一种导电剂及其制备方法、锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及一种导电剂及其制备方法、锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池是一种的绿色高能电池，在能源化学与材料化学领域备受关注。导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，不仅影响正负极输送电子的传输和电流的传导，而且很大程度上影响电池的比能量、安全性能、倍率充放电性能、循环寿命和生产成本等。

2、目前，常用的导电剂主要包括炭黑类、石墨类、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等。其中，炭黑、石墨类和碳纤维属于传统的导电剂，能够在活性物质之间各形成点、面或线接触式的导电网络。碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂。其中，碳纳米管在活性物质之间形成线接触式导电网络，石墨烯材料在活性物质间形成面接触式导电网络。上述这几类导电剂应用在锂离子电池当中表现出来缺点在于：炭黑、石墨类导电剂的添加量相对较大，导电性相对较差。碳纤维、碳纳米管和石墨烯使用时分散性较差，价格较高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提供了一种导电剂及其制备方法、锂离子电池，本发明提供的导电剂能够增加活性物质之间的导电性，减小电极的接触电阻，加速电子移动速率，从而提升电池的倍率性能和改善循环寿命。

2、第一方面，本申请提供了一种导电剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、采用水热合成法在硅源载体上合成氢氧化镍，得到氢氧化镍/硅源载体中间体；

4、采用氧化还原法将所述氢氧化镍/硅源载体中间体中的氢氧化镍还原为金属镍，得到金属镍/硅源载体中间体；

5、采用气相沉积法在所述金属镍/硅源载体中间体上沉积碳材料，得到碳材料/金属镍/硅源载体中间体；

6、将所述碳材料/金属镍/硅源载体中间体依次进行碱洗、酸洗、中性洗涤和干燥，得到所述导电剂。

7、进一步地，所述氢氧化镍/硅源载体中间体上的氢氧化镍呈纳米线状。

8、进一步地，所述采用水热合成法在硅源载体上合成氢氧化镍，得到氢氧化镍/硅源载体中间体的步骤包括：

9、得到含有二价镍的第一水溶液；

10、得到含有硅源载体的第二水溶液；

11、将所述第一水溶液和所述第二水溶液进行第一混合，后进行水热合成反应，得到所述氢氧化镍/硅源载体中间体；

12、其中，所述第一水溶液中二价镍和所述第二水溶液中硅源载体的摩尔比为(0.5～1.5):(4～6)；所述水热合成反应的工作参数包括：温度为120～140℃，时间为0.5～1.5h。

13、进一步地，所述二价镍包括氯化镍、氯化镍水合物、硝酸镍、硝酸镍水合物、硫酸镍、硫酸镍水合物、溴化镍、溴化镍水合物、氟化镍、氟化镍水合物、醋酸镍和醋酸镍水合物中的至少一种；所述硅源载体包括二氧化硅、一氧化硅、氮化硅和硅胶中的至少一种。

14、进一步地，所述采用氧化还原法将所述氢氧化镍/硅源载体中间体中的氢氧化镍还原为金属镍，得到金属镍/硅源载体中间体的步骤包括：

15、于氢气和氩气气氛条件下，将所述氢氧化镍/硅源载体中间体进行氧化还原反应，得到所述金属镍/硅源载体中间体；

16、其中，所述氧化还原反应的工作参数包括：温度为400～600℃，时间为0.5～1.5小时。

17、进一步地，所述采用气相沉积法在所述金属镍/硅源载体中间体上沉积碳材料，得到碳材料/金属镍/硅源载体中间体的步骤包括：

18、于氢气和含碳源类气体气氛条件下，将所述金属镍/硅源载体中间体进行气相沉积反应，得到所述碳材料/金属镍/硅源载体中间体；

19、其中，所述气相沉积反应的工作参数包括：温度为700～800℃，时间为0.5～1.5h。

20、进一步地，所述硅源载体为纳米二氧化硅。

21、第二方面，本申请提供了一种导电剂，所述导电剂是采用第一方面任一项所述的制备方法制得。

22、第三方面，本申请提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电解液、隔膜、壳体、电池正极和电池负极；

