CN102709523A

CN102709523A - 碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺

Info

Publication number: CN102709523A
Application number: CN2012101943371A
Authority: CN
Inventors: 金旭东; 罗朝晖
Original assignee: HUNAN FENGYUAN YESHINE-KINGCO NEW ENERGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN FENGYUAN YESHINE-KINGCO NEW ENERGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-10-03

Abstract

碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，包括下述步骤：首先取溶剂、导电剂、分散剂混合搅拌后，加入磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝，混合搅拌均匀，得到预混锂离子电池导电液后置于由搅拌罐与高速分散机组成的内循环系统中进行循环搅拌分散，得到均匀锂离子电池导电液；向其中加入粘接剂，混合搅拌均匀，得到锂离子电池导电胶。本发明通过控制磷酸亚铁锂、钛酸锂和三氧化二铝的粒度分布范围，在搅拌、分散过程中产生球磨效应，有效提高碳纳米管分散的均匀性。特别是采用内循环系统进行循环搅拌分散，可防止在搅拌罐内产生循环死角，进一步提高碳纳米管分散效果。本发明工艺简单、操作方便、在锂离子电池浆料配制过程中碳纳米管分散均匀、浆料粘度长时间稳定、再现性良好。适于工业化应用。

Description

碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺

技术领域：

本发明公开了碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺。属于锂离子电池制备技术领域。

背景技术：

锂离子电池具有高比能量、无记忆效应等优点，近年来又作为新能源得到人们的青睐，从而发展飞速，随着技术的成熟，人们对锂离子电池的要求也越来越高。随着研究的进步，CNT（碳纳米管）作为导电剂的出现给锂离子电池综合性能的提升带来了巨大的发展潜力。在锂离子电池制做过程中其浆料制作是其中相当重要的一个环节，而现有技术对CNT（碳纳米管）在浆料的分散中存在缺陷，从而限制了CNT（碳纳米管）优越性能的发挥。现常规的配料方法是将活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂、溶剂以及其他添加剂通过干混、制胶和湿混几个步骤，用搅拌机进行很长时间的搅拌，制成混合浆料。此方法的缺点是：搅拌机的搅拌速度不超过50转/分钟，因速度过慢无法使CNT（碳纳米管）分散良好，CNT（碳纳米管）易产生团聚现象，从而导致浆料分层、沉降等，导致涂布面密度参差不齐或更甚至无法涂布，最终导致电池容量偏低、分布不均匀，内阻偏高、一致性差等，影响生产品质，导致生产浪费。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、在锂离子电池浆料配制过程中碳纳米管分散均匀、浆料粘度长时间稳定、再现性良好的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，包括下述步骤：

第一步：预混

按质量配比，先取溶剂、导电剂、分散剂混合搅拌，使固态物质充分湿润，然后，加入磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝，混合搅拌均匀，得到预混锂离子电池导电液；

第二步：循环搅拌分散

将第一步所得的预混锂离子电池导电液置于由搅拌罐与高速分散机组成的内循环系统中进行循环搅拌分散，得到均匀锂离子电池导电液；

第三步：制备锂离子电池导电胶

向第二步所得均匀锂离子电池导电液中加入粘接剂，混合搅拌均匀，得到锂离子电池导电胶。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述溶剂为氮甲基吡咯烷酮。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述导电剂为碳纳米管，直径0.5~3nm，长径比为90-110的碳纳米管。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述分散剂由锂离子电池用超分散剂与聚乙烯吡咯烷酮组成，两者的质量比为1：8~8：1，所述锂离子电池用超分散剂为英国禾大公司生产，型号为KD-1。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述粘接剂为聚偏氟乙烯。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述磷酸亚铁锂粒度D50为0.4~0.8um，钛酸锂粒度D50为0.9~2um，三氧化二铝粒度D50为2~20um，其粒型特征相对于碳纳米管，可充当球磨剂，在搅拌、分散过程中均可产生球磨效应。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝、溶剂的质量配比为：1.5~3：0.2~1.6：2~5：0.5~2：0.5~2：95~150，优选为2：0.6：3：1：1：125。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述粘接剂的添加量占所述均匀锂离子电池导电液质量的2.92~3.54%。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，所述搅拌罐与高速分散机组成的内循环系统是将高速分散机的入口和出口分别与搅拌罐的出口和入口相连；搅拌罐以公转的形式进行搅拌，公转的频率为15~20Hz，高速分散机的线速度为50~65m/s，循环搅拌分散时间为60-90min。

本发明碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺中，第一步、第三步所述的混合搅拌采用搅拌机进行，公转频率为：15-30Hz，自转频率为：20-45Hz；第一步中的的混合搅拌时间为30~60min；第三步中的混合搅拌时间为60~90min。

本发明由于采用上述技术方案，利用预混将溶剂、导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂和三氧化二铝制成充分湿润的预混锂离子电池导电液；

