[发明专利]用于制备动力锂离子电池负极材料的导电添加剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池负极材料的添加剂及制备方法，特别涉及适用于动力锂离子电池负极材料制备的导电添加剂及制备方法。

背景技术

电极导电剂是影响电极活性材料电化学性能的一个重要材料，尤其在动力锂离子电池方面，更是起着非常关键的作用，有些情况下甚至可以直接决定锂离子电池性能的优劣。因而研发高端动力锂离子电池用电极导电材料及制备方法，对促进动力锂离子电池发展极有价值。

锂离子电池的充放电过程中同时存在离子扩散和电荷转移步骤，因而电极材料必须是离子和电子的良好混合导体。目前锂离子电池所用的正极材料的电导率一般都在10^-1～10^-6s/cm，仅靠其自身导电远远满足不了高倍率充放电的要求，因此需要在活性材料中加入导电剂来改善导电性。锂离子电池的负极多为导电性良好的石墨类材料，在低倍率充放电过程中一般无需添加导电剂，但是对于动力型锂离子电池，加入少许导电剂可降低负极活性材料间的接触电阻，显著削弱电极的欧姆极化情况。因此导电剂对锂离子电池的性能有着很大的影响。碳纳米管具有结晶度高，导电性能优良的性能，同时又具有纤维状结构，有利于在电极中形成有效的导电网络和固定电极材，此外，该材料其比表面大、具有多孔结构，易于吸收电解液，是目前动力锂离子电池的研发关键技术之一。文献及专利[Thorat I V，JPS，2006(162)：673-678；Liu Y J，JPS，2008(184)：522-526；张庆堂.一种锂离子二次电池正极、负极材料导电剂及其制备方法，中国，1770515A[P].2006-05-10.]均报道了碳纳米管导电剂及其复合材料的性能，结果发现，碳纳米管导电剂的性能要优于炭黑、气相生长碳纤维和石墨微粉。然而，碳纳米管的长径比普遍较高，在制作电极片的过程中极易产生碳纳米管自卷绕的情况，不利于导电剂与活性颗粒的均匀分散，而合成较小长径比碳纳米管的工艺又不很成熟，短时间之内无法实现产业化。

发明内容

本发有旨在提供一种可提高与负极活性材料结合力、降低自身团聚现象、提高电极材料性能、易于实现产业化的适用于动力锂离子电池负极材料制备的导电添加剂及制备方法。

本发明通过以下方案实现：

一种用于制备动力锂离子电池负极材料的导电添加剂，由膨胀石墨与碳纳米管形成的复合材料，碳纳米管的一端位于膨胀石墨的层间，另一端裸露于膨胀石墨外，形状类似于“章鱼”，“章鱼身体”为膨胀石墨，“章鱼腕足”为碳纳米管。

为使导电添加剂具有更多更优良的性能，其优选的特征包括：所述碳纳米管为多层碳纳米管，总管径0.5～3nm，裸露于膨胀石墨外的一端长度为10～50μm；所述膨胀石墨的石墨面层数为20～50层，石墨面平均尺寸20～40μm，石墨层间距为0.35～0.85nm。

上述导电添加剂的制备方法，包括下述步骤：

(1)合成膨胀石墨；这一步以石墨为原料，采用现有的有机物插层技术方法来制备。首先将石墨与高氯酸粉体混合均匀(质量比13～6∶1)，而后快速搅拌下加入到冰醋酸(与石墨比例为5g∶6mL)中，继续搅拌一定时间(10～30min)，转入球磨搅拌机中，以1000～5000rpm的转速搅拌0.5～3h，而后在800～2000W功率下超声处理5～72h，通过离心制得可膨胀石墨，再将所得可膨胀石墨在空气气氛下于850～1000℃热处理0.5～2min制备出膨胀石墨。

(2)将单质铁、镍或钴中的一种或多种插入到膨胀石墨层间；可采用现有金属插层方法来制备金属插层膨胀石墨，也可采用下述固相插层技术来制备：在45～100℃条件下，将无水的金属铁盐、镍盐或钴盐中的一种或多种与呈液态的非质子性有机物混合，制得无水金属盐的悬浮溶液，再将所述第(1)步制得的膨胀石墨加入到无水金属盐悬浮液中，搅拌，而后静置0～4h，再于400～700℃隔绝空气热处理，保温12～48h。所述的液态非质子性有机物优选石腊或碳原子数在18～30的直链烷烃中的一种，石腊则优选熔融石腊或石腊油。所述金属盐与液态有机物的混合比例为每10ml有机物与0.5～8g金属盐混合，优选比例为每10ml有机物与1.5～2.5g金属盐混合。

(3)将第(2)步制得的金属插层膨胀石墨于700～1300℃条件下，通入氢气与小分子有机物，恒温1～12h，之后冷却。小分子有机物一般选择为苯、乙炔、甲苯等。