锂离子电池复合导电剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池复合导电剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，所述第一导电剂为石墨烯，所述第二导电剂为选自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种；其中，该方法还包括在第一导电剂和第二导电剂混合均匀后经气相弱氧化进行处理，并进行碱洗。本发明专利技术还提供了一种通过本发明专利技术的制备方法制备的锂离子电池复合导电剂。本发明专利技术的锂离子电池复合导电剂的制备方法制备工艺简单，所制备的锂离子电池复合导电剂具有良好的导电性能。

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.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池复合导电剂及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池复合导电剂及其制备方法。
技术介绍
从锂离子电池工作原理可知，电池的充放电过程，需要锂离子和电子的共同参与，因此，锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合体，电极反应也只能发生在电解液、导电剂、活性材料的界面处。在锂离子电池中，阴极活性物质多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，大多属于半导体或绝缘体，导电性很差，必须加入导电剂来改善导电性；阳极石墨材料的导电性稍好，但是在多次充放电过程中，石墨材料的膨胀和收缩，使得石墨颗粒之间的接触减少，间隙增大，有些甚至脱离集流体，成为死的活性材料，不再参与电极反应，所以也需要加入导电剂来保持在电池循环过程中的电极材料导电性的稳定。现有常用的导电剂有炭黑、导电石墨、碳纳米管和纳米碳纤维等。现有常用的导电剂中，导电炭黑的特点是粒径小，比表面积特别大，导电性好，在电池中可以起到吸液保液的作用；导电石墨的粒径接近正负极活性物质的粒径，比表面积适中，导电性良好，它在电池中充当导电网络的节点，在负极中，不仅可以提高电极的导电性，而且可以提高负极的容量；碳纳米管是近年来新兴的导电剂，它一般直径在5nm左右，长度达到10-20μm，不仅能够在导电网络中充当“导线”的作用，同时还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，其良好的导电性能还有利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命。然而，相对于理论比表面积为2600m2/g，导热性能为3000W/(m·K)，电子迁移率为15000cm2/(V·s)的石墨烯材料而言，常规导电剂的导电性能明显逊色。为了进一步提高现有锂离子电池导电剂的性能，充分发挥石墨烯材料的优势，现有专利CN201010595726.6和CN201110129755.8都在原有导电剂的基础上添加了石墨烯材料，采用物理混合的方式将石墨烯与常规导电剂充分分散，得到混合导电剂以提升材料性能。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组分析出和脱离，不利于电池荷电保持率。专利CN201310448084使用石墨烯半成品氧化石墨烯与颗粒状碳材料如炭黑混合，通过高温热处理和弱氧化处理，使得石墨烯前驱体形成化学键，提高了混合材料的结构稳定性。但是，其制备过程需要经过高温热处理使石墨烯前体与颗粒状碳材料键合在一起，并使石墨烯前体还原成石墨烯，另外，该方法制得的石墨烯基复合导电剂由于碳材料在孔隙中会吸附有少量的硅，在用酸清洗或用于锂离子电池中时，容易生成不溶的凝胶状硅酸类物质，造成孔隙堵塞，不利于导电剂性能的提升。因此，需要开发一种制备工艺简单、导电性能显著提高的锂离子电池复合导电剂及其制备方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种制备工艺简单、导电性能显著提高的锂离子电池复合导电剂及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池复合导电剂的制备方法，其中，该制备方法包括：该制备方法包括：将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，所述第一导电剂为石墨烯，所述第二导电剂为选自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种；其中，该方法还包括在第一导电剂和第二导电剂混合均匀后经气相弱氧化进行处理，并进行碱洗。优选地，所述气相弱氧化处理为在氧化性气体氛围下进行氧化处理，所述氧化处理的条件包括温度300℃-600℃，时间2-4小时。优选地，所述氧化性气体为选自一氧化碳、二氧化碳、臭氧和氯气中的一种或多种。优选地，所述碱洗为用碱性溶液浸泡10-20小时。优选地，以重量计，所述第一导电剂和第二导电剂的混合比例为(0.1-1):1。优选地，所述混合的方法为高能球磨法、搅拌法或超声法。优选地，所述第二导电剂为乙炔黑和炭黑，乙炔黑和炭黑的重量比为(0.5-10):1。优选地，所述石墨烯的比表面积为200-300m2/g，平均粒径为0.01-30μm。