[发明专利]锂离子电池极片制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池极片制备方法，尤其涉及一种碳纳米管导电剂在制备锂离子电池极片上的应用方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、工作电压高、应用温度范围宽、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池。

对于电池来说，内阻大影响其能量输出，在使用过程中电池本身的内电压较高，会导致输出的电压平台降低，因而电池容量偏低。这种容量偏低除了与电池的结构、正负极材料搭配、电解液体系等有关外，还与正极和负极材料中导电碳的添加量、添加品种和工艺有关。此外，放电过程中电池本身消耗的能量转化为热能，内阻大对电池出力、电池寿命及安全性都有较大影响。经过研究，电池内阻的产生部位包括正极片、负极片、隔离膜、外包装等，其中正极片由于材料本身的电导率低，其电阻占内阻的比例达到80-90％。

另外，目前电池、尤其是锂离子电池的应用领域正在扩大，就其使用而言，正在逐渐进入一些高温场所及低温场所，这就需要电池能够在恶劣的条件下发挥出较好的电化学性能。研究表明，锂离子电池的高低温性能与电解液、正极材料、负极材料的关系非常大，尤其是在低温环境下正极材料的导电性能对电池性能影响很大。

再者，目前锂离子电池存在的另一个不足是使用寿命较短，一般使用3～5 年后就不能正常地进行充放电，这种功能的缺失主要是因为电池体系内一部分活性材料失去了储存锂离子的能力，导致锂离子不能正常地在正负极之间来回穿梭。实验表明，可以通过改善正负极材料的导电性能以及导电剂的结构来延长电池的使用寿命。

基于以上分析可见，正负极材料的导电性能是克服上述缺陷的关键。据此，发明人认为具有一定长径比、导电性能优异的碳纳米管导电剂是解决上述问题的理想选择。

碳纳米管于1991年由日本科学家饭岛澄男发现(Helical microtubules ofgraphitic carbon”，S Iijima，Narure.Vol.354，P56(1991))，由于其具有优异的力学、热学及电学性能，引起了科技工作者的关注，关于其制备、表征及应用性能的报道非常多，在锂离子电池及电池领域的应用也有相应文献，如中国科学院的王国平等人将碳纳米管作为导电材料加入到正极中(《碳纳米管用作锂离子电池正极导电剂》，王国平，2004年中国纳米技术应用研讨会，P302(2004))，但是，上述锂离子电池的内阻仍然较大，以致充放电性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池极片制备方法，以制备导电性能较强的锂离子电池极片。

为了实现上述发明目的，本申请的发明人经过长期潜心研究发现，导电性能优异的碳纳米管在电池极片中作为导电材料效果不佳的原因在于分散欠佳，因为相对于其他普通导电碳而言，碳纳米管呈线状结构，直径更小，长度更短，分散起来更容易出现团聚现象，因此，碳纳米管的分散是其在电池中应用的重要问题。为此，提出了将碳纳米管粉料加入溶剂和表面活性剂中进行预分散，制备成浆料的方法来解决纳米导电碳的分散困难问题。

本发明提供一种锂离子电池极片制备方法，其步骤为：将碳纳米管粉料加 入溶剂和表面活性剂中分散均匀，得到碳纳米管浆料；以碳纳米管浆料制备极片浆料，并以得到的极片浆料制备锂离子电池极片。

由于碳纳米管越细，其比表面积越大，吸油值越高，因而需要更多的黏接剂，另一方面，目前正负极活性材料的粒径在几个μm至20μm之间，因此为了达到更好的分散和导电作用，作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述碳纳米管为单壁、双壁或多壁碳纳米管，其直径为2-20nm、长度为0.2-20μm。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述碳纳米管浆料中，碳纳米管的重量含量为2-13.8％。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述表面活性剂是在锂离子电池电化学工作电压范围内性质稳定的表面活性剂，为分散剂、消泡剂、润湿剂、流平剂中的一种或几种。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述碳纳米管浆料包括水系浆料和油系浆料：在水系浆料，所述分散剂为聚氧乙烯醚嵌段共聚物、聚胺盐、醇类等，如AFE1080、PE100；在油系浆料中，所述分散剂为聚硅氧烷及其改性物、聚胺盐、有机溶剂(高分子量烷烃、酯类、酮类等)、聚吡咯烷酮(PVP)等，如Texaphor 963、PVP。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述消泡剂为聚硅氧烷或其改性物，如8034、8034A、E8、E2。