CN106711453A

CN106711453A - 一种导电碳浆料、正极材料极片、锂离子电池

Info

Publication number: CN106711453A
Application number: CN201611234545.4A
Authority: CN
Inventors: 孔令涌; 尚伟丽; 李佳佳; 方东升; 陈玲震
Original assignee: SHENZHEN DYNANONIC CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN DYNANONIC CO Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明适用于电池技术领域，提供了一种导电碳浆料，包括以下组份：石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、稳定剂、溶剂、分散剂。本发明还提供了一种用上述浆料制成的正极材料极片和一种包含该正极材料极片的锂离子电池。与相关技术相比，本发明导电碳浆料导电性能好，能均匀包覆于正极材料表面，形成良好的导电网络。利用该导电碳浆料制备的正极材料极片组装成的锂离子电池，电化学性能优良，可以有效降低电池内阻。

Description

一种导电碳浆料、正极材料极片、锂离子电池

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种导电碳浆料、正极材料极片、锂离子电池。

背景技术

复合导电碳浆料作为锂离子电池中的重要导电添加剂，是锂离子电池正极材料极片的重要组成部分，往往要求其具有良好的导电性能，能够均匀的包覆于正极材料的表面，形成良好的导电网络。

相关技术中，中国专利CN1013384007A公开的一种碳纳米管/石墨烯复合负极材料及其制备方法、锂电池。该复合负极材料属于碳纳米管与石墨烯的复合，形成的导电网络属于线面交联，其不足在于，对导电性的改善效果有限。

因此，实有必要提供一种新的导电碳浆料、正极材料极片、锂离子电池解决上述技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种导电碳浆料，用该导电碳浆料制成的正极材料极片，和一种包含该正极材料极片的锂离子电池，旨在解决以现有导电碳浆料制得的正极材料极片及锂离子电池的导电性不足的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种导电碳浆料，所述导电碳浆料包含的组份及重量百分比为：

石墨烯 0.2-20％；

碳纳米管 0.2-15％；

导电炭黑 0.1-15％；

稳定剂 0-5％；

溶剂 45％-99.3％；

分散剂 0.2-10％。

本发明实施例是这样实现的，一种正极材料极片，所述正极材料极片包括导电添加剂、粘结剂和正极材料；所述导电添加剂为以上所述的导电碳浆料；所述导电添加剂的加入量为所述正极材料质量的0.2％～5％；所述粘接剂的加入量为所述正极材料质量的1％～5％。

本发明实施例是这样实现的，一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、隔膜、电解液、负极；其中，所述正极极片为上述的正极材料极片。

与相关技术相比，本发明创造性的添加了导电炭黑颗粒状导电碳，形成点线面三维导电网络，从而提高材料的导电性，利用纳米级颗粒的导电炭黑进行填充连接碳纳米管及石墨烯包覆不到的地方，可明显的提高材料的导电性能。本发明提供的导电碳浆料的制备方法所制备得到的导电碳浆料具有良好的导电性能，能够均匀的包覆于正极材料的表面，形成良好的导电网络。本发明提供的正极材料极片的制备方法在制备正极材料极片时，导电添加剂的添加量可以明显减少，可明显提高活性物质的含量，提高电池的容量。与现有导电碳添加相同的含量，其导电性明显提升，极片电阻率可降低30％以上。另外利用该导电碳浆料制备的正极材料极片组装成的锂离子电池，其电化学性能优良，可以有效的降低电池的内阻，提高循环等性能，从而明显改善电池的综合性能。

附图说明

图1是本发明导电碳浆料及正极极片的制备方法的流程图示意图；

图2是本发明实施例二中的导电碳浆料的原理示意图；

图3是本发明实施例一中的一种导电碳浆料的微观图；

图4是本发明正极材料极片的结构示意图。

图2中：1为导电炭黑，2为石墨烯，3为碳纳米管；

图4中：4为碳纳米管，5为石墨烯，6为正极活性物质，7为导电炭黑。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

