本发明涉及电池，具体是一种涂碳铝箔及其制备方法。
背景技术：
1、随着新能源汽车领域的发展，行业内企业对动力汽车电池的要求越来越高。锂电池因其高循环性能，高安全性和无污染性等优点得到广泛的应用。锂电池是依靠锂离子在正极和负极之间的移动来实现充放电过程的一种可循环利用电池。锂电池的正极集流体基材是铝箔，但是使用铝箔存在与正极活性物质间粘结力不足和接触电阻高等问题。针对传统正极集流体存在的一些问题，在铝箔表面均匀涂覆一层导电浆料制成涂碳铝箔可以得到解决。涂碳铝箔具有可显著提高电池组的一致性，提高活性材料与集流体的粘接附着力及保护集流体以延长电池使用寿命等优点。涂碳铝箔作为一种新型复合材料，在现代社会中展现出了其独特的价值。涂碳铝箔的优异性能为现代电池行业带来了革命性的变革。涂碳铝箔极佳的静态导电性能大幅降低了电池内阻，提高了电池组的使用一致性和压差一致性，从而显著延长了电池的使用寿命。此外，涂碳铝箔还能有效提高活性材料和集流体的粘接附着力，进一步降低了电池的制造成本。但是，涂碳铝箔所使用的导电浆料通常是以导电碳为主的复合型浆料。传统的导电浆料往往呈现强酸性，其与正极活性物质间的粘附性已不满足现用集流体的要求，且因其组分内离子含量低，导致其导电性能无法满足现用日益发展的电池工艺要求。因此，开发一种粘结性能更加优良的锂电池电极材料涂碳铝箔迫在眉睫。
2、为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种涂碳铝箔及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种涂碳铝箔及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种涂碳铝箔的制备方法，包括以下步骤：将1/2去离子水和润湿剂混合，于20rpm/min搅拌10-15min；再添加粘结剂，于20rpm/min搅拌10-15min；再添加1/2导电剂，搅拌20-30min；再添加剩余1/2导电剂，搅拌30-60min；再加入添加剂，搅拌60-90min；再添加补锂添加剂，搅拌60-70min；再加入1/2去离子水并混合均匀，经研磨得到导电浆料；将导电浆料均匀涂覆至铝箔表面，在65-90℃温度下烘干，即得到涂碳铝箔。
4、较为优化地，添加导电剂、添加剂、补锂添加剂时，搅拌参数为：在双行星搅拌罐为25-35rpm/min、高速分散器为2000-2400rpm/min的条件下进行搅拌。
5、较为优化地，粘结剂为丙烯酸酯类、聚丙烯酸、改性聚丙烯酸或丁苯乳胶类、聚氨酯类、聚偏氟乙烯类中的任意一种或多种；所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的任意一种或多种；所述润湿剂为异丙醇、乙二醇、环戊烷、乙酸丁酯、二乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的任意一种或多种；所述添加剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种或多种；所述补锂添加剂为li2o:li2/3mn1/3o5/6；导电浆料各组分含量为：以质量分数计，5-15％粘结剂、5-15％导电剂、0.02-0.05％润湿剂、1-5％添加剂、8-10％补锂添加剂，余量为溶剂。
6、较为优化地，所述补锂添加剂的制备步骤为：选择锂源和锰源作为前驱体，将前驱体溶解于溶剂中，再添加螯合剂并均匀混合，得到混合液；将混合液进行自然蒸发，得到凝胶；将凝胶于80-90℃老化、自然干燥、500-800℃煅烧、研磨、筛分，得到补锂添加剂li2o:li2/3mn1/3o5/6。
7、较为优化地，所述锂源为醋酸锂、所述锰源为醋酸锰、所述溶剂为去离子水或有机溶剂、所述螯合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸；锂源、锰源、溶剂和螯合剂的反应质量比为(1.0-1.2)：8：12：29。
8、较为优化地，一种改性聚丙烯酸粘结剂具体制备步骤为：步骤一：将丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、光引发剂和n,n-二甲基甲酰胺混合，再经超声分散15-25min、通氮气5-10min、紫外光照射40-60min，得到产物；将产物经稀释、均匀搅拌、沉淀、除溶剂、真空干燥，得到粘结剂；
