一种锂离子电池正极浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本专利设及一种裡离子电池正极浆料及其制备方法，具体为碳纳米管和碳纤维材 料在裡离子电池正极中的应用。
【背景技术】
[0002] 目前随着全球性石油资源紧缺与气候环境的不断恶化，人类社会发展面临着严峻 的挑战。发展清洁节能的新能源汽车受到世界各国的高度重视。新能源汽车的发展，关键 在其动力电源。裡离子电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、使用 寿命长、无环境污染等优点，是目前新能源汽车主要的动力电源。而裡离子电池关键电极材 料是电池性能的最终决定性因素，其中正极材料对裡离子电池性能的提高起着至关重要的 作用。因此，开发高性能、廉价的正极材料对促进新能源汽车及相关新兴产业的发展具有重 要的意义。
[0003] 裡离子电池的正极材料一般为过度金属氧化物，如；LiCo化、LiNi化、LiMn化、和 LiNi,C〇yMn 等，W及过度金属的磯酸盐，如；LiMP〇4;它们电导率低，一般是半导体或 是绝缘体。理想的正极为离子和电子的混合导体，电子导电性和正极导电性好坏有关；离子 传导性和正极的孔容有关，多孔结构可W提供电解液的存储场所，为电极快速反应提供缓 冲离子源。导电剂在正极的作用主要是提高正极的导电性。
[0004] 优异的导电剂需要具备W下几个特征；一、电导率较高，高电导率的材料能提高电 子的迁移速率；二、粒径较小，小粒径的材料能填充裡离子电池正、正极材料的空隙，使材料 之间的接触较好，易于裡离子的脱出、嵌入；=、高比表面积，比表面积大的材料能较好的与 正、正极材料接触，同样易于电解液的保持，便于裡离子的脱嵌与电子迁移；四、易于分散， 在正、正极材料配置浆料过程中易于打散和分散，能较好的与正、正极材料混合在一起；五、 高稳定性，在裡离子电池充放电的过程中能稳定存在，不会发生体积变化而影响电池的循 环性能。
[000引 目前市场上裡离子电池导电剂主要为Super-P与KS系列，此两类产品皆为国外进 口，前者为纳米级的炭黑类产品，既有较小的粒径和较大的比表面积，又具有较好的导电性 能，但是由于粒径较小及比表面积较大，不易分散，而后则为微米级的导电石墨，易于分散， 但是导电性能较Super-P差。所W实际使用过程中，两者都是同时添加使用，互补不足。
[0006] 碳纳米管与碳纤维具有强度高、导电性优良、导热性良好等特点，由于其具有纤长 的纤维状结构，两者同时添加到正极中，可与正极材料各组份相互缠绕，起到加固正极材 料、增加导电性的作用，两者协同配合，提高了电池的容量和循环性能。
【发明内容】
[0007] 本专利的目的是提供一种裡离子电池正极浆料及其制备方法，W提高电池容量、 改善电池循环寿命。
[0008] 为实现上述目的，本专利采用的技术方案是；一种裡离子电池正极浆料，包括正 极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂和分散剂，其特征是，还包括碳纳米管和碳纤维，导电剂 占总固体重量的〇%-3%，分散剂加入量占总固体质量分数的0%-5%，碳纳米管占总固体量的 1%-3%，碳纤维占总固体量重量的1%-5%，所述碳纤维中直粒径径D50介于10-200nm之间。
[0009] 所述碳纤维为中空或实屯、结构。
[0010] 所述碳纤维的中空结构为单层中空或多层中空。
[0011] 所述正极活性物质为LiCo〇2、LiNi〇2、LiMri2〇4、LiNixCOyMn 和LiFeP〇4中的 一种或多种混合物。
[0012] 导电剂为Super-p、石墨导电剂、科琴黑中的一种。
[0013] 所述溶剂为N-甲基化咯烧酬时，粘结剂为聚偏氣己締。
[0014] 所述分散剂为己二醇或丙S醇。
[0015] 一种裡离子电池正极浆料的制备步骤： (1) WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将粘结剂聚偏氣己締用揽拌机溶解均匀；然后加入 super-P，球磨分散1小时；加入正极活性物质，球磨分散2小时； (2) 加入分散剂，球磨分散10分钟后将碳纳米管和碳纤维加入混合液体中继续分散1 小时； (3) 调节浆料粘度到至3000-4000mPa?S，出料。
[0016] 本专利运用球磨方式配料，并配合使用分散剂，将碳纳米管和碳纤维按比例添加 到裡离子电池正极之中，利用碳纳米管和碳纤维具有强度高、导电性优良、导热性良好，W 及其具有的纤维状结构特点，使其与正极活性物质、导电剂等各组份相互缠绕，起到加固正 极材料、增加导电性的作用。从而提高电池容量、改善电池循环寿命。
【具体实施方式】
[0017]W圆柱型18650裡离子电池为例，在正极配料时按本专利所提供的比例及配料方 法添加碳纳米管和碳纤维，对比说明其对裡离子电池容量及循环性能改善。电池设计中，按 钢壳填充率95%计算正负极片长度，实施例与比较例为正极配料方式及配比举例。
[001引 实施例1 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为1. 5%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机 溶解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0019] 加入占固体质量分数92. 5%的钻酸裡，球磨分散2小时。
[0020] 加入占固体质量分数2%的分散剂己二醇，球磨分散10分钟后将占固体质量分数 3%的碳纳米管和占质量分数3%碳纤维加入混合液体中继续分散1小时。
[0021] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[002引 比较例1 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为1. 5%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机 溶解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0023] 加入占固体质量分数92. 5%的钻酸裡，球磨分散2小时。
[0024] 加入占固体质量分数2%的分散剂己二醇，继续分散1小时。