一种导电碳浆料，参见图1，由以下方法和组份制备而成：

步骤一、分别对石墨烯、碳纳米管和科琴黑导电炭黑进行表面修饰，得到表面修饰的石墨烯、碳纳米管和导电炭黑；

步骤二、将20g的聚乙烯吡咯烷酮分散剂添加到事先准备好的850gNMP中进行预分散，使分散剂完全溶解，随后加入5g的偏聚氟乙烯稳定添加剂，使其完全溶解，最后在分散搅拌状态下加入质量分数为30g的碳纳米管进行预分散处理90min，完成碳纳米管分散液的制备；

步骤三、在搅拌状态下利用分散研磨机(转速2000r/min，研磨4h)对步骤二中制备好的碳纳米管分散液进行分散研磨处理，在研磨的过程中依次添加质量分数为70g的石墨烯和质量分数为25g的酸化官能团化后的科琴黑导电炭黑进行砂磨处理，使其细度控制在13～17um，完成导电碳浆料的制备；其中，所述导电碳浆料的粘度为5000mPa·s。

随后添加2％此浆料与磷酸铁锂混合制备正极浆料与传统导电碳黑SP及碳纳米管导电液的磷酸铁锂正极材料进行对比分析，并组装电池，其数据如下表表1：

表1(性能对比表)

图3是导电碳浆料的微观图。

实施例二

一种导电碳浆料，由以下方法和组份制备而成。本实施例为碳纳米管/石墨烯/导电炭黑(Super～P)复合导电液，参见图1，具体步骤如下：

利用硫酸/硝酸混酸将一定数量的碳纳米管、石墨烯、SP进行官能团化处理，去离子水清洗至pH＝7、烘干、破碎；

称量上述处理的碳纳米管60g、石墨烯5g、SP 5g于100℃烘箱中烘干；

称量10g聚乙烯醇在920g去离子水(亦可NMP)中分散均匀，随后加入60g碳纳米管粉体进行预分散处理10min～60min；

将预分散的碳纳米管分散液通入高速研磨设备中，控制温度在50℃、转速2000r/min，随后缓慢加入石墨烯及SP进行研磨处理；

待浆料粒度砂磨至D50<10μm时即可，所制备浆料粘度在500mPa.s，固含在8％左右。

参见图2，1为导电炭黑，2为石墨烯，3为碳纳米管。制备完成的导电碳浆料呈黑灰色，由其SEM图可知，碳纳米管与石墨烯相互桥接形成导电网络，颗粒状导电炭黑均匀的分散于二者表面。

一种正极材料极片，所述正极材料极片包括导电添加剂、粘结剂和正极材料；所述导电添加剂为以上所述的导电碳浆料；所述导电添加剂的加入量为所述正极材料质量的0.2％～5％；所述粘接剂的加入量为所述正极材料质量的1％～5％。

具体的，根据实施例二制备的导电碳浆料，采用磷酸铁锂正极材料(德方纳米)对其进行正极材料极片的制作及电化学性能测试(扣式电池)，其结果如表2所示：

表2(性能对比表)

正极材料极片的结构示意图如图4所示，4为碳纳米管，5为石墨烯，6为正极活性物质，7为导电炭黑。

实施例三

一种导电碳浆料，由以下方法和组份制备而成。本实施例为碳纳米管/石墨烯/导电炭黑(科琴黑+SP)复合导电液，参见附图1，具体步骤如下：

1)利用硫酸/磷酸混酸将一定数量的碳纳米管、石墨烯进行官能团化处理；

2)称量处理的碳纳米管70g、石墨烯10g、导电碳黑10g于100℃烘干；

3)称量10g聚乙烯吡咯烷酮在910g去离子水(亦可NMP)中分散均匀，随后加入60g碳纳米管粉体进行预分散处理10min～60min；

4)将预分散的碳纳米管分散液通入高速研磨设备中，控制温度在50℃、转速2000r/min，随后缓慢加入石墨烯及导电碳黑进行研磨处理；

5)待浆料粒度砂磨至D50<15μm时即可，所制备浆料粘度在2000mPa.s，固含在9％左右。

根据实施例三制备的导电碳浆料，采用磷酸铁锂正极材料(北大先行)对其进行正极材料极片的制作及电化学性能测试(扣式电池)，其结果如表3所示：

表3(性能对比表)

