CN108511760A - 一种锂电池用导电剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池用导电剂及其制备方法，所述锂电池用导电剂按质量百分比计，包括以下组分：导电体粒子、分散剂、粘结剂、溶剂；所述导电体粒子为表面生长有碳纳米管的碳颗粒。本发明中导电体粒子的多根碳纳米管与一个碳颗粒牢固连接，具有可靠的长程导电性；不同导电体粒子的碳纳米管相互搭接，且与活性材料接触，可以为锂离子电池构造导电网络，本发明中的导电剂有利于减少导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高充放电倍率和循环性能。本发明中导电剂中的碳纳米管和碳颗粒形成整体复合结构的导电体粒子，因此使得制备该导电剂的步骤只需要一次分散和混合，简化了生产工艺。

Description

一种锂电池用导电剂及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂电池用导电剂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能优以及自放电率低等优点，广泛应用于储能、电动汽车以及电子产品等邻域。锂离子电池的活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属盐，且大多数都是半导体或者绝缘体，导电性较差，限制了电池中电子迁移速率，制约性能，而且可能造成性能衰减或失效，因此必须加入导电剂来改善锂离子电池的导电性，以提高充放电倍率和循环性能。

锂离子电池的导电剂有颗粒状的碳材料(如炭黑、石墨等)、线状结构的碳纤维以及新型的纳米尺寸的导电剂，其中新型的纳米尺寸的导电剂有碳纳米管和石墨烯等。由于颗粒状的炭黑和石墨导电剂与活性材料只能形成“点-点”的接触，并且分散不均匀的团聚的颗粒无法形成导电网络，因此颗粒状导电剂的导电性不佳，所需用量比例较大。理想情况中，碳纳米管或石墨烯可以相互搭接形成导电网络，但实际使用中其纳米结构很难分散在溶液中，极易发生团聚和缠绕，无法发挥良好的导电性。

公开号为CN106711453A、CN106887591A以及CN103887511A的专利文献中公开了可以使用炭黑、石墨与碳纳米管、石墨烯混合制备得到的导电剂。该类导电剂都是按照一定比例混合，无论是炭黑和石墨，还是碳纳米管，其单独使用时已经有较大的分散难度，而复合材料的相互混合，并进一步与活物质混合，难以保证各组分导电剂的良好接触，不能达到理想的导电效果，相应的多次分散和混合也造成了工艺复杂和成本增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂电池用导电剂，可减少导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高充放电倍率和循环性能。

本发明提供了一种锂电池用导电剂，按质量百分比计，包括以下组分：

所述导电体粒子为表面生长有碳纳米管的碳颗粒。

本发明中其中碳纳米管可通过气相、液相以及微波等方法直接生长在碳颗粒表面。本发明中导电体粒子可以经过一次分散即可形成导电性良好的导电剂：同一导电体粒子的多根碳纳米管与一个碳颗粒牢固连接，具有可靠的长程导电性；不同导电体粒子的碳纳米管相互搭接，且与活性材料接触，形成导电网络。本发明中的锂电池用导电剂有利于减少导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高充放电倍率和循环性能。

作为优选，所述碳颗粒为炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨以及活性炭的一种或多种的混合物。

作为优选，所述碳纳米管的生长方向从碳颗粒表面一侧朝向外部辐射生长。本发明中碳纳米管的生长方向向外呈辐射状，与碳颗粒形成一个具有长程导电结构的粒子。

作为优选，所述碳纳米管的根部与碳颗粒表面之间通过碳-碳化学键连接。

作为优选，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

作为优选，所述分散剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸以及聚丙烯酸酯共聚物中的一种或多种。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或两种。

作为优选，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或两种的混合物。

本发明还提供了一种上述的锂电池用导电剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在碳颗粒表面生长碳纳米管，得到所述导电体粒子；

(2)将所述导电体粒子、分散剂、粘结剂以及溶剂按照预设配比混合并搅拌，得到所述锂电池用导电剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明中导电体粒子的多根碳纳米管与一个碳颗粒牢固连接，具有可靠的长程导电性；不同导电体粒子的碳纳米管相互搭接，且与活性材料接触，可以为锂离子电池构造导电网络，本发明中的导电剂有利于减少导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高充放电倍率和循环性能。

(2)本发明中导电剂中的碳纳米管和碳颗粒形成整体复合结构的导电体粒子，因此使得制备该导电剂的步骤只需要一次分散和混合，简化了生产工艺。

具体实施方式

实施例1

(1)将粒径50nm的炭黑颗粒用氢氧化钠、盐酸和去离子水清洗并干燥；

(2)将步骤(1)中获得的炭黑颗粒放入含有0.1mol/L的二茂铁的甲苯溶剂里浸泡1小时，取出后干燥。

(3)将步骤(2)中获得的炭黑颗粒放入微波装置中，开启微波，生长90秒，在炭黑颗粒表面生长出多根多壁碳纳米管，获得碳纳米管/炭黑颗粒的导电体粒子，其中碳纳米管的生长方向立于炭黑颗粒表面呈向外辐射状，碳纳米管的直径是20nm，长度是10μm。

(4)将步骤(3)中获得的导电体粒子粉末、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和氮甲基吡咯烷酮(NMP)分别按2wt％、1wt％、2wt％、95wt％的质量比例混合，经过超声波分散和高速搅拌，制成导电剂浆料。

Claims (9)

1.一种锂电池用导电剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：

所述导电体粒子为表面生长有碳纳米管的碳颗粒。

2.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述碳颗粒为炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨以及活性炭的一种或多种的混合物。

3.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述碳纳米管的生长方向从碳颗粒表面一侧朝向外部辐射生长。

4.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述碳纳米管的根部与碳颗粒表面之间通过碳-碳化学键连接。

5.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

6.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述分散剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸以及聚丙烯酸酯共聚物中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或两种。

8.如权利要求1所述的锂电池用导电剂，其特征在于，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或两种的混合物。

9.一种如权利要求1～8任一所述的锂电池用导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在碳颗粒表面生长碳纳米管，得到所述导电体粒子；

(2)将所述导电体粒子、分散剂、粘结剂以及溶剂按照预设配比混合并搅拌，得到所述锂电池用导电剂。