一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利設(shè)及一種裡離子電池正極漿料及其制備方法，具體為碳納米管和碳纖維材 料在裡離子電池正極中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前隨著全球性石油資源緊缺與氣候環(huán)境的不斷惡化，人類社會發(fā)展面臨著嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔節(jié)能的新能源汽車受到世界各國的高度重視。新能源汽車的發(fā)展，關(guān)鍵 在其動力電源。裡離子電池具有能量密度大、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作電壓范圍寬、使用 壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是目前新能源汽車主要的動力電源。而裡離子電池關(guān)鍵電極材 料是電池性能的最終決定性因素，其中正極材料對裡離子電池性能的提高起著至關(guān)重要的 作用。因此，開發(fā)高性能、廉價的正極材料對促進(jìn)新能源汽車及相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要的意義。
[0003] 裡離子電池的正極材料一般為過度金屬氧化物，如；LiCo化、LiNi化、LiMn化、和 LiNi,C〇yMn 等，W及過度金屬的磯酸鹽，如；LiMP〇4;它們電導(dǎo)率低，一般是半導(dǎo)體或 是絕緣體。理想的正極為離子和電子的混合導(dǎo)體，電子導(dǎo)電性和正極導(dǎo)電性好壞有關(guān)；離子 傳導(dǎo)性和正極的孔容有關(guān)，多孔結(jié)構(gòu)可W提供電解液的存儲場所，為電極快速反應(yīng)提供緩 沖離子源。導(dǎo)電劑在正極的作用主要是提高正極的導(dǎo)電性。
[0004] 優(yōu)異的導(dǎo)電劑需要具備W下幾個特征；一、電導(dǎo)率較高，高電導(dǎo)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裡離子電池正、正極材料的空隙，使材料 之間的接觸較好，易于裡離子的脫出、嵌入；=、高比表面積，比表面積大的材料能較好的與 正、正極材料接觸，同樣易于電解液的保持，便于裡離子的脫嵌與電子遷移；四、易于分散， 在正、正極材料配置漿料過程中易于打散和分散，能較好的與正、正極材料混合在一起；五、 高穩(wěn)定性，在裡離子電池充放電的過程中能穩(wěn)定存在，不會發(fā)生體積變化而影響電池的循 環(huán)性能。
[000引 目前市場上裡離子電池導(dǎo)電劑主要為Super-P與KS系列，此兩類產(chǎn)品皆為國外進(jìn) 口，前者為納米級的炭黑類產(chǎn)品，既有較小的粒徑和較大的比表面積，又具有較好的導(dǎo)電性 能，但是由于粒徑較小及比表面積較大，不易分散，而后則為微米級的導(dǎo)電石墨，易于分散， 但是導(dǎo)電性能較Super-P差。所W實(shí)際使用過程中，兩者都是同時添加使用，互補(bǔ)不足。
[0006] 碳納米管與碳纖維具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性優(yōu)良、導(dǎo)熱性良好等特點(diǎn)，由于其具有纖長 的纖維狀結(jié)構(gòu)，兩者同時添加到正極中，可與正極材料各組份相互纏繞，起到加固正極材 料、增加導(dǎo)電性的作用，兩者協(xié)同配合，提高了電池的容量和循環(huán)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本專利的目的是提供一種裡離子電池正極漿料及其制備方法，W提高電池容量、 改善電池循環(huán)壽命。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用的技術(shù)方案是；一種裡離子電池正極漿料，包括正 極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑和分散劑，其特征是，還包括碳納米管和碳纖維，導(dǎo)電劑 占總固體重量的〇%-3%，分散劑加入量占總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0%-5%，碳納米管占總固體量的 1%-3%，碳纖維占總固體量重量的1%-5%，所述碳纖維中直粒徑徑D50介于10-200nm之間。
[0009] 所述碳纖維為中空或?qū)嵧?、結(jié)構(gòu)。
[0010] 所述碳纖維的中空結(jié)構(gòu)為單層中空或多層中空。
[0011] 所述正極活性物質(zhì)為LiCo〇2、LiNi〇2、LiMri2〇4、LiNixCOyMn 和LiFeP〇4中的 一種或多種混合物。
[0012] 導(dǎo)電劑為Super-p、石墨導(dǎo)電劑、科琴黑中的一種。
[0013] 所述溶劑為N-甲基化咯燒酬時，粘結(jié)劑為聚偏氣己締。
[0014] 所述分散劑為己二醇或丙S醇。
[0015] 一種裡離子電池正極漿料的制備步驟： (1) WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī)溶解均勻；然后加入 super-P，球磨分散1小時；加入正極活性物質(zhì)，球磨分散2小時； (2) 加入分散劑，球磨分散10分鐘后將碳納米管和碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1 小時； (3) 調(diào)節(jié)漿料粘度到至3000-4000mPa?S，出料。
[0016] 本專利運(yùn)用球磨方式配料，并配合使用分散劑，將碳納米管和碳纖維按比例添加 到裡離子電池正極之中，利用碳納米管和碳纖維具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性優(yōu)良、導(dǎo)熱性良好，W 及其具有的纖維狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其與正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各組份相互纏繞，起到加固正 極材料、增加導(dǎo)電性的作用。從而提高電池容量、改善電池循環(huán)壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0017]W圓柱型18650裡離子電池為例，在正極配料時按本專利所提供的比例及配料方 法添加碳納米管和碳纖維，對比說明其對裡離子電池容量及循環(huán)性能改善。電池設(shè)計中，按 鋼殼填充率95%計算正負(fù)極片長度，實(shí)施例與比較例為正極配料方式及配比舉例。
[001引 實(shí)施例1 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī) 溶解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0019] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)92. 5%的鉆酸裡，球磨分散2小時。
[0020] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的分散劑己二醇，球磨分散10分鐘后將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 3%的碳納米管和占質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1小時。
[0021] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[002引 比較例1 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī) 溶解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0023] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)92. 5%的鉆酸裡，球磨分散2小時。
[0024] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的分散劑己二醇，繼續(xù)分散1小時。
