CN111769281A - 一种锂离子电池导电剂及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池导电剂及锂离子电池，其中，该导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。本发明的锂离子电池导电剂可替代传统的导电炭黑，由于其具有亲水性，较高的比表面积和优异的电子电导率，配制成浆料时分散性效果更优，并且添加极小量就可达到传统导电剂的效果。本发明的锂离子电池，应用MXeneTi3C2纳米片作为导电剂，具备极低的导电剂添加量和优异的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池导电剂及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池中负极材料作为锂离子脱嵌的载体存在的，是锂离子电池的重要组成部分。在实际生产中，会在负极极片制作过程中加入导电剂，导电剂会混于负极材料颗粒之间，构成导电网络，以降低锂离子电池的阻抗。常规的导电炭黑因其分散效果较差，导致在锂离子电池负极中分散较差，且与活性物质表面接触不是很好，导致其电性能较差。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池导电剂、导电剂浆料及锂离子电池。
本发明提出了一种锂离子电池导电剂，包含MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
所述MXeneTi3C2纳米片的制备方法可以为常规方法，具体可以为：
(1)将10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到980g去高纯水中，搅拌1h至完全溶解，然后加入10gTi3C2纳米片粉料(平均厚度≤10nm)，超声4h，得到Ti3C2纳米片浆料；
(2)将1g上述制备的Ti3C2纳米片浆料置于反应容器内，加入10ml四丁基氢氧化铵，在30℃下，以800rpm的转速搅拌24h，然后洗涤至pH为中性，以50kHz的频率超声处理30min，最后置于冷冻干燥机中冷冻干燥进行扩层，即得MXeneTi3C2纳米片。
一种锂离子电池负极浆料，其特征在于，包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括导电剂，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
一种锂离子电池负极浆料，包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和增稠剂，其中，按重量百分比计，所述固体成分包括负极活性物质80-99.78％、导电剂0.01-10％、分散剂0.01-10％、粘结剂0.1-10％、增稠剂0.1-10％，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
优选地，所述锂离子电池负极浆料的固体成分中，增稠剂为羧甲基纤维素钠、粘结剂为丁苯橡胶，负极活性物质为天然石墨、人造石墨、无定形碳、钛酸锂、硅碳材料、硅氧材料中的至少一种，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚马来酸、聚马来酸改性物中的至少一种。
优选地，所述所述锂离子电池负极浆料的溶剂为去离子水。
一种锂离子电池负极，将锂离子电池负极浆料涂布于负极集流体上制得。
优选地，所述锂离子电池负极的制备方法为：将所述锂离子电池负极浆料涂布于负极集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极。
优选地，所述负极集流体为铜箔。
一种锂离子电池，包括所述的锂离子电池负极。
优选地，所述锂离子电池包括壳体、隔膜、电解液、正极和所述的锂离子电池负极。
优选地，所述正极、负极、隔膜和电解液置于所述壳体内部；所述隔膜位于所述正极、负极之间，将所述正极、负极隔开。
优选地，所述壳体为方形壳体、方形软包、圆柱形钢壳或者圆柱形软包。
本发明的有益效果如下：
二维过渡金属碳(氮)化物(Mxene)是一种2011年发现的二维层状材料，其中Ti3C2材料为Mxene中的一种，不仅拥有优异的电子电导率、表面亲水能力以及较高的比表面积，而且纳米片结构的Ti3C2具有较好的机械性能。
基于MXeneTi3C2纳米片的上述特点，本发明将其应用于锂离子电池导电剂，不仅能够显著降低锂离子电池内阻，而且，由于MXeneTi3C2纳米片的片状结构能够与活性物质颗粒形成很好的接触，增加了活性材料之间的粘接稳定性和极片的柔韧性，可以搭建起更为高效的导电网络，从而减少导电剂的用量，提高锂离子电池的容量，降低电池的极化，提升电池的能量密度，提高电池的倍率性能。
附图说明
图1为MXeneTi3C2纳米片的电镜图像。
图2为不同导电剂组装极片的倍率测试结果。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
锂离子电池导电剂，其为厚度≤10nm的MXeneTi3C2纳米片。
实施例2
锂离子电池负极浆料，包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和增稠剂，其中，按重量百分比计，所述固体成分包括负极活性物质80-99.78％、导电剂0.01-10％、分散剂0.01-10％、粘结剂0.1-10％、增稠剂0.1-10％，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
实施例3
锂离子电池负极，将锂离子电池负极浆料涂布于负极集流体上制得，其中锂离子电池负极浆料包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和增稠剂，其中，按重量百分比计，所述固体成分包括负极活性物质80-99.78％、导电剂0.01-10％、分散剂0.01-10％、粘结剂0.1-10％、增稠剂0.1-10％，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
实施例4
锂离子电池，包括负极与隔膜、电解液、正极、壳体，负极为将锂离子电池负极浆料涂布于负极集流体上制得，其中锂离子电池负极浆料包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和增稠剂，其中，按重量百分比计，所述固体成分包括负极活性物质80-99.78％、导电剂0.01-10％、分散剂0.01-10％、粘结剂0.1-10％、增稠剂0.1-10％，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
