[发明专利]复合分散剂和正极材料组合物与正极及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合分散剂，含有该复合分散剂的正极材料组合物，由 该正极材料组合物制备的正极以及含有该正极的锂离子二次电池。

背景技术

与其它化学电源相比，锂离子二次电池具有许多优异的性能，如能量密 度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等优点。经过近 二十年的飞速发展，锂离子二次电池已广泛地应用于移动电话、笔记本电脑、 数码相机等领域。随着全球石油价格的上涨和人们环保意识的增强，无论是 研究机构还是企业，都把目光关注到电动汽车的开发上。研究者普遍认为锂 离子二次电池是一种应用在电动汽车上的最有潜力的化学电源。和其它移动 设备相比，电动汽车对电池的循环寿命、能量密度、电池组一致性以及大电 流放电能力等性能提出更高的要求。然而，锂离子二次电池正极活性材料导 电性差，严重制约电池性能的提高。为改善正极活性材料和集流体之间以及 活性颗粒之间的导电性，通常通过在正极材料中加入具有导电性好、密度小、 结构稳定以及化学性能稳定的纳米导电碳黑来提高活性材料的导电性。

导电剂颗粒越小，导电能力越好，因此，为了尽可能地提高导电性能， 就必须尽可能采用粒径小的纳米碳黑作为导电剂。众所周知，纳米材料具有 超大的比表面积和超高的表面能，团聚现象异常显著。分散不良的纳米导电 碳黑不能很好地发挥其导电功能，因而制约了电池性能的提高，尤其是电池 组一致性。

为了使纳米颗粒分散并使分散的纳米颗粒能稳定地存在分散介质中，就 必须增强颗粒间的排斥力。目前增加排斥力的方法为通过静电机制或者空间 位阻机制的方法。

静电机制——通过改变颗粒表面的电荷性质以及电荷密度，增大颗粒表 面ζ(泽塔)电位的绝对值，以提高颗粒间的静电排斥力，阻碍粒子之间由 于范德华力作用而造成的团聚，从而达到颗粒分散的目的。

空间位阻机制——通过非离子型的表面活性剂附在颗粒表面，形成一层 高分子保护膜，使颗粒间产生强位阻排斥力；利用熵斥力原理，吸附于颗粒 表面的大分子将颗粒隔开，从而减少团聚发生。

然而，在采用静电机制的方法中，由于要改变颗粒的表面电性能或者强 化颗粒的表面电性能，通常要加入大量的分散剂。例如，如果颗粒不带电， 即溶液pH为约7时，如果要使该颗粒能较稳定地分散，至少要将溶液的pH 值调到大于12或者小于3，即氢离子浓度改变10000倍。分散剂的加入量一 般为被分散物质的10重量％，有时可高达被分散物质的30重量％，这将限 制它在某些领域的应用，例如，高能量的电池。在采用空间位阻机制的方法 中，由于悬浮液中纳米颗粒的粒径不一致，一般颗粒的粒径呈现出正态分布 的趋势，单一的高分子很难对每个颗粒的完全包覆，悬浮液经常出现絮凝现 象，从而严重影响了纳米颗粒功能的发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中纳米颗粒悬浮液分散稳定性差和/或 分散剂用量高的缺陷，提供一种能改善纳米颗粒悬浮液分散稳定性并减少分 散剂用量的复合分散剂和含有该分散剂的正极材料组合物，以及正极与电 池。

本发明的发明人意外地发现，当组合使用非离子型表面活性剂和离子型 表面活性剂，并且所述非离子型表面活性剂的含量为60-90重量％，所述离 子型表面活性剂的含量为10-40重量％时改善纳米颗粒的分散性的效果显著 高于单独使用非离子型表面活性剂或者离子型表面活性剂改善纳米颗粒的 分散性的效果。

因此，本发明提供了一种复合分散剂，其中，该分散剂包括非离子型表 面活性剂和离子型表面活性剂；以该分散剂的总重量为基准，所述非离子型 表面活性剂的含量为60-90重量％，所述离子型表面活性剂的含量为10-40 重量％。

本发明还提供了一种正极材料组合物，该正极材料组合物包括正极活性 物质、正极粘结剂、纳米碳质材料和分散剂，其种，所述分散剂为本发明所 提供的复合分散剂。

本发明还提供了一种正极，该正极包括集流体和负载在集流体上的正极 材料，其中所述正极材料为本发明所提供的正极材料组合物。

本发明还提供了一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括电池壳、 极芯和电解液，所述极芯和电解液密封容纳在电池壳内，所述极芯包括正极、 负极和位于正极与负极之间的隔膜，其中，所述正极为本发明提供的正极。