[0025] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[002引實(shí)施例2 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī) 溶解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0027] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)93%的鋪酸裡，球磨分散2小時。
[002引加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的分散劑己二醇，球磨分散10分鐘后將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%的碳納米管和占質(zhì)量分?jǐn)?shù)2. 5%碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1小時。
[0029] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[0030] 比較例2 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī) 溶解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0031] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)93%的鋪酸裡，球磨分散2小時。
[0032] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的分散劑己二醇，球磨分散10分鐘后將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%的碳納米管和占質(zhì)量分?jǐn)?shù)2. 5%碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1小時。
[0033] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[0034] 實(shí)施例3 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī)溶 解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0035] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)94%的磯酸鐵裡，球磨分散2小時。
[0036] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的分散劑己二醇，球磨分散10分鐘后將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1. 5%的碳納米管和占質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 5%碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1小時。
[0037] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[0038] 對比例3 WN-甲基化咯燒酬為溶劑，將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的粘結(jié)劑聚偏氣己締用攬拌機(jī)溶 解均勻。然后加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的super-P，球磨分散1小時。
[0039] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)94%的磯酸鐵裡，球磨分散2小時。
[0040] 加入占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的分散劑己二醇，球磨分散10分鐘后將占固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1. 5%的碳納米管和占質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 5%碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1小時。
[0041] 調(diào)節(jié)漿料粘度到合理范圍，出料。
[0042] 由比較例和實(shí)施例方法制備的漿料制作裡離子電池正極片，并裝配電池，其電池 內(nèi)阻、容量、首次效率和300周循環(huán)容量保持率的數(shù)據(jù)列于表1。
[0043]表1
對比實(shí)施例1和比較例1、實(shí)施例2和比較例2、實(shí)施例3和比較例3可發(fā)現(xiàn)，在正極中 添加碳納米管和碳纖維可有效降低電池的內(nèi)阻、提高電池容量W及循環(huán)性能。原因在于碳 納米管和碳纖維具有的纖維狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其與正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各組份相互纏繞， 起到加固正極材料、增加導(dǎo)電性的作用，從而提高了電池容量、改善了電池的循環(huán)壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑 和分散劑，其特征是，還包括碳納米管和碳纖維，導(dǎo)電劑占總固體重量的〇%-3%，分散劑加 入量占總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的〇%_5%，碳納米管占總固體量的1%_3%，碳纖維占總固體量重量的 1%-5%，所述碳纖維中直粒徑徑D50介于10-200nm之間，其制備步驟如下： (1) 將粘結(jié)劑聚加入溶劑用攪拌機(jī)溶解均勻，然后加入導(dǎo)電劑，球磨分散1小時，再加 入正極活性物質(zhì)，球磨分散2小時； (2) 加入分散劑，球磨分散10分鐘后將碳納米管和碳纖維加入混合液體中繼續(xù)分散1 小時； (3) 調(diào)節(jié)漿料粘度到至3000-4000mPa?s，出料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述碳 纖維為中空或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述碳 纖維的中空結(jié)構(gòu)為單層中空或多層中空。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述正 極活性物質(zhì)為LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiNixCoyMn(1_x_y)02和LiFePO4中的一種或多種混合 物。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述，導(dǎo) 電劑為Super-P、石墨導(dǎo)電劑、科琴黑中的一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述溶 劑為N-甲基吡咯烷酮，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，其特征是，所述分 散劑為乙二醇或丙三醇。
【專利摘要】一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑和分散劑，其特征是，還包括碳納米管和碳纖維。本發(fā)明將碳納米管和碳纖維按比例添加到鋰離子電池正極極之中，利用碳納米管和碳纖維具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性優(yōu)良、導(dǎo)熱性良好，以及其具有的纖維狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其與正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各組份相互纏繞，起到加固正極材料、增加導(dǎo)電性的作用。從而提高電池容量、改善電池循環(huán)壽命。
【IPC分類】H01M4/1393, H01M4/525, H01M4/62, H01M4/133, H01M10/0525, H01M4/505
【公開號】CN104900844
【申請?zhí)枴緾N201510337219
【發(fā)明人】田東
【申請人】田東
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月18日