一种复合导电剂浆料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料，具体涉及一种复合导电剂浆料及其制备方法。

背景技术：

1、在锂离子电池的制备中，导电剂占据着极其重要的地位。虽然其在整体成分中的比例较小，但是却对电池的性能，如循环性能、容量发挥、倍率性能等产生了深远影响。导电剂的主要功能在于提升电子电导率。为了确保电极具有优良的充放电性能，制造极片时通常会加入一定量的导电剂。这样可以在活性物质之间，以及活性物质与集流体之间，实现微电流的收集，以减少电极的接触电阻，并加快电子的移动速度。此外，导电剂还可以改善极片的加工性，推进电解液对极片的渗透，同时也能有效地提高锂离子在电极材料中的迁移速度，减低极化，从而提高电极的充放电效率和锂电池的使用寿命。

2、目前，锂离子电池的导电剂通常采用导电石墨、乙炔黑或碳纳米管等材料。其中，碳纳米管(cnt)是一种呈线型的一维碳质材料，具有更优越的导电性能和优秀的力学性质。由于在电极中添加的碳纳米管的量较少，所以对电极能量容量的降低程度也相对较小。

3、然而，现有的碳纳米管导电剂仍存在一些不足之处：首先，现有的碳纳米管在合成过程中残留有金属催化剂。在电池高电位的充放电过程中，金属杂质容易氧化并在负极表面析出，这会导致电池内部微短路，自放电严重，甚至引发安全事故。其次，由于碳纳米管之间存在强烈的范德华力，使得其在活性物质中的均匀分散变得困难，容易发生团聚，从而阻碍了导电性能的发挥。最后，碳纳米管的性能单一，无法满足电池极片在高倍率充放电下的高导热散热需求。

4、针对上述问题，本发明提供了一种复合导电剂浆料及其制备方法。这种新型的复合导电剂浆料具有导电性高、分散性好、散热性佳的优点，可以有效解决现有碳纳米管导电剂存在的问题，为锂离子电池的性能提升和使用寿命的延长提供新的可能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种复合导电剂浆料及其制备方法；本发明制备的复合导电剂浆料具有导电性高、分散性好、散热性佳的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合导电剂浆料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将硼酸钠和硅酸钠的混合溶液在75-85℃下磁力搅拌，再加入碳酸氢钠，继续搅拌混合，得到复合溶液；

5、2)将步骤1)的复合溶液进行冷却处理，然后将其置于高温炉中，在氮气或氩气气氛下，以400-500℃热处理2-4h，制得多孔硅酸硼钠复合导热材料；

6、3)按照10:(2～4):(3～6)的质量比将单壁碳纳米管、多孔硅酸硼钠复合导热材料和石墨烯加入到含有聚乙烯醇的溶液中，搅拌混合后，再加入聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯，按照(94～97):(3～6)的质量比将混合物与甲醋酸甲酯混合，得到复合导电剂浆料的初级溶液；

7、4)将步骤3)的初级溶液通过超声波处理设备以200-300w的功率且20-40khz的振荡频率在85-90℃水浴环境下进行30-60分钟的超声处理，然后经真空除气处理得到复合导电剂浆料。

8、优选的，步骤1)中，所述硼酸钠、所述硅酸钠和所述碳酸氢钠的质量比为10:(5～8):2。

9、优选的，步骤4)中，所述真空除气处理为：将浆料置于真空室中，真空度控制在-0.08～-0.15mpa，保持时间为10-20分钟。

10、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量2～4％的硫酸钠稳定剂。

11、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的纳米二氧化硅。

12、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的纳米氧化钛和单宁酸组合物，其中，纳米氧化钛和单宁酸的质量比为(1～2):1。

13、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的碳纳米纤维或硼氮化物。

14、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的聚维酮和硼酸组合物，其中，聚维酮和硼酸的质量比为(1～2):1。

15、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的聚多巴胺和乙酸乙酯组合物，其中，聚多巴胺和乙酸乙酯的质量比为(1～2):1。