实施例5
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨96.6％、MXeneTi3C2纳米片0.1％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法如下：
(1)将10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到980g去高纯水中，搅拌1h至完全溶解，然后加入10gTi3C2纳米片粉料(平均厚度≤10nm)，超声4h，得到Ti3C2纳米片浆料；
(2)将1g上述制备的Ti3C2纳米片浆料置于反应容器内，加入10ml四丁基氢氧化铵，在30℃下，以800rpm的转速搅拌24h，然后洗涤至pH为中性，以50kHz的频率超声处理30min，最后置于冷冻干燥机中冷冻干燥进行扩层，即得MXeneTi3C2纳米片，所制的MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
实施例6
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨96.5％、MXeneTi3C2纳米片0.2％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
实施例7
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨96.4％、MXeneTi3C2纳米片0.3％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
实施例8
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨96.2％、MXeneTi3C2纳米片0.5％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
实施例9
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨95.2％、MXeneTi3C2纳米片1.5％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
实施例10
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入钛酸锂、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括钛酸锂96.4％、MXeneTi3C2纳米片0.3％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
实施例11
锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入MXeneTi3C2纳米片导电剂混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括天然石墨96.2％、MXeneTi3C2纳米片0.5％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S1得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S2得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
其中，MXeneTi3C2纳米片导电剂的制备方法同实施例5。
对比例
S1、将羧甲基纤维素钠溶解于适量去离子水中，然后加入锂离子电池导电剂SP混合均匀，再加入人造石墨、丁苯橡胶乳液混合均匀，得到锂离子电池负极浆料，按重量百分比计，制得的锂离子电池负极浆料的固体成分包括人造石墨95.2％、导电剂SP 1.5％、丁苯橡胶1.8％、羧甲基纤维素钠1.5％；
S2、将步骤S2得到的锂离子电池负极浆料涂布于铜箔集流体上，经烘干，辊压和模切分切，得到锂离子电池负极；
S3、将步骤S3得到的锂离子电池负极与隔膜、电解液、正极、壳体组装成锂离子电池。
将实施例8、实施例9和对比例制得的锂离子电池进行性能测试，结果如表1和图2所示：
表1锂离子电池极片电阻
| 样品 | 实施例8 | 实施例9 | 对比例 |
| 极片电阻(mΩ) | 3.0157 | 2.7135 | 3.8454 |
从表1和图2中可以看出，本发明使用MXeneTi3C2纳米片作为锂离子电池的导电剂，与常规导电剂相比，不仅能够显著降低锂离子电池内阻，而且，能在更低的导电剂的用量下，提高锂离子电池的容量，从而有利于降低电池的极化，提升电池的能量密度，提高电池的倍率性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池导电剂，其特征在于，包含MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片的厚度≤10nm。
2.一种锂离子电池负极浆料，其特征在于，包括固体成分和溶剂，所述固体成分包括导电剂，所述导电剂为MXeneTi3C2纳米片，所述MXeneTi3C2纳米片纳米片的厚度≤10nm。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述固体成分包括负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和增稠剂，其中，按重量百分比计，所述固体成分包括负极活性物质80-99.78％、导电剂0.01-10％、分散剂0.01-10％、粘结剂0.1-10％、增稠剂0.1-10％。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述粘结剂为丁苯橡胶，所述负极活性物质为天然石墨、人造石墨、无定形碳、钛酸锂、硅碳材料、硅氧材料中的至少一种，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚马来酸改性物中的至少一种。
5.一种锂离子电池负极，其特征在于，将权利要求2-4任一项所述锂离子电池负极浆料涂布于负极集流体上制得。
6.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求5所述的负极。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，包括壳体、隔膜、电解液、正极和负极。
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