鋰離子電池復合導電劑及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種鋰離子電池復合導電劑的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，所述第一導電劑為石墨烯，所述第二導電劑為選自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管中的一種或多種；其中，該方法還包括在第一導電劑和第二導電劑混合均勻后經氣相弱氧化進行處理，并進行堿洗。本發明專利技術還提供了一種通過本發明專利技術的制備方法制備的鋰離子電池復合導電劑。本發明專利技術的鋰離子電池復合導電劑的制備方法制備工藝簡單，所制備的鋰離子電池復合導電劑具有良好的導電性能。

Lithium ion battery composite conductive agent and preparation method thereof

The invention provides a lithium ion battery composite conductive agent preparation method, which is characterized in that the preparation method comprises: a first conductive agent and second conductive agent are mixed evenly, the first conductive agent for graphene, the second conductive agent for one or more selected from acetylene black, carbon black, stone graphite, carbon fiber and carbon nanotubes; among them, the method also comprises a first conductive agent and second conductive agent are mixed evenly by gas phase and weak oxidation treatment, alkali washing. The invention also provides a lithium ion battery composite conductive agent prepared by the preparation method of the invention. The preparation method of the composite conductive agent of the lithium ion battery of the invention is simple, and the prepared lithium ion battery composite conductive agent has good conductivity.

