导电材料组合物、使用该导电材料组合物的用于形成锂二次电池的电极的浆料组合物以 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种导电材料组合物、使用该导电材料组合物的用于形成锂二次电池 电极的浆料组合物，以及锂二次电池，所述导电材料组合物能够提供具有更高含量的均匀 分散的碳纳米管的电极，从而提供具有更加改善的电特性和使用寿命特性的锂二次电池电 极。
【背景技术】
[0002] 近来，随着电动车辆、电能储存电池、移动智能设备等市场的快速发展，需要开发 比此前已知的电池表现出更高的容量和输出特性的电池例如锂二次电池等。
[0003] 为了开发高容量电池，电极需要更厚，并且需要从加厚电极到集电器的高效电子 传输。然而，在传统二次电池中用作导电材料的零维碳黑具有难以形成有效传导通路的缺 点，因此不能满足上述技术要求。由于此原因，近来考虑使用具有一维纤维结构的碳纳米管 作为导电材料。
[0004] 此外，对于开发高容量电池，已经广泛考虑并尝试应用新材料例如硅类阳极活性 材料或新的锂复合金属氧化物类阴极活性材料。然而，为了应用这些新材料，例如高容量材 料如硅类阳极活性材料等，必须满足在充电和放电过程中维持导电结构的同时防止绝缘体 或硅发生解理的新的技术要求。
[0005] 为了满足这种新的技术要求，并且为了改善电池的电极特性，例如电性能如导电 性等，已经考虑并尝试用具有一维纤维结构的碳纳米管代替常规用作电极导电材料的碳 黑。特别是，与常规材料相比，这种碳纳米管表现出非常优异的导电性和导热性，而且还维 持作为纤维型导电材料的有效导电结构，因此，碳纳米管作为替代常规材料的新的导电材 料获得了很大的关注。
[0006] 然而，这种碳纳米管的局限性在于当它为用于制备电池的固体粉末形式或浆料形 式时其分散性非常差，因此难以以较高的浓度分散碳纳米管。因而在常规方法中，使用液体 介质和额外的分散剂来均匀分散碳纳米管，然后与用于形成电极的其它组分混合，从而制 备用于形成电极的浆料组合物和电极。然而，为了开发高容量电池，必须提高浆料中的固含 量。因此，为了在加厚电极中产生有效传导通路，需要使用大量碳纳米管作为导电材料。在 此情况下，当使用常规的分散碳纳米管的液体时，难以在用于形成电极的浆料组合物和电 极中包含较高含量的碳纳米管。事实上，在应用碳纳米管来改善电极和电池的特性方面已 经存在限制。而且，液体介质的使用也降低了形成电极的整体加工性能等。
[0007] 为了解决这些问题，对于开发能够通过以高浓度均匀分散固体(例如粉末等)形式 的碳纳米管而提供具有更高碳纳米管含量的电极以及包括该电极的电池的技术存在持续 需求。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 本发明提供一种导电材料组合物，以及使用该导电材料组合物的用于形成锂二次 电池电极的浆料组合物，所述导电材料组合物能够提供具有更高含量均匀分散的碳纳米管 的电极，从而提供具有更加改善的电特性和使用寿命特性的锂二次电池电极。
[0010] 并且，本发明提供一种锂二次电池，该锂二次电池通过包括由所述用于形成电极 的浆料组合物形成的电极而表现出更加改善的特性。
[0011] 技术方案
[0012] 本发明提供一种导电材料组合物，该导电材料组合物包含:碳纳米管；以及包含多 种多环芳烃氧化物的分散剂，其中，所述分散剂含有60重量％以上的分子量为300至1000的 多环芳烃氧化物。
[0013] 所述导电材料组合物可以包含碳纳米管粉末和存在于所述碳纳米管粉末的表面 上的分散剂。
[0014]并且，在包含于所述导电材料组合物中的分散剂中，当对多种多环芳烃氧化物进 行元素分析时，氧含量可以为该分散剂的全部元素含量的12至50重量％。
[0015]此外，在所述分散剂中，多环芳烃氧化物可以具有一个或多个含氧官能团连接至 含有5至30或7至20个苯环的芳烃的结构，并且所述含氧官能团可以包括选自羟基、环氧基、 羧基、硝基和磺基中的一种或多种。
[0016] 同时，相对于100重量份的碳纳米管，所述导电材料组合物可以包含约1至50重量 份或约5至30重量份的所述分散剂。
