一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池。该复合导电剂由导电炭黑、导电石墨、碳纳米管按(1.5‑2.0)：(1.4‑2.0)：(0.7‑1.0)的重量比组成。本发明专利技术提供的复合导电剂，导电炭黑的粒径较小，属于点状导电剂；碳纳米管具有线状结构，属于线状导电剂；导电石墨为片层结构，属于面状导电剂；这样三种不同维度的导电剂在三元电池里的有机组合，可以综合利用各导电剂的优点，充分发挥协同耦合作用，从改善压实、促进分散、构建导电网络、提高离子和电子电导率等多个方面降低直流内阻，最终实现优化三元电池的过充性能的目的。

A composite conductive agent, lithium ion battery cathode and lithium ion battery

The invention relates to a composite conductive agent, a lithium ion battery cathode and a lithium ion battery. The composite conductive agent is composed of conductive carbon black, conductive graphite and carbon nanotube according to the weight ratio of (1.5: 2): (1.4 2 2): (0.7 1 1). The composite conductive agent provided by the invention is small in particle size of conductive carbon black and belongs to a spot conductor; carbon nanotubes have a cable structure, a linear conductor, a conductive graphite as a lamellar structure and a surface conductive agent, so that the organic combination of three different dimensions in the three yuan battery can be used in a comprehensive use of various conductions. In order to optimize the over charge performance of three yuan batteries, the advantages of the electric agent are to make full use of the synergistic effect and reduce the DC internal resistance from many aspects, such as improving compaction, promoting dispersion, building conductive network, improving ion and electronic conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池电极材料用添加剂领域，具体涉及一种复合导电剂、锂离子电池正极及锂离子电池。
技术介绍
目前，三元正极材料电池(即三元电池)因具有高克容量、高电压、高能量密度、高压实密度、低成本等特点，在动力电池等领域的应用越来越广泛。三元电池的主要缺点在于过充性能较差，如何降低电池的直流内阻，从而降低阻抗值，对改善三元电池的过充性能具有重要作用。对于正极材料而言，其电子导电性和离子导电性与负极相比相差很大，提高正极部分的导电性是提高电池导电性的制约因素，也是降低电池直流内阻的控制步骤。公告号为CN103887556B的专利公开了一种动力储能聚合物锂离子电池，其正极浆料主要由聚偏氟乙烯、复合导电剂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂组成，其中复合导电剂由导电剂SP和碳纳米管按一定重量比混合而成。该复合导电剂在应用时，不能有效降低三元电池的内阻，对三元电池的过充性能的改善十分有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合导电剂，从而解决现有导电剂不能有效降低三元电池直流内阻的问题。本专利技术的第二个目的在于提供使用上述复合导电剂的锂离子电池正极。本专利技术的第三个目的在于提供使用上述锂离子电池正极的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种复合导电剂，由导电炭黑、导电石墨、碳纳米管按(1.5-2.0)：(1.4-2.0)：(0.7-1.0)的重量比组成。本专利技术提供的复合导电剂，导电炭黑的粒径较小，属于点状导电剂；碳纳米管具有线状结构，属于线状导电剂；导电石墨为片层结构，属于面状导电剂；这样三种不同维度的导电剂在三元电池里的有机组合，可以综合利用各导电剂的优点，充分发挥协同耦合作用，从改善压实、促进分散、构建导电网络、提高离子和电子电导率等多个方面降低直流内阻，最终实现优化三元电池的过充性能的目的。导电炭黑、导电石墨、碳纳米管的重量比为2.0：1.4：0.7。进一步优选的，所述导电炭黑为导电剂SP，所述导电石墨为KS6。导电剂SP的粒径为30-50nm，KS6的粒径为5-20μm。所述碳纳米管的管径为10-20nm。采用上述种类和比例的复合导电剂，对降低三元电池直流内阻的效果最佳，而且在低荷电状态下仍保持低阻抗特性，可以进一步优化三元电池的循环性能和倍率性能。本专利技术的锂离子电池正极所采用的技术方案是：一种锂离子电池正极，包括集流体和涂覆在集流体上的电极材料层，所述电极材料层主要由正极活性物质和复合导电剂组成。正极活性物质和复合导电剂的重量比为：(84-104)：(3-5)。