CN109768279A - 一种复合导电剂及其制备方法、锂离子电池正极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合导电剂及其制备方法、锂离子电池正极，该复合导电剂，包括以下重量百分比的各组分：导电炭黑0.5～1.6％；碳纳米管0.28～0.56％；石墨烯0.12～0.24％；分散剂0.5～0.8％；溶剂97.5～97.9％；一种复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：1)按照配方量，制成复合粉料；2)将复合粉料加入到溶剂中，得到混合物；3)将混合物进行超声分散，得到复合导电剂。本发明的优点是由于包括导电炭黑、碳纳米管及石墨烯，导电炭黑的粒径较小，呈点状连接，碳纳米管呈线状连接，石墨烯呈面状连接，三者之间充分发挥耦合作用，提高正极活性物质的克容量，从而优化磷酸铁锂电池的倍率和循环性能。

Description

一种复合导电剂及其制备方法、锂离子电池正极
技术领域
本发明涉及复合导电剂领域，特别是涉及一种复合导电剂及其制备方法、锂离子电池正极。
背景技术
目前，磷酸铁锂电池具有能量密度高、循环性能长、安全性好、低成本等优点，在储能系统和电动汽车等领域应用广泛。但磷酸铁锂电池在高倍率放电时，电芯内部发热造成循环性能性能下降，为了提高磷酸铁锂的循环性能，会增加正负极浆料中导电炭黑的含量，但这样在降低电池发热的同时，也降低了电池的能力密度，降低了锂离子电池的性能。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的之一是提供一种复合导电剂，以解决电池性能降低的技术问题。
本发明的目的之二是提供一种复合导电剂的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种锂离子电池正极。
技术方案：
一种复合导电剂，包括以下重量百分比的各组分：
径较小，呈点状连接，碳纳米管呈线状连接，石墨烯呈面状连接，三者之间充分发挥耦合作用，形成立体的导电网络，提高正极活性物质的克容量，降低锂离子电池的直流内阻，从而优化磷酸铁锂电池的倍率和循环性能，另外，石墨烯的加入，可以提高锂离子电池正极的压实密度。
在其中一个实施例中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在其中一个实施例中，导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的重量比为1.6:0.28:0.12。
一种复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方量，采用水热法制成导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的复合粉料；
2)将复合粉料加入到溶剂中，后将分散剂加入到溶剂中，得到混合物；
3)将混合物进行超声分散，即得到复合导电剂。由于采用水热法将碳纳米管、导电炭黑和石墨烯进行混合，形成三维导电网络，后与分散剂混合，使混合均匀，后加入溶剂后进行超声分散，使碳纳米管、导电炭黑和石墨烯得到充分混合分散，得到性能稳定的复合导电剂。
在其中一个实施例中，步骤1)中，水热法具体为：在水热釜中加入导电炭黑和去离子水，室温下搅拌10～20min，加入碳纳米管继续室温搅拌10～20min，加入石墨烯后继续室温搅拌15～30min，后在180～200℃下搅拌3～4h，得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥后，放入管式炉中，在氮气气氛下升温至500～600℃，恒温2～3h，后冷却至室温，即得到复合粉料。
在其中一个实施例中，步骤3)中，超声分散的分散频率为40～50Hz，分散时间为1～1.5h。
一种锂离子电池正极，包括集流体及涂覆在集流体上的电极材料层，电极材料层包括正极活性物质、粘结剂及复合导电剂。由于锂离子电池正极中含有复合导电剂，能够提高电极材料层的克容量，提高碳酸铁锂电池的倍率和循环性能。
在其中一个实施例中，正极活性物质和复合导电剂的重量比为(95.0～97.0)：(1～2)。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1)上述复合导电剂，由于包括导电炭黑、碳纳米管及石墨烯，导电炭黑的粒径较小，呈点状连接，碳纳米管呈线状连接，石墨烯呈面状连接，三者之间充分发挥耦合作用，形成立体的导电网络，提高正极活性物质的克容量，降低锂离子电池的直流内阻，从而优化磷酸铁锂电池的倍率和循环性能，另外，石墨烯的加入，可以提高锂离子电池正极的压实密度。
