锂离子电池正极铝箔导电剂及其制备方法.pdf

本发明公开了一种锂离子电池正极铝箔导电剂及其制备方法，由按重量百分比计的以下原料制备而成:石墨15.0-22.0％，导电炭黑3.0-6.0％，改性水性环氧树脂5.0-10.0％，丁二烯苯乙烯聚合物11.0-25.0％，羧甲基纤维素钠0.1-1.5％，聚丙烯酸钠0.05-0.5％，桃胶2.0-6.5％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.3-0.8％，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.05-0.5％，聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.7％，亚甲基双萘磺酸钠0.3-1.0％，氨水2.0-6.0％，余量为去离子水。本发明提供一种导电性能好、附着力好、溶剂耐受性好的锂离子电池正极铝箔导电剂。

权利要求书1.  一种锂离子电池正极铝箔导电剂，其特征在于,由按重量百分 比计的以下原料制备而成: 石墨15.0-22.0％，导电炭黑3.0-6.0％，改性水性环氧树脂 5.0-10.0％，丁二烯苯乙烯聚合物11.0-25.0％，羧甲基纤维素钠 0.1-1.5％，聚丙烯酸钠0.05-0.5％，桃胶2.0-6.5％，2-氨基-2-甲基 -1-丙醇0.3-0.8％，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.05-0.5％，聚 乙烯吡咯烷酮0.2-0.7％，亚甲基双萘磺酸钠0.3-1.0％，氨水 2.0-6.0％，余量为去离子水。 2.  一种根据权利要求1所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制 备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)按照配方配比将石墨、羧甲基纤维素钠、桃胶、氨水依次加 入水中，以搅拌机搅拌至均匀,得到第一石墨浆液； 2)用分散介质与衬板均为氧化锆的珠磨机对第一石墨浆液进行 研磨，分散均匀，得到第二石墨浆液； 3)在第二石墨浆液中分别加入导电炭黑、聚氧乙烯失水山梨醇 单月桂酸酯、亚甲基双萘磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至均匀，得 到第三石墨浆液； 4)用分散介质与衬板均为氧化锆的球磨机对第三石墨浆液进行 研磨、分散均匀，得到第四石墨浆液； 5)按照配方配比加入改性水性环氧树脂、丁二烯苯乙烯聚合物、 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、聚丙烯酸钠，搅拌至均匀，得到第五石墨浆 液； 6)对第五石墨浆液进行取样检测，合格后，过筛包装，即为成 品。 3.  根据权利要求2所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方 法，其特征在于:在步骤1)中，搅拌时间为1-3小时。 4.  根据权利要求2所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方 法，其特征在于:在步骤2)中，研磨时间为10-40小时。 5.  根据权利要求2所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方 法，其特征在于:在步骤3)中，搅拌时间为2-6小时。 6.  根据权利要求2所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方 法，其特征在于:在步骤4)中，第四石墨浆液的中位粒径控制在不 大于2.0微米。 7.  根据权利要求2所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方 法，其特征在于:在步骤5)中，搅拌时间为3-5小时。

