一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体是一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片及其制备方法。

背景技术：

导电剂是制备锂离子电池极片不可缺少的材料之一，极片导电性的好坏，直接关系到电池的倍率、循环性能以及极化内阻和产热问题。影响极片导电性的因素包括导电剂的电导率和电子距导电网络的迁移距离。碳纳米管和石墨烯相比传统的超导炭黑(sp)具有很高的电导率，且相比炭黑，长径比大的特点更容易形成导电网络，满足一定导电性的前提下能够减少导电剂的添加量，从而增加活性物质的比例，提高容量。

但碳纳米管和石墨烯相对导电炭黑价格昂贵，且导电性的好坏与粉体的分散程度密切相关。通过向碳纳米管中掺杂sp颗粒能够达到增强分散的效果，但这种sp掺杂碳纳米管的复合方案，由于碳纳米管形成的网络密集堆积，阻碍了sp颗粒到达正极表面，因而颗粒多数夹杂在碳纳米管之间，并未接触到正极颗粒，仅起到分散碳纳米管的作用。因而从提高导电网络与正极颗粒接触性和经济性上，本专利通过向sp中掺杂碳纳米管，大幅降低cnt含量，增大cnt导电网络孔径，使sp颗粒能够接触甚至进入到正极颗粒空隙来实现分层，起到了分散碳纳米管和增加导电剂与正极颗粒的接触点两种功能，既能够增多导电网络与正极颗粒的接触点又节约了原料成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片，包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性层，所述正极活性层包括正极活性材料、复合导电剂、粘结剂，所述正极活性材料、复合导电剂、粘结剂的质量比为95:2.5:2.5。

进一步方案，所述复合导电剂包括导电剂a和导电剂b，导电剂a占复合导电剂质量的10-30％，导电剂b占复合导电剂质量的70-90％。

进一步方案，所述导电剂a为线状或片状碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述导电剂b为颗粒状超导炭黑(sp)、科琴黑、人造石墨、乙炔黑中的至少一种。

进一步方案，所述正极活性材料为磷酸铁锂、镍钴锰、锰酸锂、镍钴铝正极材料中的一种。

进一步方案，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。

进一步方案，所述正极集流体为铝箔。

本发明的另一个目的在于提供一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粘结剂加入溶剂中，搅拌10-25min直至溶解，加入复合导电剂，低速分散，再加入正极活性材料，高速分散30-60min，得到正极浆料；

(2)将正极浆料涂覆于所述正极集流体上形成所述正极活性层，干燥后得到复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片。

进一步方案，所述步骤(1)中溶剂为n-甲基吡咯烷酮，粘结剂与溶剂质量比为7:93。

进一步方案，所述步骤(1)中低速分散的分散速度为1500rpm，高速分散的分散速度为3000rpm。

本发明的有益效果：本发明选用颗粒状导电剂与线状或片状导电剂复配使用，能够促进线状或片状导电剂碳纳米管或石墨烯的分散，降低二者的使用量，同时，由于降低了导电剂的使用量，增大了相互之间的空隙，使颗粒状导电剂更容易接触到正极活性材料表面和颗粒之间的间隙当中，降低正极活性材料间隙内阻和提容正极片的保液能力，进而提高锂离子电池的倍率和循环性能。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到正极片的电池倍率性能和温升曲线。

图2是对比例1制备得到正极片的电池倍率性能和温升曲线。

图3是是本发明实施例1制备得到正极片的电池高温循环性能曲线。

图4是对比例1制备得到的正极片的电池高温循环性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

具体配比如下图：

实施例1

(1)将263g聚偏氟乙烯(pvdf)加入到3496gn-甲基吡咯烷酮(nmp)中搅拌10min制成胶液；

(2)将1316g碳纳米管浆料(浆料固含量4％，分散剂含量1％，其余nmp)、210gsp依次加入步骤(1)制备好的胶液中，以1500rpm的速度低速分散30min，加入10000g正极材料lini0.6co0.2mn0.2o2，以3000rpm的速度高速分散30min，得到稳定均匀分散的正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上形成正极活性层，干燥后得到复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片。

