[发明专利]一种锂离子电池特殊结构复合导电剂及含有该导电剂电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池特殊结构复合导电剂及含有该导电剂电池的制备方法，采用静电纺丝技术制备一维碳纤维，其制备过程中将导电剂嵌入其中，合成具有特殊结构的复合导电剂，然后用该特殊结构复合导电剂作为正极或者负极导电剂。本发明制备的碳纤维为直径3nm‑5μm的超细单轴或多轴纤维材料，碳纤维结构将导电剂均匀分散开，匀浆过程中导电剂不易团聚；另外，碳纤维间因为有导电剂颗粒填充，自身也不易团聚，两种导电剂互相支撑形成导电网络；浆料分散好，电解液更好的浸润，良好的电解液浸润能提高活性物质的活性能力，给锂离子提供较好的传输平台和途径，激活材料的能量，从而提高整个电极材料的电化学活性。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池特殊结构复合导电剂及含有该导电剂电池的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池与1991年首次商业化，由于其高能量密度和稳定的化学性质，如今已然成为使用最广泛的便携式电源。

目前商品化锂离子电池正极、负极匀浆工艺是将活性物质粉末、导电剂、粘结剂分散成浆料后涂布在铝箔、铜箔表面形成正极、负极极片。活性物质应均匀分散没有团聚，且导电剂颗粒也应分散均匀，形成全方位的导电网络，起到多尺度综合提升电子电导率的作用。通常正极活性材料导电性差，需要加入导电剂，其中，导电剂主要包括Super-P、科琴黑、乙炔黑、KS-6、CNT、VGCF等，多是以微米甚至纳米颗粒形式存在，在匀浆分散过程中不易分散开，所以为了达到良好的导电效果，通常要加入足够量的导电剂，甚至还要加入一定量的分散剂辅助分散。一方面，过量的导电剂降低活性物质比例，降低了电池能量密度，另外，目前电池发展趋势走向高电压，分散剂的存在势必会产生一些副反应。另一方面，过多的导电剂就需要更多量的粘结剂，这样又会降低极片的导电性，增加电芯内阻。另外，高倍率性电池一般也要求负极加入一定量导电剂，如果分散不均匀，大电流充放电下极片很容易产生电流分布不均匀现象，最终导致电芯的循环性能迅速衰减。

为了进一步提高导电剂的使用效果，现有专利都在原有导电剂基础上进行几种复合，采用各种物理混合的方式将导电剂充分分散，得到混合导电剂来提升材料性能。但是这些通过单纯的物理混合而成的导电剂在电池耐久性验证中容易出现一致性不好，不利于电池长久性能的发挥。

鉴于此，本发明涉及一种新型特殊结构的复合导电剂，创新性的用高导电性碳纤维包覆颗粒导电剂，将微米、纳米级别的导电剂嵌入碳纤维网络中，降低匀浆过程团聚现象。同时碳纤维网络因为有导电剂颗粒的填充、支撑，自身也不易发生团聚。特殊结构复合导电剂具有高分散、高纯度、高导电效率的优异特点，因此无论用在正极还是负极，均可以在原有基础上消减用量。因为导电剂分散均匀，所以导电性得到充分发挥，最终达到相同甚至更好的导电效果。另外，导电剂使用量较少，粘结剂的使用量同时相应减少，进而能够设计生产出容量更高的电池，提升能量密度，同时减低电池整体的材料成本。该特殊结构复合导电剂的制备及应用对锂离子电池能量、功率密度及循环性能的提升具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷：匀浆分散过程中导电剂分散不均匀且添加量高，提供一种导电性好且分散均匀不易团聚的特殊结构复合导电剂。采用该特殊结构复合导电剂设计的电池能量密度、功率密度和循环性能均得到明显提升。

为达到上述目的，本发明巧妙性的采用静电纺丝技术制备一维碳纤维，其制备过程中将导电剂嵌入其中，合成具有特殊结构的复合导电剂。然后用该特殊结构复合导电剂作为正极或者负极导电剂，制备高能量密度或者高功率密度锂离子电池。

经过广泛的研究和反复的试验发现，通过本发明制备的特殊结构复合导电剂具有很高的电子电导率，且易分散均匀，将其应用于锂离子电池中，大大改善了电池的能量密度、功率密度以及循环性能。

为达到上述目的，本发明合成特殊结构复合导电剂提供的技术方案是：