说明书锂离子电池正极铝箔导电剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电剂，具体涉及一种锂离子电池正极铝箔导电 剂及其制备方法。
背景技术
在电池工业中，种类繁多，锂离子电池以其能量密度大、输出电 压高、自放电小、循环性能优越、工作温度范围宽、绿色环保等优点， 已被广泛应用于航天、军事、电动汽车、电动工具及电子产品等领域。 是现代高性能电池的代表。为了保证电极具有良好的充放电性能常常 需要用到导电剂，在极片制作时通常加入一定量的导电物质，在活性 物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电 极的接触电阻加速电子的移动速率，同时也能有效地提高锂离子在电 极材料中的迁移速率，从而提高电极的充放电效率。现有技术中，在 锂离子电池的生产工艺中，正极通常采用聚偏二氟乙烯做粘结剂，溶 剂是N-甲基吡咯烷酮，而负极由于电位与锂接近，比较活泼，在水 溶液中不稳定，故采用非水的有机溶剂做电解液，如丙烯碳酸酯、碳 酸二甲酯等。制好的电池极片要长期浸在上述有机溶剂中，目前产品 存在的普遍问题是耐受度不够，涂层与铝箔集流体易剥离，造成动态 内阻增大，导致电池性能下降、寿命缩短。
发明内容
针对锂离子电池正极材料的电导率低、加工性能差、与集流体的 粘结性不佳、在涂布和加工以及循环的过程中容易掉料的突出问题， 本发明的第一个目的在于提供一种导电性能好、附着力好、溶剂耐受 性好的锂离子电池正极铝箔导电剂。
本发明的第二个目的是为了提供一种锂离子电池正极铝箔导电 剂的制备方法。
实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
锂离子电池正极铝箔导电剂，其特征在于,由按重量百分比计的 以下原料制备而成:
石墨15.0-22.0％，导电炭黑3.0-6.0％，改性水性环氧树脂 5.0-10.0％，丁二烯苯乙烯聚合物11.0-25.0％，羧甲基纤维素钠 0.1-1.5％，聚丙烯酸钠0.05-0.5％，桃胶2.0-6.5％，2-氨基-2-甲基 -1-丙醇0.3-0.8％，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.05-0.5％，聚 乙烯吡咯烷酮0.2-0.7％，亚甲基双萘磺酸钠0.3-1.0％，氨水 2.0-6.0％，余量为去离子水。
作为优选，改性水性环氧树脂由日本朋诺pelnox生产，型号为 ME-533。
本发明的配方设计原理如下：
天然鳞片石墨结晶度高，具有优异的导电、导热性，化学稳定性 良好，耐酸碱、耐有机溶剂腐蚀，热膨胀系数小、柔韧性好，制成极 片后，即使屈折和温度发生突变也不致变形和产生裂纹。本发明选用 含碳量高、金属杂质与氧化物含量低的高纯天然鳞片石墨，通过特殊 的工艺将石墨粉碎至微米级，并对石墨形貌进行修饰，利于提高导电 涂层与铝箔表面和活性材料间的附着力。添加纳米导电炭黑的目的是 为了配合石墨以提高涂层导电性，微观上，石墨形似鱼鳞，呈六方层 状结构，粒度更细的颗粒状导电炭黑可以充盈石墨间的空隙，共同形 成点、面形式的导电网络，大大提高导电涂层的导电性，减少了铝箔 与活性材料的界面电阻，从而降低了电池的整体内阻，提高了锂离子 电池的整体性能。
选用改性水性环氧树脂、丁二烯苯乙烯聚合物做粘结剂，二者均 具有良好的化学稳定性，韧性高，粘着力强，不与活性材料和有机溶 剂电解液发生化学反应，不腐蚀铝箔，对N-甲基吡咯烷酮和电解液 有很强的耐受性，避免了与集流体铝箔和活性材料的剥离以及有机溶 剂带来的溶胀现象，保证了电池内阻的稳定均一性，尤其在大功率放 电的锂离子动力电池方面，各电池组的一致性要求更加严密，本发明 体现的效果尤为明显。另一显著效果就是降低了活性材料本身粘结剂 的使用量，提高了克容量，降低了极片的制造成本。
本发明中分散剂聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、亚甲基双萘磺 酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，桃胶是石墨和炭黑的保护胶体，防止二者聚 结沉淀，增稠剂羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠，PH值稳定剂2-氨基 -2-甲基-1-丙醇，氨水为整个体系提供碱性分散环境，有利于石墨和 炭黑的均匀分散，分散媒体去离子水。
实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方法，其特征在于，包括如下 步骤：
1)按照配方配比将石墨、羧甲基纤维素钠、桃胶、氨水依次加 入水中，以搅拌机搅拌至均匀,得到第一石墨浆液；
2)用分散介质与衬板均为氧化锆的珠磨机对第一石墨浆液进行 研磨，分散均匀，得到第二石墨浆液；
3)在第二石墨浆液中分别加入导电炭黑、聚氧乙烯失水山梨醇 单月桂酸酯、亚甲基双萘磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至均匀，得 到第三石墨浆液；
4)用分散介质与衬板均为氧化锆的球磨机对第三石墨浆液进行 研磨、分散均匀，得到第四石墨浆液；
5)按照配方配比加入改性水性环氧树脂、丁二烯苯乙烯聚合物、 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、聚丙烯酸钠，搅拌至均匀，得到第五石墨浆 液；
6)对第五石墨浆液进行取样检测，合格后，过筛包装，即为成 品。
作为优选，在步骤1)中，搅拌时间为1-3小时。
作为优选，在步骤2)中，研磨时间为10-40小时。
作为优选，在步骤3)中，搅拌时间为2-6小时。
作为优选，在步骤4)中，第四石墨浆液的中位粒径控制在不大 于2.0微米。
作为优选，在步骤5)中，搅拌时间为3-5小时。
本发明的有益效果在于：
1、本发明降低了导电剂电阻。锂离子电池正极活性材料基本不 导电或半导电，因此，提高铝箔导电涂层的实际导电性更有利于锂离 子等当量电子在电池中的往返脱嵌和嵌入，减少内阻、提高倍率，充 放电容量就越高，也可延长循环寿命。
2、本发明提高了导电剂与铝箔间的附着力。良好的附着性会避 免导电涂层与铝箔间的剥离，形成缝隙、增加内阻。改善了活性材料 和铝箔集流体间的电接触。
