[发明专利]一种碳纳米导电剂用于锂离子电池水系浆料的方法

说明书

技术领域

本发明属于导电剂和锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳纳米导电剂用于锂离子电池水系浆料的方法。

背景技术

自从上世纪90年代索尼公司首次将锂离子二次电池推向商品化以来，锂离子电池由于比能量高、工作电压高、自放电低、循环寿命好、对环境友好、安全性能较好，已经率先成为了新能源领域的佼佼者，目前已经广泛应用于移动通讯设备、电动工具、电动自行车等方面，目前正在研发和拓展锂离子电池在电动汽车、储能电站以及军工等领域的应用。

电极材料的导电性提升是提高电池性能的一个关键因素，如对于市场上锂离子电池的钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂以及三元正极活性材料，都存在一个共同的缺点：电子导电性较低。因此为了提高正极活性材料的利用率，必须改善正极活性材料和集流体之间以及活性材料颗粒之间的导电性。当前有效解决方案是通过在正极活性材料中加入碳导电剂来提高正极的导电性。目前市售锂离子电池的负极活性物质主要以石墨类材料为主，尽管石墨材料本身的电导性较好，但是充放电过程中，其体积膨胀收缩较大，使石墨颗粒之间的接触链接点减少，甚至最终脱离集电极变成没有容量贡献的活性材料，因此在锂离子电池负极中也是通过加入碳导电剂来提高负极材料的循环稳定性。

碳导电剂的使用还能够提高正极/负极中锂离子的扩散系数，提升锂离子电池的倍率性能。目前市场上的碳导电剂主要有导电炭黑（包括Super-P，乙炔黑等）、导电石墨（包括各向同性石墨和各向异性石墨）、碳纤维（VGCF）中的两种或多种组合，但随着动力锂离子电池对倍率性能和长循环寿命方面的要求，目前的碳导电剂已逐渐不能满足其动力性能需求，因此迫切需要开发出新的锂离子电池导电剂。

以碳纳米管和石墨烯为代表碳纳米材料由于优异的电子导电性能，成为了新一代导电剂的研究热点，并且随着研究的逐渐深入，其大规模生产和成本问题也在被逐渐解决中，碳纳米管已经被成功的大规模应用于商用动力锂离子电池中。但是大多数碳纳米材料本身是疏水的，在不使用表面活性剂的前提下，很难在水溶液中将其均匀的分散，导致极片加工性能不合格，导致其无法在锂离子电池水系工艺中的使用。而表面活性剂多是高分子聚合物，其本身是绝缘材料，表面活性剂的加入，尽管能够使得碳纳米材料在水溶液中较好的分散，但也会较大幅度的影响碳纳米材料的导电性。因此，对于碳纳米材料作为锂离子电池导电剂应用于锂离子电池水系工艺中，其均匀分散性和保持疏水碳纳米材料本身较高的电导性之间的矛盾问题，始终未能找到较好的解决方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种碳纳米导电剂用于锂离子电池水系浆料的方法，解决疏水性的碳纳米材料应用于锂离子电池正极/负极的水系工艺中存在的问题。该工艺方法简单，成本低廉，只需对常规的锂离子电池水系打浆工艺在过筛工段前，添加浆料的球磨工序，即可成功的将疏水的碳纳米材料应用于锂离子电池正极/负极的水系工艺中。经过倍率性能测试发现其在大放电倍率下，与添加表面活性剂的电池相比，比容量发挥上有较大的提高。

本发明的技术方案是：

一种碳纳米导电剂用于锂离子电池水系浆料的方法，包括如下步骤：

（1）锂离子电池水系浆料配方：以重量份数计，正极水系浆料包括正极活性物质90~97份、导电添加剂0.1~5份、粘结剂（包括增稠剂）4～10份和溶剂；负极水系浆料包括负极活性物质90～98份、导电添加剂0.1~5份、粘结剂（包括增稠剂）4～10份和溶剂；通过调节溶剂的加入量使水性浆料的粘度达到1000~15000mPa·s。

（2）对水系浆料进行打浆，打浆后的水系浆料再进行球磨，其中：球磨的转速为50～10000转/分钟，球磨时间为2～1000分钟；

（3）将球磨后的水系浆料过筛涂布后加工为锂离子电池极片。

所述的导电添加剂为疏水性的碳纳米导电剂材料或者疏水性的碳纳米导电剂材料与导电炭黑、导电石墨和碳纤维（VGCF）中的一种或多种形成的混合碳材料。所述疏水性的碳纳米导电剂材料为二维碳纳米材料石墨烯和一维碳纳米材料碳纳米管中的一种或两种。

所述二维碳纳米材料石墨烯是以化学氧化还原方法、石墨插层法和气相沉积方法中的一种或多种方法制备，石墨烯层数1～30层，其片层尺寸0.01～300微米。

所述一维碳纳米材料碳纳米管，其直径在0.5～500纳米之间，长度在0.1微米～1厘米之间。

所述溶剂为水，或者溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、异丙醇、丙酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种与水混合而成。

所述打浆后的浆料，浆料的粘度范围在1000～15000mPa·s。