一种电池正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到材料领域，具体涉及一种电池正极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂亚电池是当前世界上实际应用电池中比能量最高的一种电池（比能量达到 450wh/kg或lOOOwh/dm 3)，电池电压高并且放电电压平稳，工作温度范围宽，储存寿命长等 优点。它采用多孔电极，正极是以乙炔黑和聚四氟乙烯为主的混合物碳包，既是阴极反应的 催化剂，又是反应产物LiCl. S的载体。目前改善锂亚电池滞后的技术是通过处理锂负极表 面形成的钝化膜来达到的，而我们发现改善电池的大电流放电性能和减少电压滞后可以通 过改进正极活性物质来达到目的。本发明给出了一种通过添加纳米炭材料来改善锂亚电池 电压滞后及大电流放电性能的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种具有良好的导电性能、能够改善大电流放电和滞后性 能的电池正极材料及其制备方法。
[0004] 为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体 组合物中包括乙炔黑，所述纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1-10:100。发明人进行了大量 的实验，发现在正极中加入纳米炭，能够提高孔率、减少碳正极杂质降低其本身电阻率，放 电过程中内阻很快减小，测试电池时性能明显改善，本发明人认为，纳米炭的加入使得不溶 性LiCL和S反应产物分布改善，引起碳包外扩膨胀，出现新的活性表面，延迟了多孔碳电极 的钝化。
[0006] 本发明中，优选的方案为所述纳米炭材料是纳米炭管和链状纳米炭黑一种或两 种。
[0007] 纳米炭的加入，使得正极具有良好的导电性能，因而改善大电流放电和滞后性能。 发明人进一步发现：当电池正极中添加的纳米炭材料与乙炔黑的重量比小于1:100时，制 得的电池随着高温老化或储存时间搁置，很快形成二次钝化膜，性能改善不明显；而电池正 极中添加的纳米炭材料与乙炔黑的重量比大于1:10时，电池反应过度活跃不稳定，同时自 放电加大容量衰减；电池正极中纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1-10:100时，能有效提高 多孔电极的孔率，改善碳电极活性表面，电池性能得到改善。
[0008] 常规工艺中，主载体组合物由按照重量份计的如下成分组成：乙炔黑2000份、铜 粉100份、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液240份、蒸馏水4000份、无水乙醇4600-4800 份。这种配方，可得到颗粒大小粒径均匀的主载体组合物。
[0009] 本发明中，优选的方案为所述主载体组合物由按照重量份计的如下成分组成：乙 炔黑2000份、铜粉100份、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液240份、蒸馏水4000份、无水 乙醇4600-4800份；所述纳米炭按照重量份计为200份。发明人经过多次实验发现，按配方 量加入聚四氟乙烯乳液、蒸馏水和无水乙醇，可得到颗粒大小粒径均匀的主载体组合物。
[0010] 常规工艺和本发明制得的电池正极颗粒的粒径均为1. 5-2. 5mm。
[0011] 本发明还提供上述电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：
[0012] a.将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物；
[0013] b.将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理；
[0014] c.将经过b步骤处理的原料混合物在145-155°C的温度下干燥2-3h，接着在 175-185°C的温度下烘干4. 5-5. 5小时；
[0015] d.将经过c步骤处理的原料混合物在230-250°C的温度下进行起纤处理，得到产 品，所述起纤处理的时间为l〇-15min。
[0016] 本发明中，优选的方案为所述步骤c的干燥温度为150°C，干燥时间为2. 5h。
[0017] 本发明中，优选的方案为所述步骤c的烘干温度为180°C，烘干时间为5h。
[0018] 本发明中，优选的方案为所述起纤处理的温度为240°C，所述起纤处理的时间为 15min〇
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在碳电极中加入纳米炭材料，能够提高 多孔孔率、减少碳正极杂质降低其本身电阻率，随着放电时间的持续钝化膜迅速消除，内阻 很快减小，测试电池时出现内阻先大后减小现象，这是由正负两极间电阻和碳电极外表面 大小及状态决定，而本发明方案使得孔率得到很好的改善，进而使得不溶性LiCL和S产物 分布改善，引起碳包外扩膨胀，出现新的活性表面，从而改善了膜的表面导电特性，延迟了 多孔碳电极的钝化；另外，纳米炭具有良好的导电性能，因而改善大电流放电和滞后性能； 此外，本发明的制备方法简单、易操作。
[0020] 下面【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1
[0022] -种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体 组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成： 乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液24(^、蒸馏水400(^、纳米 炭管200g，无水乙醇4600g。
[0023] 该电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：