2)上述复合导电剂的制备方法，由于采用水热法将碳纳米管、导电炭黑和石墨烯进行混合，形成三维导电网络，后与分散剂混合，使混合均匀，后加入溶剂后进行超声分散，使碳纳米管、导电炭黑和石墨烯得到充分混合分散，得到性能稳定的复合导电剂。
3)上述锂离子电池正极，由于锂离子电池正极中含有复合导电剂，能够提高电极材料层的克容量，提高碳酸铁锂电池的倍率和循环性能。
附图说明
图1为本发明的实施例1～3与对比例1制备的磷酸铁锂电池成品的倍率放电对比图；
图2为本发明的实施例1～3与对比例1制备的磷酸铁锂电池成品的直流内阻对比图；
图3为本发明的实施例1～3与对比例1制备的磷酸铁锂电池成品的45℃循环性能对比图。
具体实施方式
实施例1
一种复合导电剂，包括以下重量百分比的各组分：导电炭黑1.6％、碳纳米管0.28％、石墨烯0.12％；分散剂0.5％；溶剂97.5％。其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方量，采用水热法制成导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的复合粉料；
水热法具体为：在水热釜中加入导电炭黑和去离子水，室温下搅拌15min，加入碳纳米管后继续室温搅拌10min，加入石墨烯后继续室温搅拌30min，后在180℃下搅拌3h，得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥后，放入管式炉中，在氮气气氛下升温至500℃，恒温2.5h，后冷却至室温，即得到复合粉料。
2)将复合粉料加入到溶剂中，后将分散剂加入到溶剂中，得到混合物；
3)将混合物进行超声分散，即得到复合导电剂。
其中，超声分散的分散频率为40Hz，分散时间为1h。
一种锂离子电池正极，包括集流体及涂覆在集流体上的正极电极材料层，电极材料层包括正极活性物质、粘结剂及复合导电剂。正极活性物质为磷酸铁锂，粘结剂为PVDF。
其中，磷酸铁锂、复合导电剂、PVDF的重量比为95.5：2.0:2.5。
将上述锂离子电池正极与聚丙烯隔膜、锂离子电池负极通过卷绕工艺组装成磷酸铁锂电池，超声波焊接正负极极耳，由铝塑膜包裹后再真空85℃烘烤24h，注液后室温静置24h，后在45℃下静置16h，开始在45℃进行化成，化成后继续在45℃下搁置16h完成老化过程，再经分容后得到磷酸铁锂电池成品。
实施例2
一种复合导电剂，包括以下重量百分比的各组分：导电炭黑0.5％、碳纳米管0.56％、石墨烯0.24％；分散剂0.8％；溶剂97.9％。其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方量，采用水热法制成导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的复合粉料；
水热法具体为：在水热釜中加入导电炭黑和去离子水，室温下搅拌20min，加入碳纳米管后继续室温搅拌20min，加入石墨烯后继续室温搅拌15min，后在200℃下搅拌4h，得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥后，放入管式炉中，在氮气气氛下升温至600℃，恒温3h，后冷却至室温，即得到复合粉料。
2)将复合粉料加入到溶剂中，后将分散剂加入到溶剂中，得到混合物；
3)将混合物进行超声分散，即得到复合导电剂。
其中，超声分散的分散频率为40Hz，分散时间为1h。
一种锂离子电池正极，包括集流体及涂覆在集流体上的正极电极材料层，电极材料层包括正极活性物质、粘结剂及复合导电剂。正极活性物质为磷酸铁锂，粘结剂为PVDF。
其中，磷酸铁锂、复合导电剂、PVDF的重量比为96.2：1.3:2.5。
将上述锂离子电池正极与聚丙烯隔膜、锂离子电池负极通过卷绕工艺组装成磷酸铁锂电池，超声波焊接正负极极耳，由铝塑膜包裹后再真空85℃烘烤24h，注液后室温静置24h，后在45℃下静置16h，开始在45℃进行化成，化成后继续在45℃下搁置16h完成老化过程，再经分容后得到磷酸铁锂电池成品。
实施例3
一种复合导电剂，包括以下重量百分比的各组分：导电炭黑1.0％、碳纳米管0.42％、石墨烯0.18％；分散剂0.7％；溶剂97.7％。其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方量，采用水热法制成导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的复合粉料；
