锂离子电池正极及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池正极，其中该锂离子电池正极由锂离子电池正极活性材料和导电载体组成，该导电载体包括多个碳纳米管。本发明专利技术所提供的锂离子电池正极由于无需粘结剂，锂离子电池正极中锂离子电池正极活性材料的比重可以进一步提高，同时由于锂离子电池正极活性材料之间没有绝缘物质的阻隔，锂离子电池正极整体的导电性也会相应得到提高。本发明专利技术进一步提供一种应用上述锂离子电池正极的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极及锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池正极及应用该锂离子电池正极的锂离子电池，尤其涉及一种基于碳纳米管的锂离子电池正极及电池。
技术介绍
锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、能量密度大的优点。自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛用于各种便携式设备。锂离子电池正极一般包括正极材料和导电颗粒。正极材料主要由正极活性材料构成。正极活性材料一般选用嵌入化合物，常见的有氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂等，其他的正极材料的活性物质还包括铁的氧化物，其他金属氧化物等。导电颗粒一般为导电性良好的颗粒，石墨、乙炔黑和碳纤维具有导电性好、密度小、结构稳定以及化学性质稳定等特性，常被用作锂离子电池正极材料的导电剂。锂离子电池正极的结构有两种，一种是将正极材料和导电颗粒形成一固定形状后直接作为锂离子电池正极，一种是将正极材料和导电颗粒涂敷或固定于一集流体上制得。无论是哪种结构的锂离子电池正极，由于锂离子电池正极活性材料和导电颗粒均为无粘性的粉末，在将其形成固定形状或者涂覆固定于集流体上时，均需要粘结剂将锂离子电池正极粉末和导电颗粒粘合于一体，从而形成具有固定形状的锂离子电池正极。所述粘合剂通常为有机材料，包括聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）或丁苯橡胶（SBR）等。粘结剂在锂离子电池正极中所占的重量比一般为10%左右。由于这些粘结剂材料不具备导电性，粘合剂的加入影响了锂离子电池正极的导电性能，而且，粘合剂在锂离子电池正极中占有一定的体积和重量，使锂离子电池正极的比容量降低。
技术实现思路
因此，确有必要提供一种无需粘结剂的锂离子电池正极以及使用该正极的电池。一种锂离子电池正极，该锂离子电池正极由锂离子电池正极活性材料和导电载体组成，该导电载体包括多个碳纳米管。相较于现有技术，本专利技术所提供的锂离子电池正极由于无需粘结剂，锂离子电池正极中锂离子电池正极活性材料的比重可以进一步提高，同时由于锂离子电池正极活性材料之间没有绝缘物质的阻隔，锂离子电池正极整体的导电性也会相应得到提高。附图说明图1为本专利技术所提供的锂离子电池正极截面的扫描电镜照片。图2为图1的示意图。图3为本专利技术所提供的锂离子电池正极中的钴酸锂正极活性物质的扫描电镜照片。图4为本专利技术所提供的锂离子电池正极中的碳纳米管的透射电镜照片。图5为本专利技术所提供的锂离子电池正极与含有粘结剂的锂离子电池正极的应力应变曲线对比图。图6为采用本专利技术所提供的锂离子电池正极的锂离子电池的循环性能与采用加入粘结剂的锂离子电池正极的锂离子电池的循环性能比较图。图7为采用本专利技术所提供的锂离子电池正极的锂离子电池的倍率性能与采用加入粘结剂的锂离子电池正极的锂离子电池的倍率性能比较图。图8为本专利技术所提供的锂离子电池的侧面剖视图。主要元件符号说明锂离子电池正极10正极活性物质颗粒14碳纳米管12锂离子电池100壳体20负极30电解液40隔膜50正极接线端102负极接线端302如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例对本专利技术实施例作进一步的详细说明。请参阅图1及图2，本专利技术实施例提供一种锂离子电池正极10。该锂离子电池正极10由多个正极活性物质颗粒14和多个导电载体组成。该多个导电载体包括多个碳纳米管12。该多个碳纳米管12相互缠绕形成一网络结构。该多个正极活性物质颗粒14附着在碳纳米管12的表面。所述正极活性物质颗粒14的材料可为磷酸铁锂（LiFePO4）、锂镍钴（LiNi0.8Co0.2O2）、锂镍钴锰（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)及锰酸锂(LiMn2O4)中的一种或几种。正极活性物质颗粒14的形状不限，可以是规则的形状也可以是不规则的形状。图3为纯的正极活性物质颗粒14的扫描电镜照片，从图3中可以看出，正极活性物质颗粒14的粒径为100纳米至100微米。本实施例中选用钴酸锂做为正极活性材料，该正极活性物质颗粒14为钴酸锂颗粒，正极活性物质颗粒14的粒径小于15微米。所述导电载体可以全部为碳纳米管12，也可以包括碳纳米管12与导电颗粒的混合物。