在环保性问题；

6、(2)以水为分散介质，易造成铝箔的点蚀，对电池的安全性带来隐患；

7、(3)引入聚噻吩能一定程度上提高碳层的导电性，但工艺复杂；

8、(4)上述专利中均没有涉及碳层的粘接性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的环保型的紫外光固化的导电浆料，将其用于集流体上，具有低能耗、低阻抗，以及较高的粘接性等优异性能。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种紫外光固化的导电浆料，其包含导电组分，所述导电浆料还包含环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂、润湿剂和光引发剂，所述环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂、润湿剂和光引发剂的质量比为1:0.5-5:0.2-4：0.02-0.5:0.05-0.5；

4、所述环氧单体为3,4-环氧环己基甲基-3′,4′-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸酯中的一种或多种的组合；

5、所述噻吩组分的结构式为：其中，r1、r2独立选自为h、c1～c8的烷基，或者r1与r2连接并和与它们相连的碳一起形成环，所述环为5元环或6元环，所述环上还可选择地含有1个或2个氧原子；

6、以质量百分含量计，所述导电组分的用量占所述导电浆料总质量的20-50％。

7、在本发明一些优选方面，所述环氧单体、噻吩、活性稀释剂的质量比为1:0.8-3.5:0.5-3。

8、在本发明的一些实施方面，所述r1为h，r2为h、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、异丁基或己基；或者所述环为6元环，且所述环上含有2个相对设置的氧原子。优选地，所述噻吩组分为噻吩、3-己基噻吩、3，4-乙撑二氧噻吩中的一种或几种的组合。

9、在本发明的一些实施方式中，所述活性稀释剂为氧杂环丁烷类化合物。

10、在本发明的一些具体实施方式中，所述活性稀释剂为3-乙基-3-[(苄氧基)甲基]氧杂环丁烷、3，3′-(氧基双亚甲基)双(3-乙基)氧杂环丁烷、4，4′-羟甲基联苯聚合物氧杂环丁烷等氧杂环丁烷类中的一种或几种的组合。

11、在本发明的一些实施方式中，所述导电组分的用量占所述导电浆料总质量的20～40％。

12、在本发明的一些实施方式中，所述导电组分为炭黑、石墨烯、石墨、碳纳米管中的一种或多种的组合。

13、在本发明的一些实施方式中，所述润湿剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。所述润湿剂不仅能促进导电浆料润湿基材，提高粘接性能，还能参与紫外光固化反应，避免了润湿剂迁移出涂层表面而影响涂层性能。

14、在本发明的一些实施方式中，所述光引发剂为芳香重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、芳茂铁盐、茂钛类化合物中的至少一种。

15、本发明采取的第二种技术方案为：一种涂碳铝箔集流体，包括铝箔及形成在所述铝箔两侧面上的涂层，所述涂层采用上述所述的导电浆料制成。

16、在本发明的一些实施方式中，所述涂层是通过将所述导电浆料涂覆在所述铝箔上，在紫外光照射下固化而成。

17、进一步地，所述紫外光照射采用紫外波长为365～405nm，固化时间为30～120s。

18、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

19、本发明的导电浆料粘度低，整个体系中不含溶剂，100％有效成分，固化过程中无需热辅助，可在室温下照射紫外光固化，工艺简单，能耗低，环保性能好。此外，采用阳离子光引发聚合工艺使噻吩组分和环氧单体聚合，聚噻吩和环氧树脂之间形成互穿网络结构，二者之间相辅相成，一方面在成膜骨架树脂中引入聚噻吩，大大降低成膜骨架树脂本身的阻抗，另一方面成膜骨架树脂采用环氧树脂具有较好的粘接性能，优异的耐溶剂性和电化学稳定性。该导电浆料形成的涂层，整个成膜骨架协同导电组分，涂层内阻低，具有良好的导电率。

技术特征：

1.一种紫外光固化的导电浆料，其包含导电组分，其特征在于：所述导电浆料还包含环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂、润湿剂和光引发剂，所述环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂、润湿剂和光引发剂的质量比为1:0.5-5:0.2-4：0.02-0.5:0.05-0.5；

2.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂的质量比为1:0.8-3.5:0.5-3。

3.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述r1为h，r2为h、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、异丁基或己基；或者所述环为6元环，且所述环上含有2个相对设置的氧原子。

4.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述噻吩组分为噻吩、3-己基噻吩、3，4-乙撑二氧噻吩中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述活性稀释剂为氧杂环丁烷类化合物。

6.根据权利要求5所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述活性稀释剂为3-乙基-3-[(苄氧基)甲基]氧杂环丁烷、3，3′-(氧基双亚甲基)双(3-乙基)氧杂环丁烷、4，4′-羟甲基联苯聚合物氧杂环丁烷中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述导电组分占所述导电浆料的20-40％；和/或，所述导电组分为炭黑、石墨烯、石墨、碳纳米管中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的紫外光固化的导电浆料，其特征在于：所述润湿剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种；和/或，

9.一种涂碳铝箔集流体，包括铝箔及形成在所述铝箔两侧面上的涂层，其特征在于：所述涂层采用权利要求1～8中任一项所述的导电浆料制成。

10.根据权利要求9所述的涂碳铝箔集流体，其特征在于：所述涂层是通过将所述导电浆料涂覆在所述铝箔上，在紫外光照射下固化而成。

技术总结
本发明涉及一种紫外光固化的导电浆料和涂碳铝箔集流体，导电浆料包含导电组分、环氧单体、噻吩组分、活性稀释剂、润湿剂和光引发剂；环氧单体为3,4‑环氧环己基甲基‑3′,4′‑环氧环己基甲酸酯、双((3,4‑环氧环己基)甲基)己二酸酯、3,4‑环氧环己基甲基丙烯酸酯中的一种或多种的组合；以质量百分含量计，导电组分的用量占所述导电浆料总质量的20～50％。本发明的导电浆料粘度低，整个体系中不含溶剂，100％有效成分，固化过程中无需热辅助，可在室温下照射紫外光固化，工艺简单，能耗低，环保性能好。该导电浆料形成的涂层，整个成膜骨架树脂协同导电组分，涂层内阻低，具有良好的导电率。

技术研发人员：张晓辉,崔秀峰,夏耀韬,刘家祥,陈凯歌
受保护的技术使用者：江苏道赢科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15