[发明专利]一种用于锂离子电池的导电剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的导电剂的制备方法，具体涉及一种石墨类碳材料导电剂的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有比容量大、放电电压高而平稳、低温性能好、环境友好、安全、寿命长、自放电小以及镍氢、镍镉二次电池无可比拟的优点。自1991年问世以来，经过十余年的发展，锂离子电池已经主导了小型便携式电池的市场。

锂离子电池的负极材料有碳材料、金属间化合物、锡基化合物等。目前商品化的锂离子电池多采用碳材料作为负极材料。碳材料负极相对正极而言，有较好的导电性，原则上不用加入导电剂来增加电极材料的导电性。但是由于碳材料在嵌入、脱出锂过程中，会发生体积膨胀和收缩，几个循环后，碳材料之间的接触会减少，或出现空隙，导致电极的导电性急剧下降，因此需要适当加入导电剂。颗粒的炭黑、乙炔黑、或者纤维状的导电剂可以很好地填补碳材料之间的空隙，保持循环过程中电极的稳定性，不会因循环次数的增加而导致电极的导电性急剧下降。

锂离子电池的正极材料一般为过度金属氧化物，如：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、和LiNi_xCo_yMn_（1-x-y）O₂等，以及过度金属的磷酸盐，如：LiMPO₄；它们电导率低，一般是半导体或是绝缘体。理想的正极为离子和电子的混合导体，电子导电性和正极导电性好坏有关；离子传导性和正极的孔容有关，多孔结构可以提供电解液的存储场所，为电极快速反应提供缓冲离子源。导电剂在正极的作用主要是提高正极的导电性。

优异的导电剂需要具备以下几个特征：一、电导率较高，高电导率的材料能提高电子的迁移速率；二、粒径较小，小粒径的材料能填充锂离子电池正、负极材料的空隙，使材料之间的接触较好，易于锂离子的脱出、嵌入；三、高比表面积，比表面积大的材料能较好的与正、负极材料接触，同样易于电解液的保持，便于锂离子的脱嵌与电子迁移；四、易于分散，在正、负极材料配置浆料过程中易于打散和分散，能较好的与正、负极材料混合在一起；五、高稳定性，在锂离子电池充放电的过程中能稳定存在，不会发生体积变化而影响电池的循环性能。

目前市场上锂离子电池导电剂主要为Super-P与KS系列，此两类产品皆为国外进口，前者为纳米级的炭黑类产品，既有较小的粒径和较大的比表面积，又具有较好的导电性能，但是由于粒径较小及比表面积较大，不易分散，而后则为微米级的导电石墨，易于分散，但是导电性能较Super-P差。所以实际使用过程中，两者都是同时添加使用，互补不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的导电剂的制备方法；具体用于制备一种超细的，粒径介于纳米级和微米级之间的亚微米级（粒径为0.1μm～1μm）的石墨类碳材料的导电剂，该导电剂即避免了由于纳米级粒径的导电剂（Super-P）存在的分散问题，同时弥补了微米级的导电石墨（KS）导电性较差的不足。同时本发明的导电剂比表面积高达100～300㎡∕g，在增加电解液的吸收量的同时，也便于电解液的保持，还保证了锂离子电池的循环稳定性。

石墨晶体具有由碳元素组成的六角平面层状结构，层平面上的碳原子以强有力的共价键结合；而层与层间以范德华力结合，结合非常弱，而且层间距较大。因此，在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相—石墨层间化合物。这种层间化合物在加热到适当温度时，可迅速分解，产生大量气体，使石墨沿C轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨。膨胀石墨的层间被打开，结合力变弱，因此更易粉碎而得到亚微米级的石墨粉体。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种用于锂离子电池的导电剂的制备方法，包括以下步骤：

   （1）用浓硫酸和高锰酸钾将天然鳞片石墨氧化插层，水洗至中性，然后在50℃～100℃下烘干，再在800℃～1000℃下膨胀处理10～60秒，得到膨胀石墨；

   （2）将膨胀石墨加入到含分散剂的去离子水中，然后加入研磨球，搅拌球磨60～300分钟；

   （3）将研磨后的浆料进行喷雾干燥，得到粒径为0.1μm～1μm的亚微米级导电剂。

本发明中天然鳞片石墨、浓硫酸和高锰酸钾的质量比为1：4～8:0.1～1；所述浓硫酸的浓度为90%～98%。