所述导电颗粒包括石墨、乙炔黑和碳纤维等的一种或任意混合物。所述导电载体无论由纯碳纳米管12构成还是碳纳米管12与其他导电颗粒混合构成，该碳纳米管12之间均相互缠绕或者通过范德华力相互结合，从而构成一个整体的网络结构。正极活性物质颗粒14分布在碳纳米管12组成的网络结构中，大部分正极活性物质颗粒14与碳纳米管接触。正极活性物质颗粒14可以被碳纳米管粘附或者缠绕。当导电载体还包括其他的导电颗粒时，其他导电颗粒和正极活性物质14之间均匀混合，并分布在碳纳米管12组成的网络结构中，即，通过该碳纳米管组成的网络结构一体形成一个固定或固态的结构。碳纳米管12不仅作为导电材料，也是作为多孔性载体。本实施例中，导电载体全部为碳纳米管12，即，锂离子电池正极10由多个碳纳米管12和多个正极活性物质颗粒14组成。所述碳纳米管12包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。碳纳米管12的直径为1纳米~200纳米。请参见图4，从图4中可以看出，碳纳米管12的表面比较纯净，基本上不存在杂质。碳纳米管12的长度可以相等，也可以不相等。优选地，碳纳米管12的长度大于300微米，碳纳米管12的长度相等。该多个碳纳米管12在该锂离子电池正极10中的质量百分比大于等于0.1wt%小于10wt%，比如0.1wt%、1wt%或5wt%等。本实施例中，优选地，该多个碳纳米管在锂离子电池正极重的质量百分比小于等于5wt%。所述锂离子电池正极中，正极活性物质的质量百分比为大于等于90wt%小于等于99.9wt%。优选地，正极活性物质的质量百分比为大于等于95wt%小于等于99.9wt%。优选地，该多个碳纳米管12在该锂离子电池中均匀分布，且为各向同性。所述各向同性是指碳纳米管12在锂离子电池正极10中的分布密度是基本相同的，即单位体积的锂离子电池10中碳纳米管12的质量百分含量基本相同。因此，该锂离子电池正极10的电阻率均一。在锂离子电池正极10中，大部分正极活性物质颗粒14附着在碳纳米管12的表面或者被碳纳米管12缠绕。由于碳纳米管12组成的网络结构为一多孔的结构，大部分正极活性物质颗粒14颗粒被该网络结构所包围和固定。优选地，在整个锂离子电池正极10中，均分布有碳纳米管组成的网络结构，即，正极活性物质颗粒14全部位于该碳纳米管组成的网络结构中。该网络结构将正极活性物质颗粒14包覆或缠绕，碳纳米管12在作为导电剂的同时，可以起到粘合正极活性物质颗粒14的作用。由于碳纳米管12具有较长的长度，一般大于200微米，因此，碳纳米管12在锂离子电池正极10中可以相互缠绕形成网络结构。这样，正极活性物质颗粒14便可以通过碳纳米管12固定于一体。当锂离子电池正极10包括其他导电颗粒时，其他的导电颗粒也可以附着在碳纳米管12的表面，或者被碳纳米管12所缠绕。图5中测试的为本专利技术一个实施例所提供的锂离子电池正极的应力应变的数据与一含有PTFE粘结剂的锂离子电池正极的强度进行对比的曲线图。本实施例的锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极，其特征在于，该锂离子电池正极由锂离子电池正极活性材料和导电载体组成，该导电载体包括多个碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极，其特征在于，该锂离子电池正极由锂离子电池正极活性材料和导电载体组成，该导电载体为多个碳纳米管之间均相互缠绕或者通过范德华力相互结合，而组成的一个整体的网络结构，所述正极活性材料分布在碳纳米管组成的网络结构中被碳纳米管粘附或者缠绕，所述碳纳米管长度大于200微米，所述碳纳米管在锂离子电池正极中的质量百分含量大于等于0.1wt％小于10wt％。2.如权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述正极活性物质材料包括磷酸铁锂、锂镍钴、锂镍钴锰、钴酸锂、镍酸锂及锰酸锂中的一种或几种。3.如权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述正极活性物质在锂离子电池正极中的质量百分含量大于等于90wt％。4.如权利要求3所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述正极活性物质在锂离子电池正极中的质量百分含量大于等于95wt％小于等于99.9wt％。5.如权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述多个碳纳米管的长度相同。6.如权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述碳纳米管的表面为纯净的表面。7.如权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述导电载体进一步包括炭黑颗粒，该锂离子电池正极由正极活性物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳平，罗姝，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：