对涂布后极片进行软包制作，制作完成后进行倍率性能测试(如图1)和高温循环性能测试(如图2)。电池2c倍放保持率98.5％，4c倍放保持率92.1％，4c倍放温升24.2℃。高温循环200周保持率93.66％。

实施例2

(1)将263g聚偏氟乙烯(pvdf)加入到3496gn-甲基吡咯烷酮(nmp)中搅拌20min制成胶液；

(2)将658g碳纳米管浆料(浆料固含量4％，分散剂含量1％，其余nmp)、236gsp依次加入步骤(1)制备好的胶液中，以1500rpm的速度低速分散30min，加入10000g正极材料lini0.6co0.2mn0.2o2，以3000rpm的速度高速分散45min，得到稳定均匀分散的正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上形成正极活性层，干燥后得到复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片。

对涂布后极片进行软包制作，制作完成后进行倍率性能测试(如图1)和高温循环性能测试。电池2c倍放保持率98％，4c倍放保持率91.7％，4c倍放温升温升28.6℃。高温循环200周保持率93.22％。

实施例3

(1)将263g聚偏氟乙烯(pvdf)加入到3496gn-甲基吡咯烷酮(nmp)中搅拌30min制成胶液；

(2)将1974g碳纳米管浆料(浆料固含量4％，分散剂含量1％，其余nmp)、184g颗粒状乙炔黑依次加入步骤(1)制备好的胶液中，以1500rpm的速度低速分散30min，加入10000g正极材料lini0.6co0.2mn0.2o2，以3000rpm的速度高速分散60min，得到稳定均匀分散的正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上形成正极活性层，干燥后得到复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片。

对涂布后极片进行软包制作，制成的电池，电池2c倍放保持率98.7％，4c倍放保持率94.2％，温升22.5℃。高温循环200周保持率94.15％。

实施例4

(1)将154g聚偏氟乙烯(pvdf)加入到2044gn-甲基吡咯烷酮(nmp)中搅拌20min制成胶液；

(2)将513g碳纳米管浆料(浆料固含量4％，分散剂含量1％，其余nmp)、82gsp依次加入步骤(1)制备好的胶液中，以1500rpm的速度低速分散30min，加入10000g正极材料lini0.6co0.2mn0.2o2，以3000rpm的速度高速分散30min，得到稳定均匀分散的正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上形成正极活性层，干燥后得到复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片。

对涂布后极片进行软包制作，制成的电池，电池2c倍放保持率98.2％，4c倍放保持率93.4％，温升31℃。高温循环200周保持率93.06％。

对比例1

(1)将263g聚偏氟乙烯(pvdf)加入到3496gn-甲基吡咯烷酮(nmp)中搅拌20min制成胶液；

(2)将5263g碳纳米管浆料(浆料固含量4％，分散剂含量1％，其余nmp)、52.63g导电剂sp依次加入步骤(1)制备好的胶液中，低速分散30min，得到稳定均匀分散的正极浆料，加入10000glini0.6co0.2mn0.2o2搅拌45min后涂布，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上形成正极活性层，干燥后得到锂离子电池正极片。

对涂布后极片进行软包制作，制作完成后进行倍率性能测试(如图1)和高温循环性能测试(如图2)。电池2c倍放保持率99％，4c倍放保持率96.5％，温升33℃。高温循环200周保持率92.72％。

图1是本发明实施例1制备得到正极片的电池倍率性能和温升曲线。图2是对比例1制备得到正极片的电池倍率性能和温升曲线。图3是本发明实施例1制备得到正极片的电池高温循环性能曲线。图4是对比例1制备得到的正极片的电池高温循环性能曲线。由上述的实施例及对比例可见，低倍率放电时，降低cnt或石墨烯含量对电池倍放性能的影响很小，如图1、2，但放电倍率较高时，对极片导电性要求较高，由于cnt或石墨烯更高的电导率，因而更具优势。通过对比还发现，颗粒导电剂含量较高时，电池倍率放电温升较小，说明导电剂与正极颗粒接触点增多有利于促进散热，减少副反应，因而高温循环性能更好，如图3、4。因此本发明适于应用在对倍率性能没有太高要求的电池产品上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。