本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料及其制備方法。
背景技術：
在鋰離子二次電池和電容器的制備過程中，經(jīng)常需要在正負極配料中添加一定量的導電劑。導電劑能夠與正負極活性材料有效接觸，形成良好的導電網(wǎng)絡，從而改善電池的倍率性能。但是過多地添加導電劑，勢必減少電極活性材料含量，降低電池的容量和能量密度。對于高性能的電子設備而言，選擇合適的導電劑尤為重要。
碳納米管是近年新興的導電劑，不僅能夠在導電網(wǎng)絡中充當“導線”的作用，同時它還具有雙電層效應，發(fā)揮超級電容器的高倍率特性，其良好的導熱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，由于碳納米管相互之間具有較強的范德華力，因此，當單獨使用碳納米管作為導電物質(zhì)時，碳納米管會相互纏結團聚體在一起，難以均勻分散于正、負電極材料中，從而影響了碳納米管導電性能的發(fā)揮，進而影響得到的鋰離子電池的電化學性能。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池正負極的導電漿料，旨在解決現(xiàn)有以導電炭黑或碳納米管、或采用導電炭黑與碳納米管復合成的導電漿料產(chǎn)品，導致電池的循環(huán)壽命、能量密度等主要電化學性能提升空間小的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5.0-7.5份；
分散劑 0.3-0.6份；
N-甲基吡咯烷酮 90-95份；
所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm，且所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；且所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為(3-7)：(7-3)。
相應的，一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法，包括以下步驟：
按照上述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的配方稱取各組分；
將分散劑溶于N-甲基吡咯烷酮中得到混合溶液；
將碳納米管采用混合設備進行預混處理后，加入到所述混合溶液中，進行浸潤分散處理，形成分散體系，得到導電漿料。
本發(fā)明提供的鋰離子電池正負極的復合導電漿料，一方面，管徑不同的碳納米管可以產(chǎn)生協(xié)同效應，可以更充分的“嵌入”電池活性物質(zhì)，與活性物質(zhì)能形成更好的導電網(wǎng)絡，從而降低電池內(nèi)阻，提高鋰離子電池的循環(huán)壽命、能量密度等電化學性能。另一方面，由于大管徑碳納米管和小管徑碳納米管存在尺寸差異，因此兩者混合時混合效率高，可以減少分散劑的使用，提高導電漿料的導電性能。此外，由于分散效果的提高，因此，可以顯著降低使用高速混合設備進行預分散的時間，具體的，預分散時間由原來的4-8小時，縮短為2-4小時，從而大大提高了導電漿料的生產(chǎn)效率。本發(fā)明提供的鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法，方法簡單可控，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
具體實施方式
為了使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5.0-7.5份；
分散劑 0.3-0.6份；
N-甲基吡咯烷酮 90-95份；
所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm，且所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為(3-7)：(7-3)。
具體的，本發(fā)明實施例電池正負極的導電漿料中，僅采用所述碳納米管作為導電物質(zhì)，但是，所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm。此時，由于碳納米管存在管徑差異，因此，能夠減緩碳納米管之間的纏繞。當所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；且所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為(3-7)：(7-3)，碳納米管之間的纏繞得到顯著改善，可解決其對導電性能的影響。
進一步優(yōu)選的，所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為(4-6)：(6-4)，從而獲得更好的效果。具體優(yōu)選的，述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為5：5。此外，本發(fā)明實施例采用不同管徑的碳納米管包覆電池活性物質(zhì)時，活性物質(zhì)表面有大小不一的“孔洞”，可以讓不同管徑的碳納米管“立足”，因而，不同管徑的碳納米管互補產(chǎn)生協(xié)同效應，可以使碳納米管更充分的 “嵌入”電池活性物質(zhì)，比使用單一管徑的碳納米管形成的導電網(wǎng)絡更好。因此，本發(fā)明實施例所述復合導電漿料不需要加加入絡合劑。更優(yōu)選的，所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差為30nm，從而形成效果更加的導電網(wǎng)絡。
本發(fā)明實施例中，所述分散劑用于將所述碳納米管進行有效分散在液相中。優(yōu)選的，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。本發(fā)明實施例中，由于采用不同管徑的碳納米管作為導電物質(zhì)，因此，其分散性較好，可以減少分散劑的用量，從而節(jié)約成本。本發(fā)明實施例以所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的總重為100％計，所述分散劑的重量百分含量為0.3-0.6％。
本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池正負極的復合導電漿料，一方面，管徑不同的碳納米管可以產(chǎn)生協(xié)同效應，可以更充分的“嵌入”電池活性物質(zhì)，與活性物質(zhì)能形成更好的導電網(wǎng)絡，從而降低電池內(nèi)阻，提高鋰離子電池的循環(huán)壽命、能量密度等電化學性能。另一方面，由于大管徑碳納米管和小管徑碳納米管存在尺寸差異，因此兩者混合時混合效率高，可以減少分散劑的使用，提高導電漿料的導電性能。此外，由于分散效果的提高，因此，可以顯著降低使用高速混合設備進行預分散的時間，具體的，預分散時間由原來的4-8小時，縮短為2-4小時，從而大大提高了導電漿料的生產(chǎn)效率。