16、优选的，步骤3)中，搅拌混合后，还包括加入占溶液总质量1～5％的硫醇基化合物，所述硫醇基化合物为巯基乙酸或甲硫醇。

17、优选的，步骤4)中，超声处理过程中，还包括加入占溶液总质量1～5％的聚氧乙烯表面活性剂。

18、优选的，步骤4)中，超声处理过程中，还包括采用鼓泡器向被处理的混合物中通入惰性气体。

19、优选的，步骤3)中，所述聚乙烯醇和聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯的质量比为(1～2)：1。

20、优选的，所述聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯的合成包括如下步骤：

21、1)将聚尿素和甲基丙烯酸酯按质量比1.2:1溶解在无水乙醇中，形成反应浓度为45％的溶液；

22、2)将溶液放入反应器中，在70～80℃下搅拌反应2～4h；

23、3)反应完成后，将反应液冷却到室温；

24、4)通过真空冷冻干燥的方式，先将真空度调至0.05～0.1mpa，然后将温度控制在-40～-45℃，将溶剂去除，得到聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯。

25、此外，本发明还提供一种复合导电剂浆料，由以上任一段所述的复合导电剂浆料的制备方法制得。

26、相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

27、1)本技术加入碳酸氢钠、硼酸钠和硅酸钠，而碳酸氢钠在高温下分解形成多孔硅酸硼钠复合导热材料具有优异的导热性，可以在电池工作过程中有效地将热量传递到电池外部，防止电池过热，提高电池的稳定性和安全性。

28、2)本技术通过添加石墨烯，石墨烯是碳纳米管的同素异形体，其化学结构与碳纳米管相似，sp2杂化碳原子可以产生许多离域π电子，通过π-π相互作用与碳纳米管结合，使碳纳米管相互分离，提高碳纳米管的分散效果；而且石墨烯具有非常高的比表面积和导电率，可以进一步提高复合导电剂的导电性和稳定性；此外，石墨烯还具有较高的导热系数，可以满足热量在复合导电剂内迅速扩散，使得相变材料的温度更均匀，吸收更多的热量。因此，通过石墨烯和碳纳米管的加入，提高了复合导电剂浆料的电导率，使电池的放电效率得到提升，同时，也改善了复合导电剂浆料的热导率，可降低电池工作过程中的内部温度，提高了电池的工作效率和安全性。

29、3)本技术通过引入聚乙烯醇作为分散剂，聚乙烯醇能够与碳纳米管表面发生相互作用，降低cnts间的相互吸引力，阻止其聚集，从而有效地分散碳纳米管颗粒。本技术通过引入聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯作为浆料稳定剂，可提复合导电剂浆料的稳定性；聚尿素改性α-氰基丙烯酸酯是聚尿素与甲基丙烯酸酯的嵌段共聚物，其存在有利于减少浆料中可能出现的浆料分散相的沉积、分离或结团现象。

30、4)本技术通过加入甲醋酸甲酯，一方面，其作为发泡剂，在混合物搅拌过程会热分解产生气泡，气泡上升过程中，进一步提高混合物的分散效果，而且还可以使导电剂浆料形成孔洞结构，进一步提高散热效果；另一方面，其可作为分散剂，可以对导电剂浆料起到良好的分散效果，稳定碳纳米管分散状态。

31、5)本技术通过超声波处理，能够使复合导电剂浆料中的石墨烯和碳纳米管得到更好的分散，进一步提高导电剂的导电性和稳定性。另外，超声处理可以克服碳纳米管团聚体的强吸附力和破坏碳纳米管长纤维纠缠粘结状态，破坏碳纳米管的团聚体，使碳纳米管团聚体分散开，使复合导电剂浆料分布更均匀、分散效果更好，从而提高电池的充放电效率和循环稳定性。此外，本技术通过真空除气处理，可以去除浆料中的气泡，防止在后续涂布过程中产生气泡影响涂布的均匀性，同时提高电池片的接触度和电池的充放电性能。

32、因此，本发明提供的复合导电剂在导电性、分散性和散热性等方面都得到了显著提升，从而提高了锂离子电池的使用寿命和安全性。