[0025] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[002引实施例2 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为1. 5%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机 溶解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0027] 加入占固体质量分数93%的铺酸裡，球磨分散2小时。
[002引加入占固体质量分数1%的分散剂己二醇，球磨分散10分钟后将占固体质量分数 2%的碳纳米管和占质量分数2. 5%碳纤维加入混合液体中继续分散1小时。
[0029] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[0030] 比较例2 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为1. 5%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机 溶解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0031] 加入占固体质量分数93%的铺酸裡，球磨分散2小时。
[0032] 加入占固体质量分数1%的分散剂己二醇，球磨分散10分钟后将占固体质量分数 2%的碳纳米管和占质量分数2. 5%碳纤维加入混合液体中继续分散1小时。
[0033] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[0034] 实施例3 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为2%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机溶 解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0035] 加入占固体质量分数94%的磯酸铁裡，球磨分散2小时。
[0036] 加入占固体质量分数1%的分散剂己二醇，球磨分散10分钟后将占固体质量分数 1. 5%的碳纳米管和占质量分数1. 5%碳纤维加入混合液体中继续分散1小时。
[0037] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[0038] 对比例3 WN-甲基化咯烧酬为溶剂，将占固体质量分数为2%的粘结剂聚偏氣己締用揽拌机溶 解均匀。然后加入占固体质量分数1%的super-P，球磨分散1小时。
[0039] 加入占固体质量分数94%的磯酸铁裡，球磨分散2小时。
[0040] 加入占固体质量分数1%的分散剂己二醇，球磨分散10分钟后将占固体质量分数 1. 5%的碳纳米管和占质量分数1. 5%碳纤维加入混合液体中继续分散1小时。
[0041] 调节浆料粘度到合理范围，出料。
[0042] 由比较例和实施例方法制备的浆料制作裡离子电池正极片，并装配电池，其电池 内阻、容量、首次效率和300周循环容量保持率的数据列于表1。
[0043]表1
对比实施例1和比较例1、实施例2和比较例2、实施例3和比较例3可发现，在正极中 添加碳纳米管和碳纤维可有效降低电池的内阻、提高电池容量W及循环性能。原因在于碳 纳米管和碳纤维具有的纤维状结构特点，使其与正极活性物质、导电剂等各组份相互缠绕， 起到加固正极材料、增加导电性的作用，从而提高了电池容量、改善了电池的循环寿命。
【主权项】
1. 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂 和分散剂，其特征是，还包括碳纳米管和碳纤维，导电剂占总固体重量的〇%-3%，分散剂加 入量占总固体质量分数的〇%_5%，碳纳米管占总固体量的1%_3%，碳纤维占总固体量重量的 1%-5%，所述碳纤维中直粒径径D50介于10-200nm之间，其制备步骤如下： (1) 将粘结剂聚加入溶剂用搅拌机溶解均匀，然后加入导电剂，球磨分散1小时，再加 入正极活性物质，球磨分散2小时； (2) 加入分散剂，球磨分散10分钟后将碳纳米管和碳纤维加入混合液体中继续分散1 小时； (3) 调节浆料粘度到至3000-4000mPa?s，出料。2. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述碳 纤维为中空或实心结构。3. 根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述碳 纤维的中空结构为单层中空或多层中空。4. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述正 极活性物质为LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiNixCoyMn(1_x_y)02和LiFePO4中的一种或多种混合 物。5. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述，导 电剂为Super-P、石墨导电剂、科琴黑中的一种。6. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述溶 剂为N-甲基吡咯烷酮，粘结剂为聚偏氟乙烯。7. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，其特征是，所述分 散剂为乙二醇或丙三醇。
【专利摘要】一种锂离子电池正极浆料及其制备方法，包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂和分散剂，其特征是，还包括碳纳米管和碳纤维。本发明将碳纳米管和碳纤维按比例添加到锂离子电池正极极之中，利用碳纳米管和碳纤维具有强度高、导电性优良、导热性良好，以及其具有的纤维状结构特点，使其与正极活性物质、导电剂等各组份相互缠绕，起到加固正极材料、增加导电性的作用。从而提高电池容量、改善电池循环寿命。
【IPC分类】H01M4/1393, H01M4/525, H01M4/62, H01M4/133, H01M10/0525, H01M4/505
【公开号】CN104900844
【申请号】CN201510337219
【发明人】田东
【申请人】田东
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日