一种降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体及其制备方法与应用与流程

本技术属于电池制造，涉及一种涂炭集流体，尤其涉及一种降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车与便携式电子设备的快速发展，高能量密度、高功率密度的锂离子电池成为储能领域的研究热点。集流体作为锂离子电池的重要组成部分，承担着汇集电极活性物质产生的电流并向外输出的作用，其导电性能与界面结合状态直接影响电池的内阻、倍率性能及循环寿命。

2、为降低集流体与活性物质层之间的接触电阻，行业内普遍采用在铝箔或铜箔表面涂布导电碳涂层的技术方案，即涂炭集流体。涂炭层能够增大集流体与活性物质的接触面积，降低界面阻抗，同时提升极片的导电性与一致性。然而，在涂炭集流体的实际生产过程中，水性碳浆料在金属箔材表面的涂布质量一直是制约产品良率与性能的关键因素。

3、由于水性体系表面张力较高，而金属箔材表面能存在差异，水性碳浆料在涂布过程中常出现润湿性不足的问题，导致涂布后膜面产生白点、灰点、缩孔及漏涂等缺陷。这些缺陷不仅直接降低产品外观良率，更会引发一系列电化学与安全隐患：其一，缺陷处集流体局部裸露，在充放电过程中易成为电流集中点和锂枝晶优先生长位点，增加内短路风险；其二，膜面缺陷破坏了导电涂层网络的连续性，导致面内电阻分布不均，损害电池的倍率性能与批次一致性；其三，缺陷边缘易成为应力集中区域，在循环过程中加速涂层剥落，影响电池的长期循环稳定性。

4、针对上述润湿性问题，现有技术通常采用添加小分子润湿剂的方式进行改善，如异丙醇、乙醇类醇类助剂或低分子量表面活性剂。这类小分子润湿剂虽能在一定程度上降低浆料表面张力、改善涂布铺展性，但其功能仅限于浆料制备与涂布阶段，在后续干燥过程中大部分会随溶剂挥发或向涂层表面迁移，无法对最终涂层的导电性与界面附着力产生实质贡献。部分残留的小分子还容易破坏粘结剂的交联网络，影响涂层的机械性能与附着力。

5、此外，为进一步提升涂炭层的导电性能，现有技术通常增加导电碳材料用量或引入高价纳米导电材料。然而，单纯增加导电剂用量存在明显的边际效应，当导电剂含量达到一定阈值后，导电性能提升趋于平缓，且过量的导电剂必然挤占粘结剂的比例，导致涂层柔韧性下降、脆性增加以及与基材附着力下降。而引入碳纳米管、石墨烯等特种纳米导电材料虽能有效提升导电性，但此类材料成本高昂且在水性体系中分散困难，需额外添加分散剂或进行复杂的表面改性，进一步增加了工艺复杂度与生产成本，且分散不均反而会引入新的膜面缺陷。

6、综上，现有涂炭集流体技术中，浆料润湿改善与涂层导电增强属于两个相互独立的技术方向，分别依赖不同类型的添加剂实现，二者之间缺乏协同甚至存在相互制约：润湿剂仅改善涂布过程的铺展性而对最终导电性无贡献，导电增强则依赖增加导电剂用量或引入昂贵纳米材料，难以在保障膜面质量的同时实现导电性能的提升。

7、由此可见，如何提供一种同步解决膜面缺陷与导电网络优化问题的新型涂炭集流体，提升锂离子电池的生产良率与电化学性能，已然成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体及其制备方法与应用，通过单一添加剂同步实现浆料润湿改善与涂层导电增强，减少膜面缺陷并提升导电性能。

2、为达到此发明目的，本技术采用以下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体，包括集流体基材和形成于所述集流体基材至少一侧表面的导电涂层，所述导电涂层的制备原料至少包括可碳化聚电解质润湿剂。

4、其中，所述可碳化聚电解质润湿剂为聚乙烯亚胺-聚乙二醇-苯磺酸盐接枝共聚物。

5、本技术通过在涂炭集流体的导电涂层中引入可碳化聚电解质润湿剂，利用其分子结构中的不同功能链段在工艺不同阶段发挥作用：涂布阶段由聚乙二醇链段提供润湿铺展功能，减少膜面缺陷；热处理阶段由苯磺酸盐基团与聚乙烯亚胺主链原位碳化形成导电碳桥，增强涂层导电网络，从而采用单一添加剂兼顾浆料润湿改善与涂层导电增强，实现涂炭集流体在加工良率和电化学性能上的双重飞跃。