[0024] a.将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物；
[0025] b.将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理；
[0026] c.将经过b步骤处理的原料混合物在155°C的温度下干燥2. 5h，接着在180°C的 温度下烘干5小时；
[0027] d.将经过c步骤处理的原料混合物在240°C的温度下进行起纤处理，得到产品，所 述起纤处理的时间为15min。
[0028] 采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
[0029] 实施例2
[0030] 本实施例中纳米炭材料采用链状纳米炭黑，代替实施例1中的纳米炭管，其它配 方，工艺等一样。采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
[0031] 实施例3
[0032] -种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体 组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成： 乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液24(^、蒸馏水400(^、链状 纳米炭黑20g，无水乙醇4600g。其制备方法同实施例1。
[0033] 采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
[0034] 实施例4
[0035] 一种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体 组合物中包括乙炔黑；所述纳米炭材料为纳米炭管；所述主载体组合物由如下成分组成： 乙炔黑2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60%的聚四氟乙烯乳液24(^、蒸馏水400(^、链状 纳米炭黑l〇〇g，无水乙醇4600g。其制备方法同实施例1。
[0036] 采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
[0037] 对比例1
[0038] -种电池正极材料，其由如下组分制成：主载体组合物属常规工艺：乙炔黑 2000g、电解铜粉100g、重量浓度为60 %的聚四氟乙烯乳液240g、蒸馏水4000g、无水乙醇 4600g;所述制备方法均同实施例1。
[0039] 采用上述作为正极，采用金属锂作为负极，电解液，组装成ER34615电池。
[0040] 实施例1
[0041] 分别取实施例1-4、对比例1制得成ER34615电池，分别对电池的性能测试，测试项 目为"250mA连续放电性能测"（用于测试电池的大电流性能）和"56欧负载做滞后性能测 试"（用于测试电池的电池滞后性能）：
[0042] 250mA连续放电性能测试：对实施例1-4、对比例1得到的电池分别取20个样本， 表1中给出其中有代表性的3个样本数据：
[0043] 表1 :ER34615电池大电流测试数据对比表
[0044]
【主权项】
1. 一种电池正极材料，其特征在于由如下组分制成；主载体组合物、纳米炭材料； 所述主载体组合物中包括己诀黑，所述纳米炭材料与己诀黑的重量比为1-10:100。
2. 根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于：所述主载体组合物由按照重量 份计的如下成分组成；己诀黑2000份、重量浓度为60%的聚四氣己締乳液240份、蒸馈水 4000份、无水己醇4600-4800份；所述纳米炭材料按照重量份计为200份。
3. 根据权利要求2所述的电池正极材料，其特征在于；所述纳米炭材料是纳米炭管、链 状纳米炭黑中的一种或两种。
4. 一种根据权利要求1-3任一项所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于依次包 括如下步骤： a. 将配方量的主载体组合物、纳米炭材料混合均匀，得到原料混合物； b. 将经过a步骤得到的原料混合物进行挤压抛丸成型处理； C.将经过b步骤处理的原料混合物在145-155 °C的温度下干燥2-化，接着在 175-185°C的温度下烘干4. 5-5. 5小时； d.将经过C步骤处理的原料混合物在230-250°C的温度下进行起纤处理，得到产品，所 述起纤处理的时间为l〇-15min。
5. 根据权利要求4所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤C的干燥 温度为150°C，干燥时间为2.化。
6. 根据权利要求4所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤C的烘干 温度为180°C，烘干时间为化。
7. 根据权利要求4所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述起纤处理的温 度为240°C，所述起纤处理的时间为15min。
【专利摘要】本发明涉及一种电池正极材料，其由如下材料制成：主载体组合物、纳米炭材料；所述主载体组合物中含乙炔黑，所述纳米炭材料与乙炔黑的重量比为1-10:100。本发明的电池正极材料的制备方法，其依次包括如下步骤：a.混料；b.挤压抛丸成型；c.干燥、烘干；d.起纤，得到产品。本发明的电池正极材料，具有良好的导电性能、能够改善大电流放电和滞后性能等优点，其制备方法简单、易操作。
【IPC分类】H01M4-62, H01M4-587
【公开号】CN104538631
【申请号】CN201410856767
【发明人】谭海魁, 薛建军, 吴凡
【申请人】广州市里亚电池有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日