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_3

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或约700的分子量的多环芳烃可以降解为分 子量较低的多环芳烃。并且,向每种多环芳烃的芳环中引入了一个或多个含氧官能团,因 此,可以非常简单地制备包含多种多环芳烃氧化物的混合物,即一个实施方案所述的分散 剂。
[0055] 在所述分散剂的制备方法中,对氧化剂的种类没有特别限制。可以使用任何氧化 剂而没有限制,只要其能够引起向芳烃中引入含氧官能团的氧化反应即可。所述氧化剂的 具体实例可以包括硝酸(HN〇3)、硫酸(H 2S〇4)、过氧化氢(H2〇2)、硫酸铈(IV)铵((冊4)4Ce (S〇4)4)、硝酸铈(IV)铵((NH4) 2Ce(N03)6)等,也可以使用选自它们中的两种或更多种的混合 物。
[0056] 氧化步骤可以在约10至90°C的反应温度下在水溶剂中进行约0.5至20小时。在一 个具体的实施方案中,氧化步骤可以通过在室温下(例如约20°C或80°C下)在液体氧化剂 (例如硫酸和/或硝酸)的存在下加入预定量的包含多环芳烃的混合物而进行约1至12小时。 可以通过控制氧化步骤的反应温度或时间来适当调节分散剂的上述性质,例如多环芳烃的 氧化程度,从而制备具有所期望性能的分散剂。
[0057]此外,如上所述,用作所述制备方法起始物质的含有分子量为200至1500的多环芳 烃的混合物,可以来源于由化石燃料或其产品得到的沥青,并且多环芳烃的种类、结构或分 子量分布可以根据原料的种类等而不同。然而,当对来源于沥青等的含有分子量为200至 1500的多环芳烃的混合物进行氧化过程时,可以简单地制备对于碳类材料具有优异分散性 的一个实施方案所述的分散剂。
[0058]同时,上述制备方法还可以包括对氧化步骤之后的生成物进行提纯而得到多种多 环芳烃氧化物的混合物的步骤。此提纯步骤可以通过包括对氧化步骤的生成物进行离心的 步骤来进行。由于所述提纯步骤,可以合适地得到具有更高纯度的满足上述分子量分布的 多环芳烃氧化物的混合物,即上述分散剂,并且该分散剂能够用于均匀地分散碳纳米管。
[0059] 同时,包含上述分散剂等的一个实施方案所述的导电材料组合物可以包含:呈粉 末或颗粒形式的碳纳米管,以及存在于所述碳纳米管粉末或颗粒的表面上的分散剂。即,所 述分散剂可以通过由于相互作用引起的吸附而存在于碳纳米管粉末的表面上,从而通 过π-π相互作用和排斥力而均匀地分散碳纳米管粉末。因此,可以在不使用额外液体介质的 情况下,通过将其中均匀分散有碳纳米管的粉状导电材料组合物与下面描述的用于形成电 极的浆料组合物的其它组分进行混合而得到浆料组合物和电极。因此,能够制备具有更加 改善的加工性能的其中均匀分散有更高含量碳纳米管的用于形成电极的浆料组合物和电 极。
[0060] 此外,相对于100重量份的碳纳米管,一个实施方案所述的导电材料组合物可以包 含约5至30重量份,或约10至20重量份,或约15至30重量份的分散剂。可以根据分散剂的含 量范围而使具有不同表面积的碳纳米管均匀地分散。
[0061] 上述一个实施方案所述的导电材料组合物可以用于形成各种电池的电极,例如, 它可以包含在锂二次电池的电极浆料组合物中而用于形成锂二次电池的电极,例如阴极或 阳极。
[0062] 根据本发明的另一个实施方案,提供一种用于形成锂二次电池电极的浆料组合 物,该浆料组合物包含上述导电材料组合物。此浆料组合物可以包含电极活性材料、上述一 个实施方案所述的导电材料组合物、粘合剂和溶剂。
[0063] 这种用于形成电极的浆料组合物可以通过将上述粉状导电材料组合物与其它组 分例如活性材料、粘合剂、溶剂等混合来制备。特别是,由于所述浆料组合物通过使用碳纳 米管粉末本身均匀分散的导电材料组合物制得,因而其包含以较高浓度均匀分散的碳纳米 管导电材料,因此,可以制得具有较高含量的均匀分散的碳纳米管的电极。
[0064] 然而,除了使用一个实施方案所述的导电材料组合物外,可以按照常规的用于形 成锂二次电池电极的浆料组合物的组成和制备方法来制备另一个实施方案所述的浆料组 合物。
