[发明专利]一种锂电池用导电碳材料分散液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂电池用导电碳材料分散液及其制备方法和应用，所述分散液包含导电性碳材料、导电性碳材料分散剂及溶剂，所述导电性碳材料分散剂为苯基有机物，所述苯基有机物苯环上侧链上具有亲油端烷基链R1、吡咯基和亲水基，所述吡咯基上具有有机功能盐离子基。本发明的导电性碳材料分散剂在本环上集中亲水基、离子型亲水基、导电有机物和功能盐，可提高与导电碳材料的结合力，使碳材料表面带有电负性防止导电碳材料重新团聚在一起，从而可获得分散均匀稳定的导电性碳材料分散剂，锂电池导电性粘结剂中可保持粘合剂导电性能稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子电池导电碳材料技术领域，具体为一种锂电池用导电碳材料分散液及其制备方法和应用。

背景技术

导电剂是锂电池材料重要组成部分，基本功能是导电。锂离子电池是依赖锂离子在正负极之间的转移进行充放电的二次电池，主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。导电剂则作为关键性的辅助材料，涂覆于正极材料和负极材料。

导电剂主要有以下几点作用：1)锂电池正常的充放电过程，需要锂离子、电子的共同参与，这就要求锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体，电极反应也只能够发生在电解液、导电剂、活性材料的接合处；2)电极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，它们是半导体或者绝缘体，导电性较差，必须要加入导电剂来改善导电性；3)负极石墨材料的导电性稍好，但是在多次充放电中，石墨材料的膨胀收缩，使石墨颗粒间的接触减少，间隒增大，甚至有些脱离集电极，成为死的活性材料，不再参不电极反应，所以也需要加入导电剂保持循环过程中的负极材料导电性的稳定。

炭黑导电剂的颗粒有几十纳米，导电石墨的颗粒有几微米。碳纳米管和石墨烯颗粒也只有几纳米，在电极内部难以均匀分散，难以满足动力电池的日益增长的性能需求。当锂离子电池用浆料中包含导电性碳材料时，此类导电性碳材料在浆料中存在分散不均匀的问题。在这样的情况下，导电性碳材料不能充分发挥作为导电助剂的作用。因此，需要用于分散导电性碳材料的分散液。此外，由于该分散液用于锂离子电池中，因此优选相对于锂离子电池的电解液而言溶胀性(膨润性)低、耐电解液性良好。

目前，分散纳米碳材料的方法包括共价改性法和非共价修饰法。共价改性法易引入一些缺陷，改变碳材料的电子结构，从而导致碳管的导电性下降。相比之下，非共价包裹是一种高效、无损的碳纳米材料分散方法。常用的分散剂为表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等。然而这些分散剂大多为绝缘体，且用量大，容易残留在薄膜中引起管间接触电阻的增大。因此，具有导电性、用量少、易去除等特点的分散剂亟待开发。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池用导电碳材料分散液及其制备方法和应用，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池用导电碳材料分散液，包含导电性碳材料、导电性碳材料分散剂及溶剂，所述导电性碳材料分散剂为苯基有机物，所述苯基有机物苯环上侧链上具有亲油端烷基链R1、吡咯基和亲水基，所述吡咯基上具有有机功能盐离子基。

优选的，所述亲油端烷基链R1的主碳链为1-20碳，亲水基为SO₃^-离子基，有机功能盐离子基为RSO₃^-离子基，更优选的，所述亲油端烷基链R1的主碳链为8-15碳。

优选的，所述导电性碳材料为导电炭黑、碳纤维VGFC、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯其中的一种或两种以上混合物。

优选的，所述导电性碳材料分散剂与导电性碳材料的质量百分比为0.001～30％，更优选的，所述导电性碳材料分散剂与导电性碳材料的质量百分比为0.1～0.5％。