然后，由内循环系统连接的搅拌罐与高速分散机对预混锂离子电池导电液进行循环搅拌分散，即预混锂离子电池导电液通过搅拌罐进行搅拌，搅拌罐的出口与高速分散机入口连接，搅拌时预混锂离子电池导电液从搅拌罐底部的出口流出，进入高速分散机分散，高速分散机出口与搅拌罐顶部的入口连接，分散后的预混锂离子电池导电液从高速分散机出口流出，返回至搅拌罐内，如此循环，持续进行动态循环，使碳纳米管在预混锂离子电池导电液中充分分散均匀，制成锂离子电池导电液。本发明通过控制磷酸亚铁锂、钛酸锂和三氧化二铝的粒度分布范围，其粒型特征相对于碳纳米管而言，可充当球磨剂，在搅拌、分散过程中均可产生球磨效应，有效提高搅拌、分散效果，进而提高碳纳米管在预混锂离子电池导电液以及均匀锂离子电池导电液中分散的均匀性。

与现有技术相比，具有以下优点：

（1）分散机的线速度采用50~65m/s，优选55m/s，较为适合于CNT（碳纳米管）的分散。

（2）在循环分散过程中，搅拌和分散同时进行，浆料从搅拌桶底部进入分散机的同时，分散机内的浆料也在进入搅拌桶内，搅拌罐进行15~20Hz的公转，可使预混锂离子电池导电液进行动态的循环搅拌，防止在搅拌罐内产生循环死角，而导致预混锂离子电池导电液中的碳纳米管未能充分分散。

（3）通过控制磷酸亚铁锂、钛酸锂和三氧化二铝的粒度分布范围，其粒型特征，可充当球磨剂，在搅拌、分散过程中均可产生球磨效应，一方面，有效促进碳纳米管分散；同时，由于磷酸亚铁锂、钛酸锂本身具有容量，进一步提高电池的最终容量发挥。

（4）本发明制成的导电胶中碳纳米管分散均匀。

（5）本发明制成的导电胶，导电性能均一，整体导电性能优越。

附图说明

附图1为本发明实施例1制备的锂离子电池导电胶涂覆在铝箔上的电镜扫描照片。

附图2为本发明实施例2制备的锂离子电池导电胶涂覆在铝箔上的电镜扫描照片。

附图3为本发明实施例3制备的锂离子电池导电胶涂覆在铝箔上的电镜扫描照片。

附图4为本对比例制备的锂离子电池导电胶涂覆在铝箔上的电镜扫描照片。

从附图1、2、3中可以看出：实施例1、2、3制备的锂离子电池导电胶中碳纳米管分散均匀。

附图4可以看出，对比例制备的锂离子电池导电胶中碳纳米管分散效果不佳，有团聚现象。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并不是限制本发明。

实施例1

采用CNT（碳纳米管）为导电剂，质量比为1：8的KD-1（锂离子电池用超分散剂，从英国禾大公司可以获得）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为分散剂，PVDF（聚偏氟乙烯）为粘结剂，NMP（氮甲基吡咯烷酮）为溶剂，同时添加D50为0.4~0.8um的LiFePO₄（磷酸亚铁锂）、D50为0.9~2um的Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）和D50为2~20um的Al₂O₃（三氧化二铝），其中导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝、溶剂的质量配比为：1.5：0.2：2：0.5：0.5：95；配制成导电胶。

导电胶配制过程如下：

（1）按照常规方法将导电剂、分散剂和溶剂混合搅拌，使其充分湿润；然后，加入磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝，按现有技术混合搅拌30min制成预混锂离子电池导电液；

（2）按照本发明的方法，预混锂离子电池导电液在搅拌罐与高速分散机之间循环往复地搅拌分散60min；高速分散机的线速度为50m/s，搅拌罐公转的频率为20Hz，得到均匀锂离子电池导电液。

（3）向均匀锂离子电池导电液中加入占其质量2.92%的粘结剂，按现有技术混合搅拌60min制成导电胶。

将制得的导电胶涂覆在铝箔上，用扫描电子显微镜进行观察，可观察到CNT分散均匀，电镜照片见图1，同时用电导率仪测试涂层铝箔中标定的6个位置的电阻，导电性能优良，导电性均一，测试结果见表1。

实施例2

采用CNT（碳纳米管）为导电剂，质量比为1：1的KD-1（锂离子电池用超分散剂，从英国禾大公司可以获得）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为分散剂，PVDF（聚偏氟乙烯）为粘结剂，NMP（氮甲基吡咯烷酮）为溶剂，同时添加D50为0.4~0.8um的LiFePO₄（磷酸亚铁锂）、D50为0.9~2um的Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）和D50为2~20um的Al₂O₃（三氧化二铝），其中导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝、溶剂的质量配比为2：0.6：3：1：1：125，配制成导电胶。

导电胶配制过程如下：

（1）按照常规方法将导电剂、分散剂和溶剂混合搅拌，使其充分湿润；然后，加入磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝，按现有技术混合搅拌50min制成预混锂离子电池导电液；