正极活性物质和复合导电剂的比例控制在上述范围，即可获得良好的降低直流内阻效果，复合导电剂的用量过少，会导致降低直流内阻的效果不显著，复合导电剂的用量过多，会影响电池的能量密度提升。优选的，正极活性物质由重量比为(4-9)：1的三元材料、磷酸锰铁锂组成。采用三元材料、磷酸锰铁锂按上述配比复合作为正极活性物质，三元材料具有克容量高的优势，可以提高电池的能量密度，磷酸锰铁锂可以使电池的安全性能提升，两者混合使用，可以兼顾电池的能量密度和安全性能。进一步优选的，电极材料层主要由三元材料、磷酸锰铁锂、导电剂SP、KS6、碳纳米管组成，各组分的重量比为(75.2-84.6)：(9.4-18.8)：(1.5-2.0)：(1.4-2.0)：(0.7-1.0)。最优选的，三元材料、磷酸锰铁锂、导电剂SP、KS6、碳纳米管的重量比为75.2：18.8：2.0：1.4：0.7。电极材料层可进一步包含粘结剂等常规成分以便于极片制作。粘结剂可选择聚偏氟乙烯等常规品种，粘结剂的添加量能够满足正常粘结效果即可，例如可选择三元材料、磷酸锰铁锂、导电剂SP、KS6、碳纳米管、PVDF的重量比为(75.2-84.6)：(9.4-18.8)：(1.5-2.0)：(1.4-2.0)：(0.7-1.0)：(1.9-3.0)，优选的，以上各组分的重量比为80：14：1.7：1.5：0.8：2.0。本专利技术的锂离子电池正极，正极活性物质、复合导电剂的配比合理，有利于提高锂离子电池正极的电子导电性和离子导电性，降低三元电池的直流内阻，改善三元电池的过充性能。在上述锂离子电池正极的基础上，可进一步选择现有隔膜、负极组装成锂离子电池。隔膜可选择聚烯烃隔膜，更优选涂覆有陶瓷涂层的聚烯烃隔膜，相关产品可按照现有技术制备或直接购买市售产品。负极选择石墨负极即可，优选的，负极包括负极集流体及负极活性物质，所述负极活性物质由石墨、SBR粘结剂、LA133粘结剂、CMC、导电剂SP组成，各组分的重量比为(94.0-95.2)：(0.2-0.5)：(2.8-3.0)：(0.5-1.0)：(1.3-1.5)。电解液可选用现有技术，具体地，溶剂可选择碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯中一种或几种，电解质可选择LiPF6、LiBF4、LiAsF6中的一种或几种。电池组装时，可采用叠片式构造，并利用铝塑膜、塑料外壳或金属合金外壳进行封装。电池组装后，经化成、定容即得成品。化成时，先在室温静置48h，然后在60℃进行化成，化成结束后继续在60℃下搁置8-9h完成老化过程。采用上述正极的锂离子电池，电池的直流内阻小，过充性能优良，提高了锂离子电池的电化学性能和安全性能。附图说明图1为对比例1和实施例1的直流内阻对比图；图2为对比例1的锂离子电池在过充过程中的温度电压变化曲线；图3为实施例1的锂离子电池在过充过程中的温度电压变化曲线；图4为对比例1的锂离子电池在过充试验中的实物图；图5为实施例1的锂离子电池在过充试验中的实物图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式作进一步说明。以下实施例中，导电剂SP的粒径为30-50nm，KS6的粒径为5-20μm，碳纳米管的管径为10-20nm。实施例1本实施例的锂离子电池正极，包括铜箔和涂覆在铜箔两侧面上的电极材料层，所述电极材料层由正极活性物质、粘结剂和复合导电剂组成，正极活性物质为三元材料(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)和磷酸锰铁锂，粘结剂为PVDF，复合导电剂为导电剂SP、KS6和碳纳米管，各组分的重量比为三元材料：磷酸锰铁锂：PVDF：导电剂SP：KS6：碳纳米管＝80：14：2.0：1.7：1.5：0.8。本实施例的锂离子电池正极制备方法，采用以下步骤：将NMP溶剂和PVDF混合制备粘结剂溶液，向粘结剂溶液中先加入碳纳米管混合均匀，然后加入导电剂SP、KS6混合均匀，最后加入三元材料和磷酸锰铁锂混合均匀，得到正极浆液，将正极浆液涂覆在铝箔上，再经烘干、辊切，制得正极。本实施例的锂离子电池，采用本实施例的正极，隔膜采用涂覆有陶瓷涂层的聚烯烃隔膜，电解液为浓度为1.0mol/L的LiPF6溶液(溶剂由碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯按体积比1：1混合而成)，负极包括负极集流体及负极活性物质，所述负极活性物质由石墨、SBR粘结剂、LA133粘结剂、CMC、导电剂SP组成，各组分的重量比为95.2：0.2：2.8：0.5：1.3。负极在制作时，将石墨、导电剂SP、SBR粘结剂、LA133粘结剂和水混合，再加入CMC胶液(由水和CMC配制而成)混合，调粘度至2500mPa/s后制得负极浆液，将负极浆液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合导电剂，其特征在于，由导电炭黑、导电石墨、碳纳米管按(1.5‑2.0)：(1.4‑2.0)：(0.7‑1.0)的重量比组成。

【技术特征摘要】
1.一种复合导电剂，其特征在于，由导电炭黑、导电石墨、碳纳米管按(1.5-2.0)：(1.4-2.0)：(0.7-1.0)的重量比组成。2.如权利要求1所述的复合导电剂，其特征在于，导电炭黑、导电石墨、碳纳米管的重量比为2.0：1.4：0.7。3.如权利要求1或2所述的复合导电剂，其特征在于，所述碳纳米管的管径为10-20nm。4.一种使用如权利要求1所述的复合导电剂的锂离子电池正极，包括集流体和涂覆在集流体上的电极材料层，其特征在于，所述电极材料层主要由正极活性物质和复合导电剂组成。5.如权利要求4所述的锂离子电池正极，其特征在于，正极活性物质和复合导电剂的重量比为(84-104)：(3-5)。6.如权利要求5所述的锂离子电池正极，其特征在于，正极活性物质由重量比为(4-9)：1的三元材料、磷酸锰铁锂组成。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，董鹏远，潘美泽，王赞霞，张要军，刘吉云，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41