一种导电添加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种导电添加剂及其制备方法和应用，所述导电添加剂包括导电剂颗粒和包覆在所述导电剂颗粒表面的氧化物包覆层。本发明专利技术提供的导电添加剂，经过氧化物的包覆后，降低了包覆前的导电剂与电解液之间的反应活性，稳定了导电剂的界面，从而提高了正极在循环过程中的容量保持率和充放电库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种导电添加剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于锂离子电池的具有氧化物包覆层的导电添加剂及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子二次电池与其它可充电的电池体系相比，具有工作电压高、重量轻、体积小、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长、能量密度高等优点，目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑等移动终端产品。近年来，出于对环境保护方面的考虑，电动汽车在各国政府和汽车制造商的推动下得到了迅速的发展，而锂离子二次电池凭借其优良的性能成为新一代电动汽车的理想动力源。目前，人们关注的锂离子二次电池的正极材料大致可分为三类：以钴酸锂(LiCoO2)为代表的层状型材料，以磷酸铁锂(LiFePO4)为代表的橄榄石型材料和以锰酸锂(LiMn2O4)为代表的尖晶石结构材料。尽管锂电池早在1991年就已经成功的商业化，但是对于目前现有的材料，其能量密度还需要进一步提高。其中提高能量密度的一种方法就是提高电压。但是随着电压的提高，正极与电解液的副反应也会随之加剧。不仅正极活性物质，导电添加剂、粘结剂以及铝箔都会和电解液发生副反应。此前，提升高压电池系统稳定性的方法主要集中于对正极活性物质、粘结剂以及铝箔进行改进。实际上，在高压下，阴离子嵌入以及有机分子的氧化分解都会影响导电添加剂的结构稳定性以及电解液的高压稳定性。导电添加剂占据了整个复合物正极的80-98％的表面积，但是关于它们的改性和提升却很少被关注。因此，提供一种表面稳定的导电添加剂及其制备方法对于提升高压电池系统的稳定性至关重要。
技术实现思路
r>因此，本专利技术的目的是提供一种用于锂离子电池的具有氧化物包覆层的导电添加剂及其制备方法和应用，从而提高导电添加剂的稳定性。本专利技术提供了一种导电添加剂，所述导电添加剂包括导电剂颗粒和包覆在所述导电剂颗粒表面的氧化物包覆层。根据本专利技术提供的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层由化学式为MxOy的氧化物构成，其中，M选自Al、Mg、Zn、Ti、Y、Sc、La、Ge、W、Zr、Ta、Nb、Ca、P、Si和Sr中的一种或多种，1≤x≤3，且1≤y≤5。优选地，构成所述氧化物包覆层的氧化物为Al2O3、ZnO、TiO2、Ta2O5、Nb2O5中的一种或多种。根据本专利技术提供的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层的厚度可以为0.1-10nm，优选为3～5nm。根据本专利技术提供的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层与所述导电添颗粒的质量比可以为0.01～5:100，优选为0.1～1:100。根据本专利技术提供的导电添加剂，其中，所述导电剂颗粒的粒径可以为1～10000nm，优选为10～100nm。根据本专利技术提供的导电添加剂，其中，所述导电剂颗粒可以为本领域常用的导电剂材料，例如，可以为传统导电剂，如炭黑、导电石墨、碳纤维等，还可为新型导电剂，如碳纳米管、石墨烯及其混合物等。另一方面，本专利技术还提供了所述导电添加剂的制备方法，所述制备方法包括采用气相法和/或液相法将氧化物包覆在导电剂颗粒表面形成氧化物包覆层。其中，所述气相法可以包括原子层沉积法和化学气相沉积法；所述液相法可以包括液相吸附法和水解法。气相法和液相法各有其优点，其中气相法更容易得到均匀致密厚度可调的包覆层，而液相法操作简单，成本低。又一方面，本专利技术还提供了所述导电添加剂或者按照本专利技术方法制得的导电添加剂在锂离子电池中的用途，其中，所述导电添加剂用于所述锂离子电池的正极中。再一方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池正极，所述正极包括集流体、正极活性物质、粘结剂以及导电添加剂，其中，所述导电添加剂为本专利技术提供的导电添加剂或者按照本专利技术方法制得的导电添加剂。根据本专利技术提供的锂离子电池正极，其中，所述正极活性材料可以是本领域中常用的正极活性材料，本专利技术对其没有特别限制。