9、步骤二：将海藻酸钠、纳米碳酸钙溶解于去离子水中，得到水相；将乳化剂添加至液体石蜡中，充分搅拌2-3h，得到油相；将水相逐滴添加至油相中，搅拌乳化20-30min，再滴加醋酸溶液并继续搅拌5-7h，反应结束后经洗涤、真空干燥，得到海藻酸钠微球；
10、步骤三：将粘结剂和海藻酸钠微球添加至去离子水中，于80-85℃搅拌20-30min、超声30-40min，得到改性聚丙烯酸粘结剂。
11、较为优化地，步骤一中，丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的反应摩尔比为10：(5-7)：4：3；光引发剂为光引发剂819，用量占比为1-2wt％。
12、较为优化地，步骤二中，水相各组分含量为：以质量份数计，2-3份海藻酸钠、0.35-0.40份纳米碳酸钙、100-110份去离子水；制备油相时，乳化剂和液体石蜡的体积比为2：(95-100)；水相和油相的反应体积比为1：(18-20)；所述乳化剂为乳化剂span-80；所述醋酸溶液为10-15wt％。
13、较为优化地，步骤三中，粘结剂和海藻酸钠微球的反应质量比为1：(6-8)。
14、所述涂碳铝箔制备的正极极片，包括以下步骤：将磷酸铁锂作为活性材料，将导电石墨和导电碳纳米管作为导电剂，将聚偏二氟乙烯作为粘结剂，将异戊烯醇聚氧乙烯醚作为添加剂；将活性材料、导电石墨、导电碳纳米管、粘结剂和添加剂按照质量比为96.8：0.5：0.5：2.0：0.2的比例混合均匀后，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆至涂碳铝箔上，再以2.5-3.0g/cc的压实密度进行辊压，得到正极极片。
15、本发明的有益效果：
16、本发明的特点在于，一种改性聚丙烯酸粘结剂具体制备方法中，步骤一通过添加丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、光引发剂和n,n-二甲基甲酰胺，得到粘结剂。一方面，丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸均可以在光引发剂和紫外光照的条件下发生聚合反应，得到粘结剂；其中n,n'-乙烯基双丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸还含有一定量的阻燃元素氮，因此可以得到具有阻燃性能的粘结剂；此外，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中存在的磺酸基团可以促进锂离子传输，从而得到离子导电性良好的粘结剂。另一方面，步骤一中通过设置丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的反应摩尔比为10：(5-7)：4：3，进而添加较多用量的2,3-二羟基丙烯酸丙酯，因此制备粘结剂时2,3-二羟基丙烯酸丙酯中未参与聚合反应的羟基可以和步骤二中的海藻酸钠微球发生交联酯化反应，得到改性聚丙烯酸粘结剂。
17、本发明的特点在于，步骤二和步骤三中，通过添加海藻酸钠、纳米碳酸钙、去离子水、乳化剂、液体石蜡、醋酸溶液，得到海藻酸钠微球。海藻酸钠是一种生物聚合物，溶于水具有较强的粘性，因此将其添加至粘结剂中可以和电极材料之间形成大量的氢键，促进粘附性能；此外，由于海藻酸钠具有丰富的羧基，因此步骤二制备得到的海藻酸钠微球可以和步骤一制备得到的粘结剂发生交联酯化反应，得到改性聚丙烯酸粘结剂。
18、本发明的特点在于，最后以去离子水、润湿剂、改性聚丙烯酸粘结剂、添加剂、补锂添加剂为原料，制备得到导电浆料，将导电浆料均匀涂覆至铝箔表面，烘干得到涂碳铝箔；本发明解决了正极片辊压后剥离强度低的问题；本发明得到的涂碳层导电效果好；本发明生产成本低、维修成本低，有利于推广使用；本发明将补锂剂填充到涂碳材料的孔隙中，不占用极片的有效空间，不会引起电芯厚度的增加，可以实现电芯能量密度的有效提升；本发明制备得到的涂碳铝箔具有很好的粘结性，同时其与锂电池正极活性物质之间具有优异的粘附性。
1.一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将1/2去离子水和润湿剂混合，于20rpm/min搅拌10-15min；再添加粘结剂，于20rpm/min搅拌10-15min；再添加1/2导电剂，搅拌20-30min；再添加剩余1/2导电剂，搅拌30-60min；再加入添加剂，搅拌60-90min；再添加补锂添加剂，搅拌60-70min；再加入1/2去离子水并混合均匀，经研磨得到导电浆料；将导电浆料均匀涂覆至铝箔表面，在65-90℃温度下烘干，即得到涂碳铝箔。
