[发明专利]一种复合导电剂及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种复合导电剂及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，该复合导电剂是在初始导电剂的表面生长金属有机骨架2‑甲基咪唑锌盐，再经高温碳化、酸刻蚀得到表面包覆有多孔无定形碳的复合导电剂；其中，初始导电剂是由颗粒状导电剂和线状导电剂组成。本发明通过将颗粒状导电剂锚定在线性导电剂碳纳米管上，通过空间位阻排斥作用，改善碳纳米管的分散能力；正负极浆料中，颗粒状导电剂填充在活性材料颗粒之间，线状导电剂则远程将颗粒状导电剂搭接起来，形成点线三维网状导电网络，改善导电剂和活性材料的接触性能，提高电子传输效率，降低活性物质在充放电过程中发生膨胀所引起的接触不充分的概率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合导电剂及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着能源和环境的危机日益严重，清洁、可持续能源使用及存储成为研究的热点。锂离子电池具有能量密度高、尺寸灵活、循环稳定性高、应用领域不受限等诸多优点，受到了各个行业的大力关注。目前，高比能量锂离子电池常用的正极活性材料为高镍过渡金属氧化物，由于它们多数是半导体或绝缘体，其电导率在10^-3～10^-9S/cm之间，且锂离子的固相扩散速率缓慢，严重影响其内阻、倍率、容量发挥、循环稳定等性能。因此，需要添加导电剂提高电子电导率。而导电剂的种类、用量及分布状态对活性物质利用率、循环稳定性、倍率及低温放电性能影响较大。

常用的锂离子电池导电剂有颗粒状导电剂和线状导电剂，如炭黑(SP)、科琴黑(KB)、导电石墨(KS-6)等属于颗粒状导电剂，气相沉积纳米碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)等属于线状导电剂，颗粒状导电剂属于点接触，仅能提供短程电子传输，而线状导电剂能提供长程的点对线导电路径，一般较好的效果是搭配使用两类导电剂，形成三维网状导电网络。

碳纳米管拥有较好的结晶度，优良电子运输特性以及较低的电阻率(3.5×10²Ω·cm)等诸多优良特性，是极佳的锂离子电池导电剂，碳纳米管作为新型的纤维状导电剂，能够形成更为完整的三维导电网络，与传统导电剂如导电碳黑等相比，碳纳米管具有更高的电子导电率，所需的用量也相应的降低，提高容量和能量密度。然而，碳纳米管作为导电剂提升电池性能，应用难点是在于其与活性物质颗粒的充分接触和均匀分散。如果分散不均匀，导电性能不能充分发挥，所以导电剂能否发挥其优异的导电性能很大程度上取决于其在活性材料中的分散状态。碳纳米管直径小、长径比大，在范德华力的作用下，极易发生团聚，一般情况下，碳纳米管以纠缠团聚体状态存在，不利于其均匀分散。

碳纳米管的分散可分为物理和化学方法。物理分散碳纳米管的方法主要有超声分散、剪切混合、研磨等，优点是处理量大、不破坏碳纳米管表面等优点，然而单一的物理分散只能使碳纳米管团聚体宏观地与基体粉体混合，对碳纳米管团聚体自身的分散无能为力。化学分散主要是在其表面修饰亲水官能团如羟基、羧基或具有亲水端的聚合物，以提高其分散性，化学分散碳纳米管的方法产量低，修饰过度可能影响碳纳米管的导电性能。本发明提供了一种高分散锂离子电池导电浆料，能够很好的解决碳纳米管的分散问题，改善了电池电性能的同时提高了碳纳米管的利用率，具有工业应用前景。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种复合导电剂及其制备方法和锂离子电池，通过将颗粒状导电剂锚定在线性导电剂上，改善线性导电剂的分散能力；正负极浆料中，颗粒状导电剂填充在活性材料颗粒之间，线状导电剂则远程将颗粒状导电剂搭接起来，形成点线三维网状导电网络，改善导电剂和活性材料的接触性能。

本发明提出的一种复合导电剂，是在初始导电剂的表面生长金属有机骨架2-甲基咪唑锌盐，再经高温碳化、酸刻蚀得到表面包覆有多孔无定形碳的复合导电剂；其中，初始导电剂是由颗粒状导电剂和线状导电剂组成。

优选地，所述线状导电剂为碳纳米管或改性碳纳米管；优选地，线状导电剂为经酸化处理的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的组合物；优选地，单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的重量比为1：30～60。