CN104538631B - 一种电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池正极材料，其由如下材料制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中含乙炔黑，所述纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1‑10:100。本发明的电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：a.混料；b.挤压抛丸成型；c.干燥、烘干；d.起纤，得到产品。本发明的电池正极材料，具有良好的导电性能、能够改善大电流放电和滞后性能等优点，其制备方法简单、易操作。

Description

一种电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到材料领域，具体涉及一种电池正极材料及其制备方法。
背景技术
锂亚电池是当前世界上实际应用电池中比能量最高的一种电池(比能量达到450wh/kg或1000wh/dm3)，电池电压高并且放电电压平稳，工作温度范围宽，储存寿命长等优点。它采用多孔电极，正极是以乙炔黑和聚四氟乙烯为主的混合物碳包，既是阴极反应的催化剂，又是反应产物LiCl.S的载体。目前改善锂亚电池滞后的技术是通过处理锂负极表面形成的钝化膜来达到的，而我们发现改善电池的大电流放电性能和减少电压滞后可以通过改进正极活性物质来达到目的。本发明给出了一种通过添加纳米炭材料来改善锂亚电池电压滞后及大电流放电性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的导电性能、能够改善大电流放电和滞后性能的电池正极材料及其制备方法。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中包括乙炔黑，所述纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1-10:100。发明人进行了大量的实验，发现在正极中加入纳米炭，能够提高孔率、减少碳正极杂质降低其本身电阻率，放电过程中内阻很快减小，测试电池时性能明显改善，本发明人认为，纳米炭的加入使得不溶性LiCL和S反应产物分布改善，引起碳包外扩膨胀，出现新的活性表面，延迟了多孔碳电极的钝化。
本发明中，优选的方案为所述纳米炭材料是纳米炭管和链状纳米炭黑一种或两种。
纳米炭的加入，使得正极具有良好的导电性能，因而改善大电流放电和滞后性能。发明人进一步发现：当电池正极中添加的纳米炭材料与乙炔黑的重量比小于1:100时，制得的电池随着高温老化或储存时间搁置，很快形成二次钝化膜，性能改善不明显；而电池正极中添加的纳米炭材料与乙炔黑的重量比大于1:10时，电池反应过度活跃不稳定，同时自放电加大容量衰减；电池正极中纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1-10:100时，能有效提高多孔电极的孔率，改善碳电极活性表面，电池性能得到改善。
常规工艺中，主载体组合物由按照重量份计的如下成分组成：乙炔黑2000份、铜粉100份、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240份、蒸馏水4000份、无水乙醇4600-4800份。这种配方，可得到颗粒大小粒径均匀的主载体组合物。
本发明中，优选的方案为所述主载体组合物由按照重量份计的如下成分组成：乙炔黑2000份、铜粉100份、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240份、蒸馏水4000份、无水乙醇4600-4800份；所述纳米炭按照重量份计为200份。发明人经过多次实验发现，按配方量加入聚四氟乙烯乳液、蒸馏水和无水乙醇，可得到颗粒大小粒径均匀的主载体组合物。
常规工艺和本发明制得的电池正极颗粒的粒径均为1.5-2.5mm。
本发明还提供上述电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：
a.将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物；
b.将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理；
c.将经过b步骤处理的原料混合物在145-155℃的温度下干燥2-3h，接着在175-185℃的温度下烘干4.5-5.5小时；
d.将经过c步骤处理的原料混合物在230-250℃的温度下进行起纤处理，得到产品，所述起纤处理的时间为10-15min。
本发明中，优选的方案为所述步骤c的干燥温度为150℃，干燥时间为2.5h。
本发明中，优选的方案为所述步骤c的烘干温度为180℃，烘干时间为5h。
本发明中，优选的方案为所述起纤处理的温度为240℃，所述起纤处理的时间为15min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在碳电极中加入纳米炭材料，能够提高多孔孔率、减少碳正极杂质降低其本身电阻率，随着放电时间的持续钝化膜迅速消除，内阻很快减小，测试电池时出现内阻先大后减小现象，这是由正负两极间电阻和碳电极外表面大小及状态决定，而本发明方案使得孔率得到很好的改善，进而使得不溶性LiCL和S产物分布改善，引起碳包外扩膨胀，出现新的活性表面，从而改善了膜的表面导电特性，延迟了多孔碳电极的钝化；另外，纳米炭具有良好的导电性能，因而改善大电流放电和滞后性能；此外，本发明的制备方法简单、易操作。
下面具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成：乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240g、蒸馏水4000g、纳米炭管200g，无水乙醇4600g。
该电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：
a.将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物；
b.将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理；
c.将经过b步骤处理的原料混合物在155℃的温度下干燥2.5h，接着在180℃的温度下烘干5小时；
d.将经过c步骤处理的原料混合物在240℃的温度下进行起纤处理，得到产品，所述起纤处理的时间为15min。
采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
实施例2
本实施例中纳米炭材料采用链状纳米炭黑，代替实施例1中的纳米炭管，其它配方，工艺等一样。采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
实施例3
一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成：乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240g、蒸馏水4000g、链状纳米炭黑20g，无水乙醇4600g。其制备方法同实施例1。
采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
实施例4
一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成：乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240g、蒸馏水4000g、链状纳米炭黑100g，无水乙醇4600g。其制备方法同实施例1。
采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
对比例1
一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物属常规工艺：乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液240g、蒸馏水4000g、无水乙醇4600g；所述制备方法均同实施例1。
采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
实施例1
分别取实施例1-4、对比例1制得成ER34615电池，分别对电池的性能测试，测试项目为“250mA连续放电性能测”(用于测试电池的大电流性能)和“56欧负载做滞后性能测试”(用于测试电池的电池滞后性能)：
250mA连续放电性能测试：对实施例1-4、对比例1得到的电池分别取20个样本，表1中给出其中有代表性的3个样本数据：
表1：ER34615电池大电流测试数据对比表
由表1中数据可以看出，本发明的电池正极材料添加纳米炭黑对大电流放电有明显改善。
56欧负载做滞后性能测试：对实施例1-4、对比例1得到的电池分别取50个样本，分别在60℃高温箱中老化5天，10天，20天后，做负载电阻56Ω输出试验，并记录10s时候的电压数据。表2中给出其中有代表性的7个样本数据：
表2：ER34615电池滞后对比测试表
由表2中数据可以看出，本发明的电池正极材料添加纳米炭黑，电压滞后性能得到明显改善。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种电池正极材料，其特征在于由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；
所述主载体组合物由按照重量份计的如下成分组成：乙炔黑2000份、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液240份、蒸馏水4000份、无水乙醇4600-4800份；所述纳米炭材料按照重量份计为200份。
2. 根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于：所述纳米炭材料是纳米炭管、链状纳米炭黑中的一种或两种。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
a．将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物；
b．将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理；
c．将经过b步骤处理的原料混合物在145-155℃的温度下干燥2-3h，接着在175-185℃的温度下烘干4.5-5.5小时；
d．将经过c步骤处理的原料混合物在230-250℃的温度下进行起纤处理，得到产品，所述起纤处理的时间为10-15min。
4.根据权利要求3所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤c的干燥温度为150℃，干燥时间为2.5h。
5.根据权利要求3所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤c的烘干温度为180℃，烘干时间为5h。
6.根据权利要求3所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述起纤处理的温度为240℃，所述起纤处理的时间为15min。
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