（2）按照本发明的方法，预混锂离子电池导电液在搅拌罐与高速分散机之间循环往复地搅拌分散80min；高速分散机的线速度为55m/s，搅拌罐公转的频率为20Hz，得到均匀锂离子电池导电液。

（3）向均匀锂离子电池导电液中加入占其质量2.93%的粘结剂，按现有技术混合搅拌80min制成导电胶。

将制得的导电胶涂覆在铝箔上，用扫描电子显微镜进行观察，可观察到CNT分散均匀，电镜照片见图2，同时用电导率仪测试涂层铝箔中标定的6个位置的电阻，导电性能优良，导电性均一，测试结果见表1。

实施例3

采用CNT（碳纳米管）为导电剂，质量比为8：1的KD-1（锂离子电池用超分散剂，从英国禾大公司可以获得）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为分散剂，PVDF（聚偏氟乙烯）为粘结剂，NMP（氮甲基吡咯烷酮）为溶剂，同时添加D50为0.4~0.8um的LiFePO₄（磷酸亚铁锂）、D50为0.9~2um的Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）和D50为2~20um的Al₂O₃（三氧化二铝），其中导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝、溶剂的质量配比为3：1.6：5：2：2：150，粘接剂的添加量占导电胶质量的3.53%，配制成导电胶。

导电胶配制过程如下：

（1）按照常规方法将导电剂、分散剂和溶剂混合搅拌，使其充分湿润；然后，加入磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝，按现有技术混合搅拌60min制成预混锂离子电池导电液；

（3）按照本发明的方法，预混锂离子电池导电液在搅拌罐与高速分散机之间循环往复地搅拌分散90min；高速分散机的线速度为65m/s，搅拌罐公转的频率为20Hz，得到均匀锂离子电池导电液。

（4）向均匀锂离子电池导电液中加入占其质量3.53%的粘结剂，按现有技术混合搅拌90min制成导电胶。

将制得的导电胶涂覆在铝箔上，用扫描电子显微镜进行观察，可观察到CNT分散均匀，电镜照片见图3，同时用电导率仪测试涂层铝箔中标定的6个位置的电阻，导电性能优良，导电性均一，测试结果见表1。

对比例1

采用CNT（碳纳米管）为导电剂，KD-1（锂离子电池用超分散剂，从英国禾大公司可以获得）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为分散剂，PVDF（聚偏氟乙烯）为粘结剂，NMP（氮甲基吡咯烷酮）为溶剂，质量配比为：CNT：KD-1：PVP：PVDF：NMP=＝2：0.3：0.3：4：125

按照现有技术采用搅拌机混合搅拌270min制成导电胶，将制得的导电胶涂覆在铝箔上，用扫描电子显微镜进行观察，可观察到CNT分散效果不佳，有团聚现象，电镜照片见图4，同时用电导率仪测试涂层铝箔中标定的6个位置的电阻，导电性不均一，整体导电性能差，测试结果见表1。

本发明实施例、对比例中涂层铝箔中标定的6个位置相同。

表1

Claims

1.碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，包括下述步骤：

第一步：预混

第二步：循环搅拌分散

第三步：制备锂离子电池导电胶

2.根据权利要求1所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述溶剂为氮甲基吡咯烷酮。

3.根据权利要求2所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述导电剂为碳纳米管，直径0.5~3nm，长径比为90-110的碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述分散剂由锂离子电池用超分散剂与聚乙烯吡咯烷酮组成，两者的质量比为1：8~8：1，所述锂离子电池用超分散剂为英国禾大公司生产，型号为KD-1。

5.根据权利要求4所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述粘接剂为聚偏氟乙烯。

6.根据权利要求5所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述磷酸亚铁锂粒度D50为0.4~0.8um，钛酸锂粒度D50为0.9~2um，三氧化二铝粒度D50为2~20um。

7.根据权利要求6所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述导电剂、分散剂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、三氧化二铝、溶剂的质量配比为：1.5~3：0.2~1.6：2~5：0.5~2：0.5~2：95~150，优选为2：0.6：3：1：1：125。

8.根据权利要求7所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述粘接剂的添加量占所述均匀锂离子电池导电液质量的2.92~3.54%。

9.根据权利要求8所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：所述搅拌罐与高速分散机组成的内循环系统是将高速分散机的入口和出口分别与搅拌罐的出口和入口相连；搅拌罐以公转的形式进行搅拌，公转的频率为15~20Hz，高速分散机的线速度为50~65m/s，循环搅拌分散时间为60-90min。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的碳纳米管在锂离子电池导电胶中的分散工艺，其特征在于：第一步、第三步所述的混合搅拌采用搅拌机进行，公转频率为：15-30Hz，自转频率为：20-45Hz；第一步中的的混合搅拌时间为30~60min；第三步中的混合搅拌时间为60~90min。