23、所述电池正极是采用包括第一方面任一项所述的制备方法制得的导电剂的正极浆料制得；和/或，

24、所述电池负极是采用包括第一方面任一项所述的制备方法制得的导电剂的负极浆料制得。

25、进一步地，所述正极浆料还包括正极活性物质和第一粘接剂；其中，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料中的至少一种；所述第一粘接剂包括聚偏氟乙烯；

26、所述负极浆料还包括负极活性物质、第二粘接剂和增稠剂；其中，所述负极活性物质包括石墨，所述第二粘接剂包括丁苯橡胶，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠。

27、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

28、(1)选取载体和生成的催化剂形貌独特。首先，选用了如二氧化硅等硅源作为碳材料沉积的载体材料，通过水热合成的方式合成在二氧化硅上等硅源载体生成纳米线状的氢氧化镍，再通过气相沉积的方法制备导电剂材料。sio2因其易于调控以及良好的热稳定性和较高的机械强度等特点，作为催化剂载体使用，生成纳米氢氧化镍可以使得碳材料的沉积连续均匀；并且二氧化硅为具有颗粒尺寸小、微孔多、比表面积大，进一步使得生成催化剂具有特殊的纳米线状结构。

29、(2)制备导电剂的方法独特。水热合成可以实现均匀有序制备纳米结构的氢氧化镍。水热合成法有利于产物的晶化，气相沉积方有利于碳材料均匀沉积。

30、(3)制备得到的导电剂具有较大的比表面积，在减少导电剂用量的同时可以构成一定规模的导电网络结构，有利于增强电极材料的导电性。并且，导电剂浆料具有较好的细度，在涂布过程当中保证极片具有良好的柔韧特性。利于导电剂在活性物质之间可以起到良好的接触，减低锂离子电池的内阻。

31、(4)制备得到的导电剂对锂离子电池的电化学性能有了显著的提高。由于导电剂本身优异的特性，应用在锂离子电池当中，电池的高温倍率放电容量保持率和常温循环性能保持率都有了明显改善。

32、综上所述，本发明通过设计出比表面积高，浆料细度小的导电剂，能够增加活性物质之间的导电性，减小电极的接触电阻，加速电子移动速率，从而提升电池的倍率性能和改善循环寿命，且不存在现有锂离子导电剂所带来的成本高和分散困难等问题。

技术特征：

1.一种导电剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化镍/硅源载体中间体上的氢氧化镍呈纳米线状。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用水热合成法在硅源载体上合成氢氧化镍，得到氢氧化镍/硅源载体中间体的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二价镍包括氯化镍、氯化镍水合物、硝酸镍、硝酸镍水合物、硫酸镍、硫酸镍水合物、溴化镍、溴化镍水合物、氟化镍、氟化镍水合物、醋酸镍和醋酸镍水合物中的至少一种；所述硅源载体包括二氧化硅、一氧化硅、氮化硅和硅胶中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用氧化还原法将所述氢氧化镍/硅源载体中间体中的氢氧化镍还原为金属镍，得到金属镍/硅源载体中间体的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用气相沉积法在所述金属镍/硅源载体中间体上沉积碳材料，得到碳材料/金属镍/硅源载体中间体的步骤包括：

7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硅源载体为纳米二氧化硅。

8.一种导电剂，其特征在于，所述导电剂是采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括电解液、隔膜、壳体、电池正极和电池负极；

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料还包括正极活性物质和第一粘接剂；其中，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料中的至少一种；所述第一粘接剂包括聚偏氟乙烯；

技术总结
本发明涉及一种导电剂及其制备方法、锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，所述制备方法包括以下步骤：采用水热合成法在硅源载体上合成氢氧化镍，得到氢氧化镍/硅源载体中间体；采用氧化还原法将所述氢氧化镍/硅源载体中间体中的氢氧化镍还原为金属镍，得到金属镍/硅源载体中间体；采用气相沉积法在所述金属镍/硅源载体中间体上沉积碳材料，得到碳材料/金属镍/硅源载体中间体；将所述碳材料/金属镍/硅源载体中间体依次进行碱洗、酸洗、中性洗涤和干燥，得到所述导电剂。采用本发明提供的制备方法所得导电剂能够增加活性物质之间的导电性，减小电极的接触电阻，加速电子移动速率，从而提升电池的倍率性能和改善循环寿命。

技术研发人员：沈列哈,杨允杰,汪勇,何梦娇,高建疆
受保护的技术使用者：华鼎国联动力电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15