[0017] 此外，所述导电材料组合物可以用于形成电池电极，更具体而言，该导电材料组合 物可以包含在用于形成锂二次电池电极的浆料组合物中。
[0018] 同时，本发明提供一种用于形成锂二次电池电极的浆料组合物，该浆料组合物包 含:电极活性材料、上述导电材料组合物、粘合剂和溶剂。
[0019] 在所述浆料组合物中，电极活性材料可以包括阴极活性材料或阳极活性材料，粘 合剂可以包括选自偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸 甲酯、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚（苯乙烯-丁二烯)共聚物、藻酸盐和聚多巴胺中的一种或 多种，溶剂可以包括选自水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氢呋喃和癸烷中的一种或多种。
[0020] 此外，相对于100重量份的所述电极活性材料、所述导电材料组合物和所述粘合剂 的全部固含量，所述浆料组合物可以包含70至98重量份的电极活性材料、0.1至15重量份的 导电材料组合物，以及1.0至20重量份的粘合剂。
[0021] 并且，本发明提供一种锂二次电池，该锂二次电池由以下部分组成：阳极，该阳极 包括集电器和在所述集电器上形成的阳极活性材料层，其中，所述阳极活性材料层包含阳 极活性材料、导电材料和粘合剂；阴极，该阴极包括集电器和在所述集电器上形成的阴极活 性材料层，其中，所述阴极活性材料层包含阴极活性材料、导电材料和粘合剂；以及电解质， 其中，所述阳极活性材料层或所述阴极活性材料层中包含的导电材料中的至少一种含有上 述导电材料组合物。
[0022] 所述锂二次电池具有由包含更高浓度的均匀分散的碳纳米管的粉状导电材料组 合物形成的电极，因而该锂二次电池具有更高含量的均匀分散在电极中的碳纳米管。因此， 通过将因碳纳米管的高含量而引起的性能改善最大化，所述锂二次电池能够表现出更优异 的容量特性、电特性以及使用寿命特性。
[0023] 有益效果
[0024] 根据本发明，提供一种新的分散剂以及包含该分散剂的导电材料组合物，所述分 散剂能够以较高浓度均匀地分散粉状碳纳米管。通过使用这种粉状导电材料组合物和包含 该导电材料组合物的用于形成电极的浆料组合物，可以提供具有更高含量的均匀分散的碳 纳米管的电极。
[0025] 因此，通过使用所述电极，可以提供表现出更加改善的电特性、容量特性和使用寿 命特性的电池例如锂二次电池等。结果是，本发明非常有利于实现各种电池(例如锂二次电 池等）中的高容量特性。
【附图说明】
[0026] 图la和图lb(400至500分子量范围的放大图）示出了通过MALDI-T0F质谱分析的沥 青的分子量分布；
[0027] 图2a和图2b(400至500分子量范围的放大图）示出了通过MALDI-T0F质谱分析的实 施例1的分散剂的分子量分布；
[0028] 图3示出了沥青和实施例1的分散剂的13C CPMAS NMR分析的结果；
[0029] 图4示出了沥青和实施例1的分散剂的FT-IR分析的结果；
[0030] 图5示出了对实施例2至4的分散剂的分子量分布进行比较的结果，所述分子量分 布通过MALDI-T0F质谱分析；
[0031]图6a和图6b不出了在实施例9中形成用于形成电极的衆料组合物和电极时，对分 散于活性材料(石墨)表面上的导电材料组合物中的碳纳米管分布进行分析的SEM结果；
[0032] 图7a和图7b为示出了在不使用分散剂的情况下形成的锂二次电池与由实施例5的 导电材料组合物、实施例9的用于形成电极的浆料组合物以及使用实施例1的分散剂的电极 (阴极或阳极)形成的实验例2的锂充分电池之间的电极的电特性比较情况的曲线图。
【具体实施方式】
[0033] 下文中，将更详细地描述根据本发明的具体实施方案的导电材料组合物、使用该 导电材料组合物的用于形成电极的浆料组合物，以及锂二次电池。
[0034] 首先，如本文中使用的"分散剂"是指用于将其它组分例如碳纳米管等均匀分散在 水溶剂、有机溶剂或其它液体介质中的任何组分。
[0035]此外，术语"导电材料