【技術實現步驟摘要】
鋰離子電池復合導電劑及其制備方法
本專利技術涉及一種鋰離子電池復合導電劑及其制備方法。
技術介紹
從鋰離子電池工作原理可知，電池的充放電過程，需要鋰離子和電子的共同參與，因此，鋰離子電池的電極必須是離子和電子的混合體，電極反應也只能發生在電解液、導電劑、活性材料的界面處。在鋰離子電池中，陰極活性物質多為過渡金屬氧化物或者過渡金屬磷酸鹽，大多屬于半導體或絕緣體，導電性很差，必須加入導電劑來改善導電性；陽極石墨材料的導電性稍好，但是在多次充放電過程中，石墨材料的膨脹和收縮，使得石墨顆粒之間的接觸減少，間隙增大，有些甚至脫離集流體，成為死的活性材料，不再參與電極反應，所以也需要加入導電劑來保持在電池循環過程中的電極材料導電性的穩定。現有常用的導電劑有炭黑、導電石墨、碳納米管和納米碳纖維等。現有常用的導電劑中，導電炭黑的特點是粒徑小，比表面積特別大，導電性好，在電池中可以起到吸液保液的作用；導電石墨的粒徑接近正負極活性物質的粒徑，比表面積適中，導電性良好，它在電池中充當導電網絡的節點，在負極中，不僅可以提高電極的導電性，而且可以提高負極的容量；碳納米管是近年來新興的導電劑，它一般直徑在5nm左右，長度達到10-20μm，不僅能夠在導電網絡中充當“導線”的作用，同時還具有雙電層效應，發揮超級電容器的高倍率特性，其良好的導電性能還有利于電池充放電時的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長電池的壽命。然而，相對于理論比表面積為2600m2/g，導熱性能為3000W/(m·K)，電子遷移率為15000cm2/(V·s)的石墨烯材料而言，常規導電劑的導電性能明顯遜色。為了進一步提高現有鋰離子電池導電劑的性能，充分發揮石墨烯材料的優勢，現有專利CN201010595726.6和CN201110129755.8都在原有導電劑的基礎上添加了石墨烯材料，采用物理混合的方式將石墨烯與常規導電劑充分分散，得到混合導電劑以提升材料性能。但是這些通過單純的物理混合而成的導電劑在電池耐久性驗證中容易出現組分析出和脫離，不利于電池荷電保持率。專利CN201310448084使用石墨烯半成品氧化石墨烯與顆粒狀碳材料如炭黑混合，通過高溫熱處理和弱氧化處理，使得石墨烯前驅體形成化學鍵，提高了混合材料的結構穩定性。但是，其制備過程需要經過高溫熱處理使石墨烯前體與顆粒狀碳材料鍵合在一起，并使石墨烯前體還原成石墨烯，另外，該方法制得的石墨烯基復合導電劑由于碳材料在孔隙中會吸附有少量的硅，在用酸清洗或用于鋰離子電池中時，容易生成不溶的凝膠狀硅酸類物質，造成孔隙堵塞，不利于導電劑性能的提升。因此，需要開發一種制備工藝簡單、導電性能顯著提高的鋰離子電池復合導電劑及其制備方法。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的是提供一種制備工藝簡單、導電性能顯著提高的鋰離子電池復合導電劑及其制備方法。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種鋰離子電池復合導電劑的制備方法，其中，該制備方法包括：該制備方法包括：將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，所述第一導電劑為石墨烯，所述第二導電劑為選自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管中的一種或多種；其中，該方法還包括在第一導電劑和第二導電劑混合均勻后經氣相弱氧化進行處理，并進行堿洗。優選地，所述氣相弱氧化處理為在氧化性氣體氛圍下進行氧化處理，所述氧化處理的條件包括溫度300℃-600℃，時間2-4小時。優選地，所述氧化性氣體為選自一氧化碳、二氧化碳、臭氧和氯氣中的一種或多種。優選地，所述堿洗為用堿性溶液浸泡10-20小時。優選地，以重量計，所述第一導電劑和第二導電劑的混合比例為(0.1-1):1。優選地，所述混合的方法為高能球磨法、攪拌法或超聲法。優選地，所述第二導電劑為乙炔黑和炭黑，乙炔黑和炭黑的重量比為(0.5-10):1。優選地，所述石墨烯的比表面積為200-300m2/g，平均粒徑為0.01-30μm。本專利技術還提供一種鋰離子電池復合導電劑，其中，該鋰離子電池復合導電劑通過上述制備方法制備得到。優選地，所述鋰離子電池復合導電劑的孔隙率為45％-60％。本專利技術的專利技術人發現在將石墨烯與乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管等常規導電劑通過物理混合復合在一起形成復合導電劑材料時，一方面所形成的復合導電劑材料的結構穩定性不足，另一方面，碳材料會在空隙中吸附少量硅等雜質，而這些雜質在用酸洗時或將導電劑材料用于鋰離子電池時會生成不溶于溶劑的凝膠狀硅酸鹽類物質，造成空隙堵塞，使孔隙率降低。這兩方面均會影響復合導電劑材料的導電性能，使得鋰離子電池的高倍率放電、低溫放電、循環性能及長時間放置的荷電保持率等性能降低。本專利技術通過將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，經氣相弱氧化處理后，進行堿洗，能夠使第一導電劑和第二導電劑之間形成穩定的化學結構，提高復合導電劑的機構和性能穩定性，并能夠有效地除去碳材料空隙中的硅等雜質，提高復合導電劑的孔隙率，進而顯著提高復合導電劑材料的導電性能。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。本專利技術提供了一種鋰離子電池復合導電劑的制備方法，其中，該制備方法包括：將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，所述第一導電劑為石墨烯，所述第二導電劑為選自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管中的一種或多種；其中，該方法還包括在第一導電劑和第二導電劑混合均勻后經氣相弱氧化進行處理，并進行堿洗。根據本專利技術的制備方法，通過在第二導電劑中添加導電性能更好的第一導電劑，能夠獲提高導電劑的活性，進而提高鋰離子電池高倍率放電、低溫放電、循環性能及長時間放置的荷電保持率等性能。本專利技術中所使用的石墨烯材料可以為通過常規方法如機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法得到的，也可以直接商購得到。直接采用石墨烯作為第一導電劑，能夠保證石墨烯材料的成分單一性，在優選的情況下，使用比表面積為200-300m2/g，平均粒徑為0.01-30μm的石墨烯材料，這樣的石墨烯材料通常孔隙率都不小于10％，片層結構為20-200層。根據本專利技術的制備方法，所述第一導電劑和第二導電劑的混合比例沒有特別的限定，在優選的情況下，以重量計，所述第一導電劑和第二導電劑的混合比例可以為(0.1-1):1，更優選為(0.2-0.8)：1。第二導電劑可以為選自乙炔黑(AB)、炭黑(KB)、石墨(KS-6)、碳纖維如氣相生長碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNTS)中的一種或多種，優選使用乙炔黑和炭黑作為第二導電劑，乙炔黑和炭黑的重量比可以為(0.5-10):1，更優選為(1-5)：1。從原子結構上看，乙炔黑和炭黑具有更好的原子同向性，不僅導電性能好，而且結構穩定不易膨脹；從顆粒結構上看，炭黑的顆粒較大，乙炔黑顆粒較小，在與顆粒更小的石墨烯復合時能夠形成大小不一的孔隙，有利于吸液保液，從而有利于離子傳輸；從電池生產工藝上看，乙炔黑和炭黑在氮甲基吡咯烷酮(MNP)中的分散性能好，有利于提升加工性能，便于電池制備操作；從成本上看，乙炔黑和炭黑有著天然的成本優勢，有利于降低鋰離子電池本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池復合導電劑的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，所述第一導電劑為石墨烯，所述第二導電劑為選自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管中的一種或多種；其中，該方法還包括在第一導電劑和第二導電劑混合均勻后經氣相弱氧化進行處理，并進行堿洗。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池復合導電劑的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：將第一導電劑和第二導電劑混合均勻，所述第一導電劑為石墨烯，所述第二導電劑為選自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管中的一種或多種；其中，該方法還包括在第一導電劑和第二導電劑混合均勻后經氣相弱氧化進行處理，并進行堿洗。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氣相弱氧化處理為在氧化性氣體氛圍下進行氧化處理，所述氧化處理的條件包括溫度300℃-600℃，時間2-4小時。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述氧化性氣體為選自一氧化碳、二氧化碳、臭氧和氯氣中的一種或多種。4.根據權利要求1-3中任意一項所述的制備方法，其特征在于，所述堿洗為用堿性溶液浸泡10-20小時。5.根據權利要求1-3中任意一項所述的制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉夢輝，孔憲君，陳大軍，
申請(專利權)人：比亞迪股份有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44