根据本专利技术提供的锂离子电池正极，其中，所述粘合剂可以是本领域中常用的粘合剂，本专利技术对其没有特别限制。进一步地，本专利技术还提供了一种锂离子电池，该电池包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述正极是本专利技术提供的正极。根据本专利技术提供的锂离子二次电池，其中，所述电池还包括壳体，以及其中，正极、负极、隔膜(统称为电极组)和电解液密封在壳体内。根据本专利技术提供的金属锂二次电池，其中，所述负极、隔膜和电解液可以采用本领域中常规的负极、隔膜和电解液材料，本专利技术对它们没有特别限制。在一些实施方案中，负极为金属锂；在一些实施方案中，隔膜为双面涂覆有氧化铝的PP/PE/PP的三层膜；以及在一些实施方案中，电解液是LiPF6的浓度为1mol/L的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)非水系电解液，其中，EC与DMC的体积比为1:1。本专利技术提供的含有氧化物包覆层的导电添加剂，经过包覆后的导电添加剂降低了导电添加剂与电解液之间的反应活性，稳定了导电添加剂的界面，从而提高了正极在循环过程中的容量保持率和充放电库伦效率。本专利技术提供的含有氧化物包覆层的导电添加剂可用作锂离子电池的正极导电添加剂，由该材料做成的电池具有优异的循环性能。本专利技术提供的含有氧化物包覆层的导电添加剂，明显提高了正极的循环稳定性能和库伦效率。不希望受理论限制认为，通过本专利技术提供的方法，在导电添加剂表面形成了均匀致密的氧化物包覆层。这种包覆能够抑制电解液在导电添加剂表面的分解，从而增加电池系统的稳定性。包含本专利技术的导电添加剂的锂离子电池可用作电动工具、电动自行车、混合动力电动交通工具和纯电动交通工具等应用的能量源。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1为实施例1制备的包覆后的乙炔黑对Al元素的XPS扫描结果；图2为实施例3制备的包覆后的导电石墨对Ti元素的XPS扫描结果；图3为实施例4制备的包覆后的碳纳米管对Nb元素的XPS扫描结果；图4为实施例8制备的包覆后的导电石墨对Ta元素的XPS扫描结果；图5为采用原始乙炔黑和实施例1得到的包覆后的乙炔黑用于高压LiNi0.5Mn1.5O4材料中的高温充放电循环曲线；图6为采用原始乙炔黑和实施例1得到的包覆后的乙炔黑用于高压LiNi0.5Mn1.5O4材料中的高温库伦效率曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。实施例1采用原子沉积法制备本专利技术的导电添加剂，具体操作如下：将2g的乙炔黑置于不锈钢筛网模具中后整体放入原子层沉积腔体，抽真空，保持腔体的温度保持在大约250℃，将室温下的三甲基铝蒸气通入腔体0.02s，随后将腔体抽真空静置6s，将室温下的水蒸气通入腔体0.02s，随后将腔体抽成真空，8s再次通入三甲基铝蒸气以此完成一个循环的沉积。按照此步骤循环沉积10次，得到Al2O3包覆的乙炔黑材料。实施例2采用原子沉积法制备本专利技术的导电添加剂，具体操作如下：将2g的乙炔黑置于不锈钢筛网模具中后整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电添加剂，所述导电添加剂包括导电剂颗粒和包覆在所述导电剂颗粒表面的氧化物包覆层。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电添加剂，所述导电添加剂包括导电剂颗粒和包覆在所述导电剂颗粒表面的氧化物包覆层。


2.根据权利要求1所述的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层由化学式为MxOy的氧化物构成，其中，M选自Al、Mg、Zn、Ti、Y、Sc、La、Ge、W、Zr、Ta、Nb、Ca、P、Si和Sr中的一种或多种，1≤x≤3，且1≤y≤5，优选地，构成所述氧化物包覆层的氧化物为Al2O3、ZnO、TiO2、Ta2O5、Nb2O5中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层的厚度为0.1-10nm，优选为3～5nm。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的导电添加剂，其中，所述氧化物包覆层与所述导电添颗粒的质量比为0.01～5:100，优选为0.1～1:100。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的导电添加剂，其中，所述导电剂颗粒的粒径为1～10000nm，优选为10～100nm。


6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，武怿达，黄学杰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11