实施例四

一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、隔膜、电解液、负极；

其中，所述正极极片为实施例二至三任一实施例中所述的正极材料极片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导电碳浆料，其特征在于，所述导电碳浆料包含的组份及重量百分比为：

石墨烯 0.2-20％；

碳纳米管 0.2-15％；

导电炭黑 0.1-15％；

稳定剂 0-5％；

溶剂 45％-99.3％；

分散剂 0.2-10％。

2.如权利要求1所述的导电碳浆料，其特征在于，所述导电碳浆料包含的组份及重量百分比为：

石墨烯 3-10％；

碳纳米管 1-10％；

导电炭黑 0.5-6％；

稳定剂 1-3％

溶剂 45％-92.5％

分散剂 2-5％。

3.如权利要求2所述的导电碳浆料，其特征在于，所述导电碳浆料包含的组份及重量百分比为：

石墨烯 4-8％

碳纳米管 2-4％

导电炭黑 1-3％

溶剂 45％-90％。

4.如权利要求1-3任一项所述的导电碳浆料，其特征在于，所述导电炭黑为颗粒状导电碳；所述导电炭黑为SP、KS-6、科琴黑中的一种或多种的组合。

5.如权利要求4所述的导电碳浆料，其特征在于，

所述稳定剂为羧甲基纤维素类添加剂、聚偏氟乙烯(PVDF)、丙烯氢多元共聚物、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物中的一种或多种的组合；

所述溶剂为无水乙醇(C2H6O)、去离子水(H2O)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种；

所述分散剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通-100、聚乙烯醇中的一种或多种的组合。

6.如权利要求5所述的导电碳浆料，其特征在于，所述导电碳浆料由以下方法制得：

步骤一、将质量分数为0.2％～10％的分散剂添加到事先准备好的溶剂中进行预分散，使分散剂完全溶解，随后加入0％～5％的稳定添加剂，使其完全溶解，最后在分散搅拌状态下加入质量分数为0.2％～15％的碳纳米管进行预分散处理10～90min，完成碳纳米管分散液的制备；

步骤二、在搅拌状态下利用分散研磨机、高速剪切解离设备对步骤一中制备好的碳纳米管分散液进行分散研磨处理，在研磨的过程中依次添加质量分数为0.2％～20％的石墨烯和质量分数为0.1％～15％的导电炭黑进行砂磨处理，完成导电碳浆料的制备；

其中，所述导电碳浆料的粘度为50ppm～30000mPa·s；且所述导电碳浆料为点线面三维导电网络结构。

7.如权利要求6所述的导电碳浆料，其特征在于，

步骤一中的在分散搅拌状态下加入质量分数为0.2％～15％的碳纳米管进行预分散处理的时间为30min～90min；

步骤一中制备的碳纳米管分散液中的导电碳含量的重量百分比≤45％，制备的碳纳米管分散液中的分散剂和稳定剂总含量的重量百分比≤15％。

8.如权利要求6所述的导电碳浆料，其特征在于，

步骤二中研磨速率控制为200～2500rpm/min；

步骤二中研磨介质为直径为0.3～2mm的锆珠；

步骤二中研磨过程中控制浆料的温度不超过65℃。

9.如权利要求6所述的导电碳浆料，其特征在于，

在步骤一之前分别对所需石墨烯、碳纳米管和导电炭黑进行表面修饰。

10.一种正极材料极片，其特征在于，

所述正极材料极片包括导电添加剂、粘结剂和正极材料；

所述导电添加剂为权利要求1-9任一项所述的导电碳浆料；

所述导电添加剂的加入量为所述正极材料质量的0.2％～5％；

所述粘接剂的加入量为所述正极材料质量的1％～5％。

11.一种锂离子电池，其特征在于，

所述锂离子电池包括正极极片、隔膜、电解液、负极；

其中，所述正极极片为权利要求10所述的正极材料极片。