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CN105406077A - 一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料及其制备方法 Download PDF

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CN105406077A
CN105406077A CN201510829452.5A CN201510829452A CN105406077A CN 105406077 A CN105406077 A CN 105406077A CN 201510829452 A CN201510829452 A CN 201510829452A CN 105406077 A CN105406077 A CN 105406077A
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nano
lithium ion
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ion cell
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林展
刘培杨
李高然
高学会
刘杰
汪倩倩
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Qingdao Nengxun New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Qingdao Nengxun New Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分按重量份计包括：纳米银粉100份、纳米二氧化钛颗粒5-9份、阿拉伯胶20-30份、水62-67份、碳纳米管0.5-2份。本发明利用价格低廉、安全绿色的阿拉伯胶作为导电涂层的分散剂，显著提高了正极的电化学性能。阿拉伯胶是一种植物型胶，具有水溶性，可以用水做粘结剂，避免了采用传统粘结剂是有毒有机溶剂的使用，使得电极制备过程更加绿色环保。

Description

一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂硫电池正极涂层材料，属于电池制造领域。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高，自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，是目前综合性能较好二次电池体系，并已广泛应用于手机、数码相机和笔记本电脑等便携式电子设备上。然而随着电子电动设备的不断发展，尤其是近年来电动汽车和混合动力汽车的兴起，传统锂离子电池已经越来越难以满足人们对于电池能量的需求。传统锂离子电池正极材料以过渡金属氧化物为主(如LiCoO2、LiMnO2和LiFePO4等)，虽然具有循环寿命长、安全性好等优点，但是受到其相对较低的理论比容量限制，难以满足动力电池对高能量密度的需求。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3:1-4：1),因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。
利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。
然而，随着涂层的普遍应用，其分散剂一般采用高分子有机材料，和有毒的有机溶剂，更进一步增大了电池生产对环境的中伤，对作业员的身体健康造成了威胁。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种安全环保、易于工业化，可显著提高硫正极电化学性能的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料；
本发明的另一目的是提供上述锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分按重量份计包括：纳米银粉100份、纳米二氧化钛颗粒5-9份、阿拉伯胶20-30份、水62-67份、碳纳米管0.5-2份。
作为优选方案，上述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分按重量份计包括：纳米银粉100份、纳米二氧化钛颗粒6份、阿拉伯胶27份、水65份、碳纳米管0.8份。
优选的，所述纳米银粉采用极细银粉，平均粒度为0.5-10nm。
优选的，所述纳米二氧化钛采用金红石型。
优选的，所述水为去离子水。
上述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料的制备方法，按配方比例将阿拉伯胶加入水中溶解，在超声搅拌的条件下依次加入纳米银粉、碳纳米管和纳米二氧化钛颗粒，分散均匀，即可。
优选的，所述超声的强度为150-200w/cm2。
进一步优选的，所述超声的强度为175w/cm2。
本发明利用价格低廉、安全绿色的阿拉伯胶作为导电涂层的分散剂，显著提高了正极的电化学性能。阿拉伯胶是一种植物型胶，具有水溶性，可以用水做粘结剂，避免了采用传统粘结剂是有毒有机溶剂的使用，使得电极制备过程更加绿色环保。同时，阿拉伯胶的使用，可以提供更加均匀而强韧的电极结构，而阿拉伯胶良好的弹性可以缓冲电极体积变化。并且，阿拉伯胶上丰富的官能团可以与正极充放电中间产物以及银颗粒等形成化学键合，有效抑制离子的溶解和穿梭，使银颗粒及活性剂添加剂等分散更加均匀，结合更加稳定。
碳纳米管作为一维纳米材料，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2-20nm。碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。
二氧化钛具有半导体的性能，由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。金红石型的介电常数，其晶体的方向与C轴相平行时，介电常数为180，与C轴呈直角时为90，其粉末平均值为114。同时，二氧化钛具有亲水性能。
本发明巧妙的将二氧化钛作为改性添加剂，可以进一步提高阿拉伯胶的粘结性和电化学性能，同时也可以提高碳纳米管的活性，使其在胶粘剂溶液中分布的更加均匀。从而达到进一步提高电极的电化学性能。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，纳米银粉采用极细银粉，平均粒度为0.5-10gm；纳米二氧化钛采用金红石型；所述水为去离子水。但是，不银于上述的选择。比如：纳米银粉用细银粉或超细银粉亦可实现本发明目的；二氧化钛采用锐钛型等其它矿型亦可实现本发明目的；水也可选择蒸馏水、纯净水等。这些选择是本领域技术人员在本发明内容的解读下可以根据常识进行了选择，均可达到本发明目的。
实施例1：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法为，按配方比例将阿拉伯胶加入水中溶解，在超声搅拌的条件下依次加入纳米银粉、碳纳米管和纳米二氧化钛颗粒，分散均匀，即可。
所述超声的强度为150-200w/cm2，优选175w/cm2。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
实施例2：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
实施例3：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
实施例4：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
实施例5：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
实施例6：
一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施涂层材料的锂离子电池性能测试结果参见表1。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，其特征在于：各组分按重量份计包括：纳米银粉100份、纳米二氧化钛颗粒5-9份、阿拉伯胶20-30份、水62-67份、碳纳米管0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，其特征在于：各组分按重量份计包括：纳米银粉100份、纳米二氧化钛颗粒6份、阿拉伯胶27份、水65份、碳纳米管0.8份。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，其特征在于：所述纳米银粉采用极细银粉，平均粒度为0.5-10nm。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，其特征在于：所述纳米二氧化钛采用金红石型。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料，其特征在于：所述水为去离子水。
6.根据权利要求1至5任一项所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料的制备方法，其特征在于：按配方比例将阿拉伯胶加入水中溶解，在超声搅拌的条件下依次加入纳米银粉、碳纳米管和纳米二氧化钛颗粒，分散均匀，即可。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料的制备方法，其特征在于：所述超声的强度为150-200w/cm2。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池正极的纳米级导电涂层材料的制备方法，其特征在于：所述超声的强度为175w/cm2。
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