[0065] 例如,所述浆料组合物可以包含阴极活性材料或阳极活性材料的电极活性材料。 作为所述阴极活性材料,可以使用能够嵌入/脱出锂的金属氧化物、锂复合金属氧化物、锂 复合金属硫化物、锂复合金属氮化物等。此外,作为所述阳极活性材料,可以使用已知用作 锂二次电池的阳极活性材料的任何锂金属或锂合金或者碳类或硅类材料,例如锂金属或锂 合金、焦炭、人造石墨、天然石墨、燃烧有机聚合物化合物、碳纤维、Si、SiO x、Sn或Sn02而没有 特别限制。
[0066] 此外,作为所述粘合剂,可以使用含有选自偏二氟乙烯/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或者它们的混合物的树脂。
[0067] 此外,作为所述溶剂,可以使用选自水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氢呋喃和癸烷中 的一种或多种溶剂,或者它们中的两种或更多种的溶剂混合物。
[0068] 同时,除溶剂外,相对于100重量份的电极活性材料、导电材料组合物和粘合剂的 全部固含量,上述另一个实施方案所述的浆料组合物可以包含约70至98重量份的电极活性 材料,约0.1至15重量份的导电材料组合物,以及约1.0至20重量份的粘合剂。当浆料组合物 包含上述导电材料组合物时,相对于全部固含量,可以以多达约10重量份的高含量包含含 有碳纳米管的导电材料。在所述浆料组合物中,碳纳米管能够以较高浓度维持其均匀分散 的状态。因此,该浆料组合物可以用于制备具有较高含量的均匀分散的碳纳米管并且表现 出更优异的电特性等的电极和电池。
[0069] 同时,根据再一个实施方案,提供一种锂二次电池,该锂二次电池通过使用上述导 电材料组合物和用于形成电极的浆料组合物制得。这种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。
[0070] 这种锂二次电池可以具有更高含量的在电极中作为导电材料均匀分散的碳纳米 管。因此,电极本身的电特性能够获得进一步改善。此外,可以提供一种通过将使用碳纳米 管作为导电材料的优点最大化而表现出改善的电特性、容量特性和使用寿命特性的电池, 例如锂二次电池。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。
[0071] 同时,除了使用一个实施方案所述的导电材料组合物作为导电材料以外,可以按 照常规的锂二次电池的构成来制备所述锂二次电池,因此,将省略对于它的另外描述。
[0072] 下文中,将参照本发明的具体实施例来更详细地描述本发明的作用和效果。然而, 这些实施例仅用于举例说明的目的,并且并非意图使本发明的范围受限于这些实施例。 [0073]实施例1:分散剂的制备
[0074]对由P0SC0得到的石油副产物沥青进行下面的氧化和提纯工艺,制备实施例1的分 散剂。
[0075] 首先,将0.5至1.5g沥青加入75ml硫酸/硝酸的溶液混合物(体积比3:1)中,并在70 °C下进行氧化反应约3.5小时。
[0076]其后,将由氧化反应得到的沥青反应溶液冷却至室温,并用约5倍体积的蒸馏水稀 释,然后在约3500rpm下离心30分钟。接下来,弃去上层清液,加入相同量的蒸馏水并再悬 浮,然后在相同的条件下进行离心。最后,将颗粒回收并干燥。由此,制备实施例1的分散剂。 [0077]首先,通过MALDI-T0F质谱对在分散剂制备过程中用作原料的沥青的分子量分布 进行分析,结果示于图la和图lb(400至500分子量范围的放大图)中,并以相同方式对实施 例1的分散剂的分子量分布进行分析,结果不于图2a和图2b (400至500分子量范围的放大 图)中。该分析在将沥青或分散剂加入基质中并进行混合和干燥后,使用MALDI-T0F质谱仪 (U1 trail ex II,Bruker)来进行。
[0078] 参见图la和图lb(放大图),发现沥青含有分子量为200至1500的多环芳烃。特别
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