6、和/或，所述可碳化聚电解质润湿剂以水溶液的形式添加至浆料中，且所述水溶液的固含量为5wt%~10wt%，所述水溶液的添加量为浆料总质量的5%~20%。

7、和/或，所述导电涂层的制备原料还包括导电剂、粘结剂和ph调节剂。

8、和/或，所述导电剂包括炭黑和/或石墨。

9、和/或，以导电涂层的干重为计算基准，所述导电剂的添加量为50wt%~60wt%。

10、和/或，所述粘结剂包括聚丙烯酸、水性丙烯酸酯共聚物、羧甲基纤维素或丁苯橡胶中的至少一种，粘度为800mpa·s~3500mpa·s。

11、和/或，以导电涂层的干重为计算基准，所述粘结剂的添加量为40wt%~50wt%。

12、和/或，所述ph调节剂包括氢氧化钠和/或碳酸钠。

13、和/或，所述集流体基材包括铝箔、铜箔、镍箔或钛箔中的任意一种。

14、和/或，所述导电涂层的单面厚度为0.5μm~3μm。

15、第二方面，本技术提供一种如第一方面所述高导电涂炭集流体的制备方法，至少包括：向基础浆料中添加可碳化聚电解质润湿剂，经搅拌和均质处理后，将所得浆料涂布于集流体基材的至少一侧表面，经干燥和热处理后即得所述高导电涂炭集流体。

16、本技术提供的制备方法采用分步分散工艺，先制备稳定的基础浆料，再引入双功能润湿剂，避免润湿剂对其他物料分散过程的干扰；后续的热处理步骤促使润湿剂中的芳香结构与高分子主链发生原位碳化，在导电颗粒间形成碳桥连接，从本质上优化了导电网络的拓扑结构和电子传输效率。

17、和/或，所述基础浆料的制备方法包括：先混合粘结剂和去离子水，之后分步加入导电剂，调节ph值后得到基础浆料。

18、和/或，所述导电剂分两步加入，每步加入后均以2000rpm~2600rpm的转速进行分散，且第一步分散的时间为25min~35min，第二步分散的时间为55min~65min。

19、和/或，所述基础浆料的目标ph值为5~7。

20、和/或，所述可碳化聚电解质润湿剂以水溶液的形式进行添加，包括：先将可碳化聚电解质润湿剂预分散于去离子水中形成润湿剂溶液，之后将所得润湿剂溶液加入基础浆料。

21、和/或，所述预分散的转速为1200rpm~1400rpm，时间为25min~35min。

22、和/或，所述搅拌的转速为10rpm~15rpm，时间为30min~45min。

23、和/或，所述均质处理的压力为250bar~350bar，均质次数为1~3次。

24、和/或，所述干燥的温度为100℃~140℃。

25、和/或，所述热处理的温度为180℃~250℃，时间为8h~16h。

26、第三方面，本技术提供一种电池极片，至少含有如第一方面所述降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体。

27、和/或，所述高导电涂炭集流体的穿透电阻≤10mω·cm2。

28、和/或，所述高导电涂炭集流体的膜面缺陷数量≤20个/m2。

29、第四方面，本技术提供一种电池装置，至少含有如第一方面所述降低膜面缺陷的高导电涂炭集流体，或者如第三方面所述电池极片。

30、相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：

31、（1）本技术采用可碳化聚电解质润湿剂作为双功能添加剂，在浆料涂布阶段通过聚乙二醇链段降低表面张力，显著改善水性碳浆料在集流体基材表面的铺展性，有效消除白点、缩孔等膜面缺陷，提升产品良率；在后续热处理阶段，润湿剂分子中的苯磺酸盐基团与聚乙烯亚胺主链发生原位碳化，在相邻导电碳颗粒之间形成导电碳桥，从本质上优化导电网络结构，降低涂层接触电阻，实现一剂双效的技术效果，突破了传统添加剂功能单一的局限。

32、（2）本技术通过聚乙烯亚胺主链上的阳离子胺基与带负电的炭黑表面产生静电吸附与锚固作用，在浆料阶段即促进导电剂的均匀分散，打破炭黑团聚体，为构建优质导电网络奠定基础；原位碳化形成的碳桥将相邻导电颗粒牢固桥接，填平颗粒间的绝缘空隙，其导电增强效果远优于单纯物理共混更多导电剂，且不会损害涂层的机械性能与附着力。

33、（3）本技术提供的制备方法工艺兼容性好，双功能润湿剂为水溶性材料，可直接融入现有水性涂炭浆料的制备流程，无需新增复杂设备或改变现有工艺主线，便于工业化推广应用。