[發明專利]一種鋰離子電池正極材料復合導電劑

無效

• 申請號: 200810144527.6
• 申請日: 2008-07-23
• 公開（公告）號: CN101355165A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 于作龍;張慶堂;瞿美臻;周固民;林浩強
• 申請（專利權）人: 中國科學院成都有機化學有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料復合導電劑。該復合導電劑包括多孔活性炭和導電材料。

背景技術

作為一種高能的綠色儲能器件，鋰離子電池具有比容量大、放電電壓高而平穩、低溫性能好、環境友好、安全、壽命長、自放電微弱等優點，因而受到了人們的青睞，目前已經占據了便攜電源的市場，在手機、數碼相機和筆記本電腦等電子產品上得到了廣泛的應用；隨著廉價正極材料的開發、發展與成熟，鋰離子電池終將進入電動車動力電池的市場，并有可能分享動力電池的部分市場。

正極材料是鋰離子電池的主要組成部分，正極材料性能的優劣直接影響到電池性能的發揮。在鋰離子電池中使用的正極材料一般包括：正極活性材料、增強正極活性材料電子導電性的導電劑、以及增強這些材料粘結強度的粘接劑。正極活性材料一般為鋰-過渡金屬氧化物：LiCoO₂、LiNiO₂、LiCo_xNi_1-xO₂(0＜x＜1)、LiMn_1-x-yCo_xNi_yO₂(x、y均小于1)、LiMn₂O₄和橄欖石型磷酸鹽LiMPO₄(M為Fe、Mn、Co、Ni、Cu、V等)，常見的為LiFePO₄。這些正極活性材料為導電性較差的半導體甚至是絕緣體，因此需要加入導電劑來增強導電性。導電劑包括顆粒狀導電劑，如：乙炔黑、Super?P、顆粒石墨、金屬粉末以及兩種或者兩種以上不同顆粒狀導電物質的復合物等；纖維狀導電劑，如：氣相生長碳纖維、碳納米管和金屬纖維等。導電劑和正極活性材料息息相關，如果正極活性材料里不加入導電劑，正極活性材料的優良性能就無法發揮出來。

導電劑在正極活性材料中的應用已經有不少專利文獻報道。日本TDK株式會社的專利，公開號CN1194433C，利用向正極活性材料中加入粒經為0.1～40μm的膨脹化石墨，獲得的電極能夠改善放電比容量和充電放電循環壽命。比亞迪股份有限公司的專利，公開號CN1507092A，用金屬粉末和金屬纖維的復合物作為導電劑，添加到正極、負極活性物質中，得到了低內阻、較好循環特性和可以高倍率放電的鋰離子二次電池。深圳市納米港有限公司的專利，公開號CN1588679A，用多壁碳納米管作為導電劑，得到的正極材料顯著地提高了活性材料的電化學容量利用率和倍率充放電性能。中國科學院成都有機化學有限公司的專利，公開號CN1770515A，用碳納米管和乙炔黑的復合物作為導電劑，加入到正極活性材料中，可以得到具有高比容量的正極材料。韓國SDI株式會社的專利，公開號CN1770516A，用比表面積為200～1500m²/g和小于100m²/g兩種導電物質復合物為導電劑，得到的正極材料具有低的阻抗和高的活性物質密度。以上專利中應用的導電劑，都是高導電性的物質，其目的是增強正極活性材料的導電性。中孔材料指的是一半以上的孔徑在2～50nm的多孔材料，對于使用含中孔材料的復合導電劑，來改善鋰離子電池正極材料的性能，目前尚未見到相關專利文獻。

發明內容

鋰離子電池正極活性材料顆粒粒徑為幾個微米到幾十個微米，比表面積很小，大多數的比表面積都小于10m²/g，正極活性材料本身也沒有孔結構，吸收電解液的量都比較小。傳統導電劑一般是乙炔黑、Super?P、碳纖維、碳黑、金屬粉中的一種或者幾種。它們比表面積一般也不大，大多數的比表面積都小于100m²/g，吸收電解液的量也很有限。所以，使用傳統導電劑，正極材料內部貯存電解液有限，充放電過程中離子從正極材料內部遷移遷出都會受阻。此外研究表明，孔徑為2～50nm的中孔，可以實現溶劑化離子的快速遷移。本發明中的復合導電劑，用多孔活性炭替代部分導電材料形成復合導電劑。使用這種復合導電劑，均勻分散到正極內部的多孔活性炭增加了電解液的吸液量，可以為電極反應提供緩沖離子源，如圖4示意圖所示。復合導電劑的重量在正極材料中所占的比例為Wr。Wr的大小視所用的正極活性材料而定，導電性好的正極活性材料Wr可以小一點。如果正極活性材料是鈷酸鋰(LiCoO₂)，Wr為3wt.％；若是尖晶石錳酸鋰(LiMn₂O₄)，Wr為7wt.％，甚至更多；若是磷酸鐵鋰，Wr為15wt.％。