水热法具体为：在水热釜中加入导电炭黑和去离子水，室温下搅拌10min，加入碳纳米管后继续室温搅拌15min，加入石墨烯后继续室温搅拌20min，后在190℃下搅拌3h，得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥后，放入管式炉中，在氮气气氛下升温至560℃，恒温3h，后冷却至室温，即得到复合粉料。
2)将复合粉料加入到溶剂中，后将分散剂加入到溶剂中，得到混合物；
3)将混合物进行超声分散，即得到复合导电剂。
其中，超声分散的分散频率为50Hz，分散时间为1.5h。
一种锂离子电池正极，包括集流体及涂覆在集流体上的正极电极材料层，电极材料层包括正极活性物质、粘结剂及复合导电剂。正极活性物质为磷酸铁锂，粘结剂为PVDF。
其中，磷酸铁锂、复合导电剂、PVDF的重量比为95.9：1.6:2.5。
将上述锂离子电池正极与聚丙烯隔膜、锂离子电池负极通过卷绕工艺组装成磷酸铁锂电池，超声波焊接正负极极耳，由铝塑膜包裹后再真空85℃烘烤24h，注液后室温静置24h，后在45℃下静置16h，开始在45℃进行化成，化成后继续在45℃下搁置16h完成老化过程，再经分容后得到磷酸铁锂电池成品。
对比例1
本对比例中，导电剂为碳纳米管，锂离子电池正极中，磷酸铁锂、导电剂、PVDF的重量比为96.5：1.0:2.5。
锂离子电池负极、隔膜、电解液都与实施例1相同，用实施例1方法制得磷酸铁锂电池成品。
性能测试
将实施例1～3及对比例1得到的磷酸铁锂电池成品进行倍率放电性能测试、循环性能测试及直流内阻测试，测试结果如图1～3及表1～2所示。
表1实施例1～3及对比例1得到的磷酸铁锂电池成品性能对比
表2实施例1～3及对比例1得到的磷酸铁锂电池成品放电性能对比
由表1、表2及图1～3可知，本发明的实施例1～3得到的磷酸铁锂电池成品，0.5C克容量、5C放电容量保持率及循环性能都明显高于对比例1的磷酸铁锂电池成品，且实施例1～3的磷酸铁锂电池成品的直流内阻明显低于对比例1的磷酸铁锂电池成品，说明本发明的复合导电剂能够明显提高磷酸铁锂电池成品的倍率放电性能及循环性能。

Claims (8)

1.一种复合导电剂，其特征在于，包括以下重量百分比的各组分：
2.根据权利要求1所述的一种复合导电剂，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的一种复合导电剂，其特征在于，导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的重量比为1.6:0.28:0.12。
4.一种根据权利要求1所述的复合导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照配方量，采用水热法制成导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的复合粉料；
2)将复合粉料加入到溶剂中，后将分散剂加入到溶剂中，得到混合物；
3)将混合物进行超声分散，即得到复合导电剂。
5.根据权利要求4所述的一种复合导电剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，水热法具体为：在水热釜中加入导电炭黑和去离子水，室温下搅拌10～20min，加入碳纳米管继续室温搅拌10～20min，加入石墨烯后继续室温搅拌15～30min，后在180～200℃下搅拌3～4h，得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥后，放入管式炉中，在氮气气氛下升温至500～600℃，恒温2～3h，后冷却至室温，即得到复合粉料。
6.根据权利要求4所述的一种复合导电剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，超声分散的分散频率为40～50Hz，分散时间为1～1.5h。
7.一种锂离子电池正极，其特征在于，包括集流体及涂覆在集流体上的电极材料层，电极材料层包括正极活性物质、粘结剂及权利要求1～3任意一项所述的复合导电剂。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池正极，其特征在于，正极活性物质和复合导电剂的重量比为(95.0～97.0)：(1～2)。
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