專利名稱：鋰離子電池石墨導電添加劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導電添加劑及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池石墨導電添加劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池正、負極材料由于自身導電性能較差或者接觸性能不好，導致在充放電過程中電導率較低或者脫、嵌鋰的路徑較遠，使電池在充放電的過程中極化現(xiàn)象嚴重，電池的性能不能較好的發(fā)揮，所以有必要在正負極材料中加入導電添加劑，來提高正、負極材料的導電性或縮短離子的脫、嵌路徑，降低鋰離子電池的極化現(xiàn)象。所以優(yōu)異的導電添加劑需要具備以下幾個特征
一、電導率較高，高電導率的材料能提高電子的遷移速率；
二、粒徑較小，小粒徑的材料能填充鋰離子電池正、負極材料的空隙，使材料之間的接觸較好，易于鋰離子的脫出、嵌入；
三、高比表面積，比表面積大的材料能較好的與正、負極材料接觸，同樣易于鋰離子的脫嵌與電子遷移；
四、易于分散，在正、負極材料配漿料的過程中易于打散、分散，能較好的與正、負極材料混合在一起；
五、高穩(wěn)定性，在鋰離子電池充放電的過程中穩(wěn)定存在，不會發(fā)生體積變化，影響電池的循環(huán)性能。目前市場上鋰離子電池導電添加劑主要為Super-P與KS系列，此兩類產(chǎn)品皆為國外進口，前者為納米級的碳黑類產(chǎn)品，具有較小的粒徑與較大的比表面積，具有較好的導電性能，但是由于粒度較小及比表面積較大，不易于分散，而后者為微米級的導電石墨，易于分散，但是導電性能較Super-P差。兩類產(chǎn)品皆為國外生產(chǎn)，不僅價格昂貴，而且都存在一定的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種鋰離子電池石墨導電添加劑及其制備方法，采用天然石墨、浙青焦、石油焦或針狀焦作為原材料，采用特有加工工藝，將天然石墨、浙青焦、石油焦或針狀焦加工到合適的粒度與比表面積，既有較好的加工，同時合適粒度與比表面積能提供較好的導電性能。通過在材料中添加添加劑，送至純化石墨化，不僅能提高材料的純度，同時能提高材料的電導率。另外本發(fā)明的產(chǎn)品用作負極材料導電添加劑時，具有較高的容量，能減少因加入導電劑帶來的容量損失，提高電池的能量密度。本產(chǎn)品不僅提高鋰離子電池正、負極材料的導電性能和循環(huán)壽命，而且本產(chǎn)品具有較高的容量。本發(fā)明的鋰離子電池導電添加劑原材料為天然石墨，為粒徑分布 30nm-50 μ m的黑色粉末，產(chǎn)品導電性能優(yōu)異，易于分散，具有較高的容量，適合工業(yè)化生產(chǎn)。 制備方法為粉碎細化粒度并提高材料比表面積，然后送至純化石墨化，提高材料純度及石墨化度，提高材料的導電性能。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種鋰離子電池石墨導電添加劑，其材質(zhì)為石墨，能有效降低鋰離子電池的極化現(xiàn)象，提高鋰離子電池的倍率性能與循環(huán)性能，原材料為天然石墨、 浙青焦、石油焦、針狀焦或四者之間的混合材料，為粒徑分布于30ηπι-50μπι的黑色粉末，比表面積為10-1000m2/g,電導率為1 X IO4 1 X 105S/mo鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，方法步驟為
第一步粉碎將原材料經(jīng)過粉碎機粉碎到粒度30ηπι-50μπι，比表面積為IO-IOOOm2/
g ；
第二步混合將粉碎到合格參數(shù)的原材料加入添加劑，加入添加劑的重量為原材料的1%_5%，在混合機中混合1-4個小時；