3、本发明提高了电池极片耐受度。本发明是介于铝箔集流体和 正极活性材料之间的导电涂层，制成极片后长期与有机溶剂接触，极 片被腐蚀或涂层受到溶胀，内阻也会增大，电池发热、循环性、倍率 性等整体性能下降。
综上所述，本发明着重解决了电池动态内阻增幅、极片耐受度等 技术问题，提高了克容量、功率性能和电池组压差一致性，改善了活 性材料与铝箔集流体之间的电接触，减少了极化、降低了锂离子电池 极片的制造成本，带来了巨大的经济效益。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
锂离子电池正极铝箔导电剂，由按重量百分比计的以下原料制备 而成:石墨16.0％，导电炭黑5.0％，改性水性环氧树脂5.0％，丁二烯 苯乙烯聚合物23.0％，羧甲基纤维素钠0.5％，聚丙烯酸钠0.3％，桃 胶2.6％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.3％，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂 酸酯0.3％，亚甲基双萘磺酸钠0.6％，聚乙烯吡咯烷酮0.3％，氨水5.0％， 余量的去离子水。
锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方法，其特征在于，包括如下 步骤：
1)按照配方配比将石墨、羧甲基纤维素钠、桃胶、氨水依次加 入水中，以搅拌机搅拌至均匀,得到第一石墨浆液；搅拌时间为1-3 小时。
2)用分散介质与衬板均为氧化锆的珠磨机对第一石墨浆液进行 研磨，分散均匀，得到第二石墨浆液；研磨时间为10-40小时。
3)在第二石墨浆液中分别加入导电炭黑、聚氧乙烯失水山梨醇 单月桂酸酯、亚甲基双萘磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至均匀，得 到第三石墨浆液；搅拌时间为2-6小时。
4)用分散介质与衬板均为氧化锆的球磨机对第三石墨浆液进行 研磨、分散均匀，得到第四石墨浆液；第四石墨浆液的中位粒径控制 在不大于2.0微米。
5)按照配方配比加入改性水性环氧树脂、丁二烯苯乙烯聚合物、 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、聚丙烯酸钠，搅拌至均匀，得到第五石墨浆 液；搅拌时间为3-5小时。
6)对第五石墨浆液进行取样检测，合格后，过筛包装，即为成 品。
实施例2：
本实施例的特点是：锂离子电池正极铝箔导电剂，由按重量百分 比计的以下原料制备而成:石墨20.0％，导电炭黑3.5％，改性水性环 氧树脂10.0％，丁二烯苯乙烯聚合物18.0％，羧甲基纤维素钠1.3％， 聚丙烯酸钠0.08％，桃胶6.0％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.65％，聚 氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.3％，亚甲基双萘磺酸钠0.6％，聚乙 烯吡咯烷酮0.6％，氨水3.0％，余量去离子水。
本实施例所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方法与实施 例1相同。
实施例3：
本实施例的特点是：锂离子电池正极铝箔导电剂，由按重量百分 比计的以下原料制备而成:石墨15.0％，导电炭黑3.0％，改性水性环 氧树脂5.0％，丁二烯苯乙烯聚合物11.0％，羧甲基纤维素钠0.1％， 聚丙烯酸钠0.05％，桃胶2.0％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.3％，聚氧 乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.05％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，亚甲基双 萘磺酸钠0.3％，氨水2.0％，余量为去离子水。
本实施例所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方法与实施 例1相同。
实施例4：
本实施例的特点是：锂离子电池正极铝箔导电剂，由按重量百分 比计的以下原料制备而成:石墨22.0％，导电炭黑6.0％，改性水性环 氧树脂10.0％，丁二烯苯乙烯聚合物25.0％，羧甲基纤维素钠1.5％， 聚丙烯酸钠0.5％，桃胶6.5％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.8％，聚氧 乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.5％，聚乙烯吡咯烷酮0.7％，亚甲基双 萘磺酸钠01.0％，氨水6.0％，余量为去离子水。
本实施例所述的锂离子电池正极铝箔导电剂的制备方法与实施 例1相同。
对本发明实施例1-4所得成品性能测试如下：
1、极片电导率：
将本发明导电剂均匀涂布于PET膜上，剪切成圆形小片，模拟测 试在极片上的真实电导率(与现有某两款进口产品进行对比)，由表 1可见本发明具有优异的导电性能。
表1电导率对比表

2、与集流体附着力：
将本发明导电剂均匀涂敷于铝箔上，制成模拟极片，发现极片在 电解液中浸泡后具有更大的剥离力(与现有某两款进口产品进行对 比)，应为电解液对两种粘结剂的溶胀，使二者产生了缠结或范德华 力，二者逐渐融为一体，可以使电池具有更加优异的电化学性能，具 体见表2。
表2剥离力对比表

3、极片耐受度：
将本发明导电剂均匀涂敷于铝箔上，制成模拟极片，使用105℃ 烘箱烘烤20分钟，取出置于手套箱中，用棉球蘸取LB-23电解液或 N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液擦拭极片表面，直至擦拭出可见铝箔， 根据下表3可见本导电剂具有优异的溶剂耐受性(与现有某两款进口 产品进行对比)。
表3溶剂耐受性对比表


对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构 思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形 都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。