[发明专利]一种高导电管状网络结构的正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及化学电源技术领域，提供了一种高导电管状网络结构的正极材料的制备方法及应用，包括以下步骤：(1)PVDF与磷酸铁锂材料预混(2)高速分散预混材料(3)向预混材料中添加碳纳米管导电浆(CNTs)，CNTs在高剪切作用下形成均一稳定的管状网络结构的正极材料。该管状网络结构的正极材料由多壁碳纳米管和磷酸铁锂材料构成，碳纳米管在磷酸铁锂表面分散均匀形成完整的立体三维导电网络。制备的导电网络结构的正极材料能够提高锂离子在正极材料中的扩散速率，实现优异的电化学性能，具有较高的导电性、比容量和倍率性能，可用于锂电池、电容器和电催化等应用领域。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，涉及一种高导电管状网络结构的正极材料的制备方法及应用。

背景技术

随着新能源产业快速发展，锂离子电池由于环境友好、成本低和热稳定性好等优势广泛受到关注。目前锂离子电池由于能量密度不够高、功率密度低、充放电速率低而不能满足市场对高比能量、高比功率等电池的需要。锂离子电池存在以上的缺点的主要原因是正极材料中活性物质导电性能差所产生缓慢的电化学反应动力学所致。由公式(C为电池放电容量；L为电极厚度；ξ为多孔电极中活性物质体积分数；M为单位面积电池的质量；R_s为活性颗粒半径；D_s为锂离子固相扩散系数；α为多孔电极的有效体积比表面积；C_t为活性物质最大Li+浓度；为活性物质初始Li+浓度；I为放电电流密度)可知放电容量随电流密度的增大而线性降低，当锂电池放电较大时由于Li+在固相扩散中扩散较慢产生电极极化从而使得电容下降较快。为提高活性物质与集流体以及活性颗粒之间的导电性需要向正极材料添加导电剂改善活性颗粒的导电能力。因此，开发高导电性高密度的锂离子电池正极材料对提高Li+的扩散速率十分重要。

专利申请号201711491004.4，专利名称：锂离子电池制浆方法，该专利详细介绍锂离子浆料的制备方法，在该专利的基础上，本专利进一步探究浆料分散的过程以及浆料的内部结构特点，是该专利的进一步深化。

本发明中采用CNTs作为导电剂在活性颗粒与导电剂之间形成有效的导电管状网络结构，加快Li+的扩散速率，减少电极的极化，改善电池的电化学性能。尽管CNTs具有优异的导电性能，但是CNTs本身存在较强的范德华力使其表面具有较强的表面惰性，在加工过程中容易团聚，因此需要对CNTs的加工过程进行优化。本发明中采用定转子对CNTs进行高剪切作用分散，CNTs受到的剪切、摩擦、冲击和碰撞的作用力越大，CNTs在浆料中分散的越均匀，有利于形成均一稳定的正极浆料，从而有效的提高锂离子电化学性能。

发明内容

本发明设计了一种管状网络结构的正极材料的制备方法及应用。通过采用定转子对加入CNTs浆料进行高剪切作用分散，形成均一稳定的正极浆料。CNTs在磷酸铁锂表面构建的管状网络结构，形成完整的立体三维导电网络，增加锂离子在层间空间的扩散通道，加快锂离子的扩散速率从而改善正极材料的电化学性能。

为了提高正极材料的导电性能，本发明采用的技术方案是：一种高导电管状网络结构的正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤一：取PVDF与磷酸铁锂材料进行预混，预混后固体粉末呈现均匀分散状态；

步骤二：取预混后的固体粉末置于搅拌机中一级分散，浆料在高剪切作用力下被分散；

步骤三：调整转速，进行二级分散，向二级分散的浆料中添加碳纳米导电浆CNTs，所述CNTs在高剪切作用力下被分散形成均一稳定的正极浆料。

优选的，步骤一所述的预混，预混搅拌速度为15-25rpm，预混时间为25-35min。

优选的，步骤二所述的一级分散，分散转速为1600-1800rpm，分散时间为180-200min。

优选的，步骤三所述的二级分散，分散转速为2000-2200rpm，分散时间为180-200min