一、發(fā)明專利案件基本信息

專利號(hào)： CN201911069065.0：

專利名稱：一種二次電池集流體、導(dǎo)電漿料及其制備方法

專利申請(qǐng)日：2019.11.05

專利授權(quán)日：2020.07.24

專利申請(qǐng)人：廣州納諾新材料科技有限公司

二、發(fā)明專利申請(qǐng)文件信息

申請(qǐng)文件：31頁，1.638萬字，

授權(quán)權(quán)利要求：13，其中獨(dú)立權(quán)利要求：3

權(quán)項(xiàng)結(jié)構(gòu)：

 

三、發(fā)明內(nèi)容摘要：

本發(fā)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(dǎo)電漿料涂覆在金屬箔的至少一個(gè)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(jié)構(gòu)；所述涂層中單層碳納米管的長(zhǎng)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(qiáng)化固著、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高透光特性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種導(dǎo)電漿料，其特征在于，該導(dǎo)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(zhǎng)度不大于15um。本發(fā)明還公開了該集流體及導(dǎo)電漿料的制備方法。本發(fā)明通過減小涂層厚度及其內(nèi)部導(dǎo)電材料的三維立體分層結(jié)構(gòu)，以顯著提升集流體的整體性能。

 

四、發(fā)明摘要附圖：

五、獨(dú)立權(quán)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(dǎo)電漿料涂覆在金屬箔的至少一個(gè)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(jié)構(gòu)；所述涂層中單層碳納米管的長(zhǎng)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(qiáng)化固著、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高透光特性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述的長(zhǎng)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(zhǎng)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(wǎng)狀交織上層。

獨(dú)立權(quán)利要求2：

6.一種制備權(quán)利要求1～5之一所述二次電池集流體的導(dǎo)電漿料，其特征在于，該導(dǎo)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0.1～5wt％，25℃時(shí)粘度為200～1000mPa·s，pH為8～11；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(zhǎng)度不大于15μm；所述的磁性單層碳納米管呈長(zhǎng)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(zhǎng)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(wǎng)狀交織上層。

獨(dú)立權(quán)利要求3：

    10.一種權(quán)利要求1～5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(dǎo)電漿料，并設(shè)置涂布設(shè)備、超聲設(shè)備及交變磁場(chǎng)發(fā)生設(shè)備、烘干設(shè)備；

(2)將已分散的導(dǎo)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(shí)粘度為200～1000mPa·s、厚度為500～1000nm的液態(tài)膠體涂層；

(3)向該液態(tài)膠體涂層持續(xù)施加方向與金屬箔表面垂直的雙向交變電場(chǎng)，將涂層中長(zhǎng)度不大于300nm取向性單層碳納米管在該電場(chǎng)的雙向電泳作用下，其長(zhǎng)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(shí)，使其中的非取向單層碳納米管在長(zhǎng)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(wǎng)狀交織上層；

(4)烘干涂層，使溶劑及揮發(fā)分蒸發(fā)，涂層粘度快速增加，持續(xù)施加交變電場(chǎng)，該涂層中的單層碳納米管在電泳作用下其長(zhǎng)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(tài)并快速定型，直至涂層導(dǎo)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(jié)構(gòu)，即在金屬箔表面形成具有強(qiáng)化固著、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高透光特性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

七、本發(fā)明主要的有益效果：

（1）本發(fā)明功能涂層、導(dǎo)電漿料中采用的單層碳納米管是優(yōu)良導(dǎo)體，并且將給單層碳納米管作為單一導(dǎo)電物質(zhì)；該導(dǎo)電漿料涂布在集流體金屬箔上，可形成上、下兩層復(fù)合的高導(dǎo)電性三維網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)集流體的機(jī)械性能，改善涂層的固著力，增強(qiáng)集流體金屬箔基材與電池活性物質(zhì)的多次重復(fù)充放電時(shí)的持久性固著力。且本發(fā)明的功能涂層為可觀測(cè)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(nèi)部空間，還實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬箔表面95~100%的滿涂；本發(fā)明提供的設(shè)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(shí)不用再考慮邊緣對(duì)齊等工藝控制，可提高電池制造及性能的一致性；

（2）本發(fā)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(gè)具有高的強(qiáng)度、導(dǎo)電效率和良好柔性的連接層，保證在電池循環(huán)過程中金屬箔電極材料的整體完整性，并且保證在循環(huán)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(jī)排布的網(wǎng)狀交織上層，一方面使得熱量能夠沿橫向方向快速導(dǎo)出，防止在循環(huán)充放電過程中熱量的聚集，另一方面因?yàn)榫哂卸嗫椎奶匦允沟秒娊赓|(zhì)能夠進(jìn)入，可加速鋰離子的傳輸。對(duì)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(fā)揮出單根碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電率和快速的鋰離子遷移率。因此，本發(fā)明提供的集流體材料具有高容量、良好倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該制備過程容易控制，可以對(duì)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(diào)節(jié)（采用不同長(zhǎng)度的磁性碳納米管即可調(diào)節(jié)垂直碳納米管陣列的高度）。

（3）本發(fā)明提供的集流體功能涂層厚度不大于500納米、極薄，僅為現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合導(dǎo)電材料涂層的20%左右，因此節(jié)約了電池體積空間，同時(shí)大幅增強(qiáng)了正/負(fù)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(dāng)降低電池正/負(fù)極漿料中粘結(jié)劑的比例，進(jìn)一步降低內(nèi)阻，有利于電池能量密度的提升。采用本發(fā)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(nèi)阻降低42.5%以上。

八、本案專利代理師經(jīng)驗(yàn)分享：

   新能源二次電池以鋰離子電池等為代表，由于本身優(yōu)異的綜合性能，不管是在3C消費(fèi)領(lǐng)域，還是新能源動(dòng)力電池和的大型儲(chǔ)能電池方面，一直都占據(jù)重要地位，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，技術(shù)更新迭代越來越快，一個(gè)項(xiàng)目中所產(chǎn)生的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)往往較多。

   本專利涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括電化學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及工藝，對(duì)專利代理師的綜合能力、經(jīng)驗(yàn)要求較高，同時(shí)，要求專利代理師必須與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深度溝通，對(duì)專利技術(shù)進(jìn)行深入挖掘，才能完整、準(zhǔn)確的找到核心發(fā)明點(diǎn)，并將技術(shù)完整呈現(xiàn)出來，使技術(shù)創(chuàng)新方案能夠得到較為深入和完善的法律保護(hù)。

   本專利是專利代理師與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)反復(fù)溝通十余次、反復(fù)撰寫修改了五稿、歷時(shí)一個(gè)多月才最終定稿。因此，每一件優(yōu)秀的高質(zhì)量發(fā)明專利，都是發(fā)明人和代理師團(tuán)結(jié)合作、艱苦勞動(dòng)的結(jié)晶。