本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池正負極的復合導電漿料可通過下述方法制備獲得，當然，也可以通過其他能夠獲得所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的方法進行制備。相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法，包括以下步驟：
S01.按照上述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的配方稱取各組分；
S02.將分散劑溶于N-甲基吡咯烷酮中得到混合溶液；
S03.將碳納米管采用混合設備進行預混處理后，加入到所述混合溶液中，進行浸潤分散處理，形成分散體系，得到導電漿料。
具體的，上述步驟S01中，鋰離子電池正負極的復合導電漿料的配方以及 配方中的各組分優(yōu)選含量和種類如上文所述，為了節(jié)約篇幅，在此不再贅述。
上述步驟S02中，作為優(yōu)選實施例，為了得到溶解均勻的混合溶液，將溶劑N-甲基吡咯烷酮倒入砂磨機中，將分散劑聚乙烯基吡咯烷酮，緩慢倒入砂磨機中并不停低速攪拌配成溶液，直至分散劑完全溶解。
作為優(yōu)選實施例，為了獲得化學性能良好的導電漿料，所述混合溶液的制備環(huán)境選用常溫除濕環(huán)境，所述濕度要求為低于30％R.Hs。
上述步驟S03中，為了提高不同管徑的所述碳納米管的分散性，在投料之前將所述碳納米管采用混合設備進行預混處理，混合處理時間為2-4小時。為了使得所述碳納米管在所述混合溶液中充分浸潤，所述浸潤分散處理的方法優(yōu)選為：在20-60℃環(huán)境下，將碳納米管加入所述混合溶解液中，以10-20Hz低頻攪拌5-10min后，以25-40Hz頻率砂磨2-6h，得到分散體系。具體的，向砂磨機中加入碳納米管粉體，采用10-20Hz低頻攪拌，有利于加快碳納米管的潤濕；低頻攪拌后，提升砂磨籃進行刮邊后放下砂磨籃，以25-40Hz頻率砂磨使所述碳納米管均勻分散。
由于溫度過高會影響分散劑的穩(wěn)定性，因此，作為另一個優(yōu)選實施例，向所述混合溶液中加入碳納米管進行浸潤分散處理時，砂磨過程的環(huán)境溫度為20-60℃。更優(yōu)選的，開啟20℃冷卻循環(huán)水實現(xiàn)上述環(huán)境溫度。
進一步的，作為優(yōu)選實施例，將浸潤分散處理后的分散體系進行粒度檢測，所述分散體系的粒度為D50＜5μm。所述分散體系的粒度過大時，大小管徑碳納米管分散不均勻，分散效果不好，從而不能形成均勻的導電網(wǎng)絡。
進一步地，可將上述分散好的導電漿料進行包裝。為了避免制備出來的導電漿料中的水分含量偏高，影響電池的性能，所述包裝環(huán)境為除濕環(huán)境，濕度優(yōu)選低于30％。
本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法，方法簡單可控，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
下面結合具體實施例進行說明。
實施例1
一種鋰離子電池正負極的導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5份；
分散劑 0.3份；
N-甲基吡咯烷酮 94.7份；
所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm，且所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為7：3。
所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法為：
S11.按照上述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的配方稱取各組分；
S12.常溫除濕環(huán)境(濕度低于30％R.Hs)下，將溶劑N-甲基吡咯烷酮倒入砂磨機中，將分散劑聚乙烯基吡咯烷酮緩慢倒入砂磨機中并不停低速攪拌配成溶液，直至分散劑完全溶解；
S13.開啟20℃冷卻循環(huán)水，使砂磨過程中漿料溫度為40℃，將碳納米管倒入砂磨機中的溶劑內(nèi)，并以15Hz低頻攪拌8min加快碳納米管潤濕，隨后提升砂磨籃進行刮邊后放下砂磨籃，以30Hz進行砂磨4h；
用刮板細度計進行細度檢測，當漿料細度顯示值達到4μm以下制得碳納米管分散液樣品。
將上述制備的導電漿料與正極材料鈷酸鋰組成電池。
實施例2
一種鋰離子電池正負極的導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5份；
分散劑 0.3份；
N-甲基吡咯烷酮 94.7份；
所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm，且所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為5：5。
所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法與實施例1相同。
實施例3
一種鋰離子電池正負極的導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5份；
分散劑 0.3份；
N-甲基吡咯烷酮 94.7份；
所述碳納米管由大管徑碳納米管和小管徑碳納米管組成，其中，所述大管徑碳納米管的管徑為30-150nm，所述小管徑碳納米管的管徑為1-30nm，且所述大管徑碳納米管和所述小管徑碳納米管的管徑差≥15nm；所述大管徑碳納米管和小管徑碳納米管的重量比為3：7。
所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法與實施例1相同。
對比例1
一種鋰離子電池正負極的導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5份；
分散劑 0.3份；
N-甲基吡咯烷酮 94.7份；
所述碳納米管的管徑為1-30nm。
所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法與實施例1相同。
對比例2
一種鋰離子電池正負極的導電漿料，包括如下重量份數(shù)的下列配方組分：
碳納米管 5份；
分散劑 0.3份；
N-甲基吡咯烷酮 94.7份；
所述碳納米管的管徑為30-150nm。
所述鋰離子電池正負極的復合導電漿料的制備方法與實施例1相同。
將本發(fā)明實施例1-3、對比例1-2提供的導電漿料按導電漿料：NCM：HSV900質(zhì)量比為96.7：1.8：1.5的比例制備電池，將電池進行電芯內(nèi)阻測試，測試方法參照本領域標準方法，測試結果如下表1所述：
表1
由上表可知，本發(fā)明實施例提供的不同管徑的納米管導電漿料鋰離子電池正負極得到的電池，電芯內(nèi)阻得到降低。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。