第三步純化石墨化第二步制得的混合物料置于石墨化爐中進行純化石墨化處理， 在2200°C以上持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，同時，純化石墨化處理溫度最高可達3000 °C，即可得到導電添加劑。所述的天然石墨為天然鱗片石墨或者天然微晶石墨。所述的添加劑為硼、硼的化合物、硼與硼的化合物的混合物、硅粉、明膠、檸檬酸三嵌段高分子表面活性劑(SIEO2qPO7qEO2q，P-123)。所述的天然石墨、浙青焦、石油焦或針狀焦粉粒度小于50目。 所述的混合為在V型混合機或錐形混合機中進行，混合時間為1-4小時，混合溫度為 15-100°C。所述的純化石墨化保護氣體為氮氣，純化氣體為氯氣。本發(fā)明的技術(shù)效果是1.本發(fā)明材料來源廣泛，工藝成熟穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)； 2.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有導電性能優(yōu)異，易于分散，而且具有容量，能提高電池的能量密度；3.在石墨化處理之前加入一定量的添加劑，可有效改善導電劑的石墨化度，起到提高導電劑導電性能的目的。
圖1是本發(fā)明實施例1所得的導電添加劑低倍SEM圖。圖2是本發(fā)明實施例1所得的導電添加劑高倍SEM圖。圖3是本發(fā)明實施例1所得的導電添加劑模擬電池充放電圖。
具體實施例方式實施例1
如圖1、圖2、圖3所示，
1.將IOOkg鱗片石墨與IOOkg石油焦經(jīng)過粉碎機粉碎，粉碎后的石墨粉末粒徑在 IOym以下，同時比表面積在20m2/g以上；
2.將粉碎好的鱗片石墨加入硼酸，加入硼酸的量為石墨粉的重量的2%，然后送入V型混合機，在25°C下攪拌2h;
3.將攪拌均勻的物料送入純化爐中純化石墨化處理，在氮氣保護下進行石墨化處理，同時在2000°C以上通入氯氣，通入量為50L/h ；4.將純化石墨化后的物料進行篩分、混料，最終得到所需導電添加劑。5.扣式電池的制作及檢測
1 )、電解液lM-LiPF6 EC/DMC/EMC
2)、粘結(jié)劑:CMC:1. 5%, SBR :2. 5%
3)、對電極純鋰片
4)、充放電制度
(A)恒流放電(0.2mA,0. 001V)
(B)靜置(Imin)
(C)恒流充電(0.2mA, 2. 000V)
5)充放電檢測設備藍電模擬電池測試系統(tǒng)CT2001A 部分檢測結(jié)果見表一
實施例2
1.將20kg針狀焦經(jīng)過球磨機中球磨，球磨后的針狀焦粉末粒徑在IOOnm以下，同時比表面積在200m2/g以上；
2.將球磨好的針狀焦加入硼酸、硅粉，加入硼酸的量為鱗片石墨的重量的2%，硅粉的量為針狀焦的重量的1%，然后送入V型混合機，在25°C下攪拌池；
3.將攪拌均勻的物料送入純化爐中純化石墨化處理，在氮氣保護下進行石墨化處理，同時在2000°C以上通入氯氣，通入量為50L/h ；
4.將純化石墨化化后的物料進行篩分，最終得到所需導電添加劑。5.扣式電池的制作及檢測
1 )、電解液lM-LiPF6 EC/DMC/EMC
2)、粘結(jié)劑:CMC:1. 5%, SBR :2. 5%
3)、對電極純鋰片
4)、充放電制度
(A)恒流放電(0.2mA,0. 001V)
(B)靜置(Imin)
(C)恒流充電(0.2mA, 2. 000V)
5)充放電檢測設備藍電模擬電池測試系統(tǒng)CT2001A 部分檢測結(jié)果見表二
實施例3
1.將200kg石油焦經(jīng)過粉碎機粉碎，粉碎后的石油焦粉末粒徑在5μ m以下，同時比表面積在30m2/g以上；
2.將粉碎好的鱗片石墨加入硼酸、聚乙烯醇，加入硼酸的量為石油焦的重量的4%，加入聚乙烯醇的量為石油焦的重量的2%，然后送入錐形混合機，在85°C下攪拌池；
3.將攪拌均勻的物料送入純化爐中純化石墨化處理，在氮氣保護下進行石墨化處理，同時在2000°C以上通入氯氣，通入量為20L/h ；
4.將純化石墨化化后的物料進行篩分、混料，最終得到所需導電添加劑。5.扣式電池的制作及檢測
1 )、電解液lM-LiPF6 EC/DMC/EMC2)、粘結(jié)劑:CMC:1. 5%, SBR :2. 5%
3)、對電極純鋰片
4)、充放電制度
(A)恒流放電(0.2mA,0. 001V)
(B)靜置(Imin)
(C)恒流充電(0.2mA, 2. 000V)
5)充放電檢測設備藍電模擬電池測試系統(tǒng)CT2001A 部分檢測結(jié)果見表三
實施例4
1.將200kg土狀石墨經(jīng)過粉碎機粉碎，粉碎后的土狀石墨粉末粒徑在5 μ m以下，同時比表面積在30m2/g以上；
2.將粉碎好的土狀石墨加入硼粉、硅粉，加入硼粉的量為土狀石墨的重量的2%，加入硅粉的量為土狀石墨的重量的3%，然后送入V型混合機，在25°C下攪拌池；