2.根据权利要求1所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：添加导电剂、添加剂、补锂添加剂时，搅拌参数为：在双行星搅拌罐为25-35rpm/min、高速分散器为2000-2400rpm/min的条件下进行搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为丙烯酸酯类、聚丙烯酸、改性聚丙烯酸或丁苯乳胶类、聚氨酯类、聚偏氟乙烯类中的任意一种或多种；所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的任意一种或多种；所述润湿剂为异丙醇、乙二醇、环戊烷、乙酸丁酯、二乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的任意一种或多种；所述添加剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种或多种；所述补锂添加剂为li2o:li2/3mn1/3o5/6；导电浆料各组分含量为：以质量分数计，5-15％粘结剂、5-15％导电剂、0.02-0.05％润湿剂、1-5％添加剂、8-10％补锂添加剂，余量为溶剂。
4.根据权利要求3所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：所述补锂添加剂的制备步骤为：选择锂源和锰源作为前驱体，将前驱体溶解于溶剂中，再添加螯合剂并均匀混合，得到混合液；将混合液进行自然蒸发，得到凝胶；将凝胶于80-90℃老化、自然干燥、500-800℃煅烧、研磨、筛分，得到补锂添加剂li2o:li2/3mn1/3o5/6。
5.根据权利要求4所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：所述锂源为醋酸锂、所述锰源为醋酸锰、所述溶剂为去离子水或有机溶剂、所述螯合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸；锂源、锰源、溶剂和螯合剂的反应质量比为(1.0-1.2)：8：12：29。
6.根据权利要求3所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：一种改性聚丙烯酸粘结剂具体制备步骤为：步骤一：将丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、光引发剂和n,n-二甲基甲酰胺混合，再经超声分散15-25min、通氮气5-10min、紫外光照射40-60min，得到产物；将产物经稀释、均匀搅拌、沉淀、除溶剂、真空干燥，得到粘结剂；
7.根据权利要求6所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：步骤一中，丙烯酸、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、n,n'-乙烯基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的反应摩尔比为10：(5-7)：4：3；光引发剂为光引发剂819，用量占比为1-2wt％。
8.根据权利要求6所述的一种涂碳铝箔的制备方法，其特征在于：步骤二和步骤三中，水相各组分含量为：以质量份数计，2-3份海藻酸钠、0.35-0.40份纳米碳酸钙、100-110份去离子水；制备油相时，乳化剂和液体石蜡的体积比为2：(95-100)；水相和油相的反应体积比为1：(18-20)；所述乳化剂为乳化剂span-80；所述醋酸溶液为10-15wt％；粘结剂和海藻酸钠微球的反应质量比为1：(6-8)。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述制备方法制备的涂碳铝箔。
10.一种基于权利要求9所述涂碳铝箔制备的正极极片，其特征在于：包括以下步骤：将磷酸铁锂作为活性材料，将导电石墨和导电碳纳米管作为导电剂，将聚偏二氟乙烯作为粘结剂，将异戊烯醇聚氧乙烯醚作为添加剂；将活性材料、导电石墨、导电碳纳米管、粘结剂和添加剂按照质量比为96.8：0.5：0.5：2.0：0.2的比例混合均匀后，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆至涂碳铝箔上，再以2.5-3.0g/cc的压实密度进行辊压，得到正极极片。