本专利技术还提供一种锂离子电池复合导电剂，其中，该锂离子电池复合导电剂通过上述制备方法制备得到。优选地，所述锂离子电池复合导电剂的孔隙率为45％-60％。本专利技术的专利技术人发现在将石墨烯与乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管等常规导电剂通过物理混合复合在一起形成复合导电剂材料时，一方面所形成的复合导电剂材料的结构稳定性不足，另一方面，碳材料会在空隙中吸附少量硅等杂质，而这些杂质在用酸洗时或将导电剂材料用于锂离子电池时会生成不溶于溶剂的凝胶状硅酸盐类物质，造成空隙堵塞，使孔隙率降低。这两方面均会影响复合导电剂材料的导电性能，使得锂离子电池的高倍率放电、低温放电、循环性能及长时间放置的荷电保持率等性能降低。本专利技术通过将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，经气相弱氧化处理后，进行碱洗，能够使第一导电剂和第二导电剂之间形成稳定的化学结构，提高复合导电剂的机构和性能稳定性，并能够有效地除去碳材料空隙中的硅等杂质，提高复合导电剂的孔隙率，进而显著提高复合导电剂材料的导电性能。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种锂离子电池复合导电剂的制备方法，其中，该制备方法包括：将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，所述第一导电剂为石墨烯，所述第二导电剂为选自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种；其中，该方法还包括在第一导电剂和第二导电剂混合均匀后经气相弱氧化进行处理，并进行碱洗。根据本专利技术的制备方法，通过在第二导电剂中添加导电性能更好的第一导电剂，能够获提高导电剂的活性，进而提高锂离子电池高倍率放电、低温放电、循环性能及长时间放置的荷电保持率等性能。本专利技术中所使用的石墨烯材料可以为通过常规方法如机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法得到的，也可以直接商购得到。直接采用石墨烯作为第一导电剂，能够保证石墨烯材料的成分单一性，在优选的情况下，使用比表面积为200-300m2/g，平均粒径为0.01-30μm的石墨烯材料，这样的石墨烯材料通常孔隙率都不小于10％，片层结构为20-200层。根据本专利技术的制备方法，所述第一导电剂和第二导电剂的混合比例没有特别的限定，在优选的情况下，以重量计，所述第一导电剂和第二导电剂的混合比例可以为(0.1-1):1，更优选为(0.2-0.8)：1。第二导电剂可以为选自乙炔黑(AB)、炭黑(KB)、石墨(KS-6)、碳纤维如气相生长碳纤维(VGCF)和碳纳米管(CNTS)中的一种或多种，优选使用乙炔黑和炭黑作为第二导电剂，乙炔黑和炭黑的重量比可以为(0.5-10):1，更优选为(1-5)：1。从原子结构上看，乙炔黑和炭黑具有更好的原子同向性，不仅导电性能好，而且结构稳定不易膨胀；从颗粒结构上看，炭黑的颗粒较大，乙炔黑颗粒较小，在与颗粒更小的石墨烯复合时能够形成大小不一的孔隙，有利于吸液保液，从而有利于离子传输；从电池生产工艺上看，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，便于电池制备操作；从成本上看，乙炔黑和炭黑有着天然的成本优势，有利于降低锂离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合导电剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，所述第一导电剂为石墨烯，所述第二导电剂为选自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种；其中，该方法还包括在第一导电剂和第二导电剂混合均匀后经气相弱氧化进行处理，并进行碱洗。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合导电剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将第一导电剂和第二导电剂混合均匀，所述第一导电剂为石墨烯，所述第二导电剂为选自乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种；其中，该方法还包括在第一导电剂和第二导电剂混合均匀后经气相弱氧化进行处理，并进行碱洗。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气相弱氧化处理为在氧化性气体氛围下进行氧化处理，所述氧化处理的条件包括温度300℃-600℃，时间2-4小时。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化性气体为选自一氧化碳、二氧化碳、臭氧和氯气中的一种或多种。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述碱洗为用碱性溶液浸泡10-20小时。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦辉，孔宪君，陈大军，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44