3.將攪拌均勻的物料送入純化爐中純化石墨化處理，在氮氣保護下進行石墨化處理，同時在2000°C以上通入氯氣，通入量為50L/h ；
4.將純化石墨化化后的物料進行篩分、混料，最終得到所需導電添加劑。
5.扣式電池的制作及檢測
1 )、電解液lM-LiPF6 EC/DMC/EMC
2)、粘結(jié)劑:CMC:1. 5%, SBR :2. 5%
3)、對電極純鋰片
4)、充放電制度
(A)恒流放電(0.2mA,0. 001V)
(B)靜置(Imin)
(C)恒流充電(0.2mA, 2. 000V)
5)充放電檢測設備藍電模擬電池測試系統(tǒng)CT2001A 部分檢測結(jié)果見表四
表一
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池石墨導電添加劑，其特征在于其材質(zhì)為石墨，能有效降低鋰離子電池的極化現(xiàn)象，提高鋰離子電池的倍率性能與循環(huán)性能，原材料為天然石墨、浙青焦、石油焦、針狀焦或四者之間的混合材料，為粒徑分布于30ηπι-50μπι的黑色粉末，比表面積為 10-1000m2/g,電導率為 1 X IO4 1 X 105S/mo
2.—種權(quán)利要求1所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是方法步驟為第一步粉碎將原材料經(jīng)過粉碎機粉碎到粒度30ηπι-50μπι，比表面積為IO-IOOOm2/g ；第二步混合將粉碎到合格參數(shù)的原材料加入添加劑，加入添加劑的重量為原材料的1%_5%，在混合機中混合1-4個小時；第三步純化石墨化第二步制得的混合物料置于石墨化爐中進行純化石墨化處理， 在2200°C以上持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，同時，純化石墨化處理溫度最高可達3000 °C，即可得到導電添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是所述的天然石墨為天然鱗片石墨或者天然微晶石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是所述的添加劑為硼、硼的化合物、硼與硼的化合物的混合物、硅粉、明膠、檸檬酸三嵌段高分子表面活性劑(SIEO2ciPO7ciEO2。，P-123)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是所述的天然石墨、浙青焦、石油焦或針狀焦粉粒度小于50目。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是所述的混合為在V型混合機或錐形混合機中進行，混合時間為1-4小時，混合溫度為15-100°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池石墨導電添加劑的制備方法，其特征是所述的純化石墨化保護氣體為氮氣，純化氣體為氯氣。
全文摘要
一種鋰離子電池石墨導電添加劑及其制備方法，其材質(zhì)為石墨，能有效降低鋰離子電池的極化現(xiàn)象，提高鋰離子電池的倍率性能與循環(huán)性能，原材料為天然石墨、瀝青焦、石油焦、針狀焦或四者之間的混合材料，為粒徑分布于30nm-50μm的黑色粉末，比表面積為10-1000m2/g，電導率為1×104~1×105S/m。本發(fā)明的技術(shù)效果是1.本發(fā)明材料來源廣泛，工藝成熟穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)；2.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有導電性能優(yōu)異，易于分散，而且具有容量，能提高電池的能量密度；3.在石墨化處理之前加入一定量的添加劑，可有效改善導電劑的石墨化度，起到提高導電劑導電性能的目的。
文檔編號H01M4/62GK102299340SQ20111022406
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者劉小虹, 吳壯雄, 羅建偉, 黃雨生 申請人:江西正拓新能源科技有限公司