[发明专利]一种锂离子电池用石墨烯复合导电剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用石墨烯复合导电剂及其制备方法，导电剂包括导电剂A和导电剂B，所述导电剂A包括：复合导电体，分散剂，粘结剂，溶剂，所述复合导电体由石墨烯和碳纳米管复合而成；以质量百分比计，所述导电剂B包括：碳颗粒，分散剂，粘结剂，溶剂。本发明综合利用石墨烯与活性材料包覆形成“面‑点”接触、碳纳米管形成的导电网络和传统碳颗粒导电剂良好的分散性等优点，构建多层次的导电结构，有效地降低导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高容量、充放电倍率和循环寿命等性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用石墨烯复合导电剂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能优以及自放电率低等优点，广泛应用于储能、电动汽车以及电子产品等邻域。锂离子电池的活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属盐，且大多数都是半导体或者绝缘体，导电性较差，限制了电池中电子迁移速率，制约性能，而且可能造成性能衰减或失效，因此必须加入导电剂来改善锂离子电池的导电性，以提高充放电倍率和循环性能。

锂离子电池常用的导电剂有颗粒状的碳材料(如炭黑、石墨等)。颗粒状的炭黑和石墨导电剂与活性材料只能形成“点-点”的接触，分散不均匀的团聚的颗粒无法形成导电网络，振实密度低，因此颗粒状导电剂的导电性不佳，用量比例较大。

新型的纳米尺寸的导电剂有碳纳米管和石墨烯，其中碳纳米管是一维线状结构，可以与活性材料形成“线-点”的接触形式，使用碳纳米管作为导电剂可以较好地建立导电网络。石墨烯是二维平面结构，可以包覆活性材料形成接触面积更大的“面-点”形式。这两种新型的导电剂对于减少用量，提高电池容量(提高振实密度)、降低阻抗、提高倍率性能以及电池循环寿命等具有优势。但是碳纳米管分散比较困难，极易团聚，无法有效形成长程导电网络；石墨烯也容易卷曲而团聚，包覆活性材料过多会具有阻碍锂离子传输；并且两者的材料价格都较高。

各种导电剂具有各自的优缺点，多元复合的导电剂利用这些优点，能够构建协同的导电网络。例如公开号为CN107039656A、CN107706422A、CN107482222A以及CN107958993A的专利文献公开了含石墨烯、碳纳米管和碳颗粒混合的导电剂，其方法是使用石墨烯和碳纳米管两种新型导电剂，经多次分散和混合而制成，工艺步骤可能较复杂，成本可能较高。

公开号为CN106450330A的专利文献公开了由石墨机械剥离获得石墨烯，再使用乳化剂连接碳纳米管、炭黑、石墨等形成混合的导电剂。其机械剥离石墨获得的石墨烯可能质量不佳，乳化剂连接其他碳系材料的方法较复杂。

公开号为CN107910555A的专利文献公开了通过多次混合和高温方法制成石墨烯、碳纳米管和碳颗粒的混合导电剂，工艺复杂、成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池用石墨烯复合导电剂，可减少导电剂用量比例，降低内阻和温升，提高充放电倍率和循环性能。

本发明的技术方案为：一种锂离子电池用石墨烯复合导电剂，包括导电剂A和导电剂B，以质量百分比计，所述导电剂A包括：

所述复合导电体由石墨烯和碳纳米管复合而成；

以质量百分比计，所述导电剂B包括：

作为优选，所述导电剂A和导电剂B的质量比为1:0.5～5。

作为进一步优选，所述导电剂A和导电剂B的质量比为1：1。

作为优选，所述复合导电体中石墨烯的质量分数为20～80wt％。

作为优选，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

作为优选，所述碳颗粒为炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨以及活性炭的一种或多种的混合物。