[發明專利]一種蠕蟲石墨高導電性鋰離子電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110243202.5
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102306792A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 郝霄鵬;馬元;吳擁中
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料及其制備方法，尤其涉及一種利用蠕蟲石墨制備高導電性鋰離子電池正極材料的方法，屬于化學電源技術領域。

背景技術

電能作為可再生及潔凈能源越來越受到人們的重視，隨著石油能源的日益枯竭，使用傳統能源的汽車所面臨的高油價、高污染等問題日益醒目，同時對電動汽車的需求也日益緊迫。動力能源要求電能存儲設備具有高能量、高功率、高壽命、高安全、低成本及低污染的特點。在現有的電能存儲設備中，與其他介質的電池相比，鋰離子電池由于其高安全，高壽命，高能量，低成本及低污染的特點最符合作為動力能源的要求，也因此得到了各國政府大力支持及科研人員深入廣泛的研究。作為動力能源一般應具備三個條件：1、良好的安全性；2、較長的使用壽命；3、具有快速充放電的能力。而對于現階段來說，最大的瓶頸就是快速充放電這一條，解決了這個問題電動汽車就可以像汽油汽車一樣隨時補充能量做更長更遠距離的行駛，就可以隨時充電并得到推廣。

在鋰離子電池正極材料中，以錳酸鋰和磷酸鐵鋰最適合用于動力能源。錳酸鋰倍率性能好，制備比較容易，成本較低；缺點是由于錳的溶解導致高溫性能和循環性能不佳，因此壽命較短。而磷酸鐵鋰安全性最好，循環壽命長，原料成本低，缺點是導電性差，這導致其倍率性差。但就材料的特點來看，錳酸鋰屬于過渡產品，不適合長期做為動力能源推廣，進一步研發磷酸鐵鋰實現超越錳酸鋰取得技術上的領先是長期發展的需要。

目前在提高材料導電性方面已取得了一些進展，現階段主要手段有：對材料進行包碳處理；制備電極時加入導電劑；對材料體系本身進行金屬離子摻雜；制備納米級材料，減少材料粒徑尺寸。對材料包碳處理的碳層因為是化學法包覆，結晶性差，從而導致電導率提高有限；而導電劑由于種類的不同也有各自的缺點，如不宜分散、成本高、導電性差等，還沒有一個較為完美的導電劑；金屬離子摻雜對電導率提高也有限，同時會使材料晶格結構發生變化，從而影響材料本身的性能；材料的納米化也會使一些新問題出現，如易結塊、穩定性下降、制備工藝復雜、成本提高等。

針對上述提高材料導電性的幾種途徑而言，開發新型的導電劑是較為方便快捷的方法，且具有較長遠的應用價值。現有的商用導電劑主要有導電炭黑、導電石墨、碳纖維和碳納米管。其價格與其導電性成正比。其中碳纖維和碳納米管價格昂貴，會導致電池成本升高。導電炭黑和導電石墨價格低廉，但相對導電效果差。

蠕蟲石墨是石墨經過插層處理后瞬間高溫受熱制得，制備方法參見胡相紅；劉國欽；李玉峰.膨脹石墨制備工藝優選研究[J].中國石油和化工，2007，(14)：60-62。插層物質瞬間受熱氣化產生的膨脹力可以克服石墨層間結合的范德華力，使石墨沿C軸方向膨脹了數十倍到數百倍，從而使其具有極大的比表面積，也稱膨脹石墨。在作為導電添加劑應用時，通過適當的工藝可以使其均勻分散，利于形成導電網絡，降低導電劑所占比例等作用，從而提高電池的整體性能。同時在制備蠕蟲石墨時的短時高溫處理，可以最大限度的減少石墨的氧化，使其保持了較高的石墨化程度，并保持很多石墨的優異性質，如耐高溫，耐腐蝕及高電導率等，從而提高電池的倍率性能及安全性能。同時，蠕蟲石墨因為具有疏水性和親油性，還被廣泛用于吸附水中的油類物質，因此在電池中也可以和有機電解液有良好的浸潤性。此外，蠕蟲石墨制備工藝簡單，原料低價易得，使其具有較低的成本。

蠕蟲石墨在電化學電池中的應用已有報道，參見中國專利文件CN1653631A、CN1537339A。但現有技術中都不涉及鋰離子電池，使用范圍也僅在一次電池中使用，未涉及鋰離子二次電池材料。迄今為止，尚未有關于蠕蟲石墨在鋰離子二次電池材料中的應用報道。

發明內容

本發明針對目前鋰離子二次電池正極材料導電性差的缺點，提出一種蠕蟲石墨高導電性鋰離子電池正極材料及其制備方法，通過添加蠕蟲石墨制備高導電性鋰離子二次電池正極材料，制備工藝簡單、成本低廉，易于產業化。

一種高導電性鋰離子電池正極材料，原料重量份組成如下：活性材料磷酸鐵鋰或錳酸鋰100份，導電劑1～30份，溶劑I?5～500份，粘結劑1～10份，溶劑II?12～220份；

所述導電劑是蠕蟲石墨、或者蠕蟲石墨與乙炔黑、碳納米管或氣相生長炭纖維(VGCF)的組合；

所述溶劑I是水、乙醇、丙酮、四氫呋喃之一或組合；

所述粘結劑是聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯膠或LA135。其中，優選聚偏氟乙烯的分子量范圍為10萬～100萬，聚四氟乙烯的分子量范圍為10萬～100萬。