CN107579208A - 一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电池用材料制备技术领域的一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料。该浆料由如下质量分数的组分组成：3％‑8％的高纯高导电碳纳米管，0.1％‑2.0％的分散稳定剂,余量为N‑甲基吡咯烷酮。本发明采用的高纯高导电碳纳米管，其管径典型分布在4‑10nm，平均管径为7nm，长径比为200‑2000，金属含量小于100ppm，碳纳米管在浆料中分散良好，满足高端锂离子二次电池的要求。高纯碳纳米管浆料适合高端数码手机电池与新能源汽车电池,具有较大长径比、较好导电性、在电极配比中添加量少的优点且相应的电池具有更低的电阻、更好的倍率性能。
Description
技术领域
本发明属于电池用材料制备技术领域，具体涉及一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料。
背景技术
碳纳米管具有非常优良的导电性能，同时又具有极高的长径比，把碳纳米管添加到锂离子电池的电极材料中可以有效地形成导电网络，提升电极导电性能，使锂离子电池具有优异的性能，具体表现在电池容量大、循环寿命长，适合高端数码类电池及新能源汽车电池。由于碳纳米管管径为纳米级，且是以团毛线形式存在，电池厂家正极合浆时分散不开，需使用分散好碳纳米管浆料。且高端锂电池还对金属含量有限制。
目前的高端数码手机电池与新能源汽车电池中，普遍使用11.7nm的普通碳纳米管，长径比小、导电性差、在电极配比中添加量大，相应的电池电阻高、倍率性能差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料。
一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，该浆料由如下质量分数的组分组成：3％-8％的碳纳米管，0.1％-2％的分散稳定剂,余量为N-甲基吡咯烷酮。
所述分散稳定剂为聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一种或两种。
所述浆料粘度≤30000mPa.s。
所述碳纳米管中金属含量小于100ppm。
所述碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为200-2000。
所述浆料中金属含量小于5ppm。
本发明的有益效果：高纯碳纳米管浆料适合高端数码手机电池与新能源汽车电池。与平均管径为11.7nm的普通碳纳米管比，具有较大长径比、较好导电性、在电极配比中添加量少的优点且相应的电池具有更低的电阻、更好的倍率性能。另外本发明的导电浆料所使用的碳纳米管制备方法简单，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1高纯碳纳米管与普通碳纳米管的TEM镜图；
图中a为高纯碳纳米管TEM镜图，b为普通碳纳米管的TEM镜图。
图2为采用实施例1的钴酸锂扣式电池的循环性能对比；
图中a为普通碳纳米管扣式电池性能，b为高纯碳纳米管扣式电池性能。
图3为采用实施例2的三元材料电池EIS对比图。
图4为采用实施例2的三元材料电池放电倍率对比图。
图5为采用实施例3的磷酸铁锂材料电池放电倍率对比图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，该浆料由如下质量分数的组分组成：5％的碳纳米管，1％的聚乙烯基吡咯烷酮,余量为N-甲基吡咯烷酮。上述碳纳米管浆料的制备方法是将碳纳米管，聚乙烯基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌机中搅拌均匀制成。制备的高纯碳纳米管与普通碳纳米管的TEM镜图对比如图1所示。
制备的浆料粘度为13000mPa.s，碳纳米管中金属含量小于100ppm，碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为1000，浆料中金属含量小于5ppm。
以高纯碳纳米管与普通碳纳米管制备钴酸锂扣式电池，其中配方LCO：高纯碳纳米管：PVDF＝98.85：0.35：0.8，LCO：普通碳纳米管：PVDF＝98.25：0.75：1，单面面密度为120g/m2。
使用蓝电电池测试系统测试扣式电池性能，发现高纯碳纳米管扣式电池1C充电，4C放电，克容量保持在120mAh/g，而普通碳纳米管扣式电池1C充电，4C放电，克容量小于100mAh/g。扣式电池不同倍率电池性能如图2所示。
实施例2
一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，该浆料由如下质量分数的组分组成：7％的碳纳米管，0.5％的聚乙烯醇,余量为N-甲基吡咯烷酮。上述碳纳米管浆料的制备方法是将碳纳米管，聚乙烯醇和N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌机中搅拌均匀制成。
制备的浆料粘度为12000mPa.s，碳纳米管中金属含量小于100ppm，碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为800，浆料中金属含量小于5ppm。
以高纯碳纳米管与普通碳纳米管制备三元材料电池，其中配方NCM：高纯碳纳米管：PVDF＝98.7：0.5：0.8，NCM：普通碳纳米管：PVDF＝98.25：0.75：1，正极涂布双面面面密度为200g/m2，压实密度为3.6±0.1g/cm3。
使用电化学工作站测试电池EIS，拟合电荷转移电阻，其中高纯碳纳米管三元材料电池的电荷转移电阻为0.8614欧，电池电阻为41.2毫欧，三元材料的克容量发挥为148.68mAh/g，3C放电率91％；而普通碳纳米管三元电池材料电池的电荷转移电阻为1.224欧，电池电阻为43.2毫欧，三元材料的克容量发挥为148.13mAh/g，3C放电率88％(如图3-4所示)。
实施例3
一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，该浆料由如下质量分数的组分组成：5％的碳纳米管，1.8％的聚乙烯基吡咯烷酮,余量为N-甲基吡咯烷酮。上述碳纳米管浆料的制备方法是将碳纳米管，聚乙烯基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌机中搅拌均匀制成。
制备的浆料粘度为11000mPa.s，碳纳米管中金属含量小于100ppm，碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为1200，浆料中金属含量小于5ppm。
以高纯碳纳米管与普通碳纳米管制备磷酸铁锂26650-3200mAh圆柱电池，其中配方为磷酸铁锂：高纯碳纳米管：PVDF＝97：1：2，磷酸铁锂：普通碳纳米管：PVDF＝95.5：2：2.5，正极涂布尾双面面面密度为360g/m2，正极压实密度2.3±0.1g/cm3。
高纯碳纳米管磷酸铁锂圆柱电池平均电阻为12.2毫欧，12.5C倍率放电容量发挥95.6％，电压平台2.65V；而普通碳纳米管磷酸铁锂材料圆柱电池平均电阻为14.7毫欧，12.5C倍率放电容量发挥12.5％，电压平台2.65V(如图5所示)。
实施例4
一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，该浆料由如下质量分数的组分组成：5％的碳纳米管，1％的聚乙烯基吡咯烷酮，0.1％的黝帘石纳米颗粒，余量为N-甲基吡咯烷酮。上述碳纳米管浆料的制备方法是将碳纳米管，聚乙烯基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌机中搅拌均匀制成。
制备的浆料粘度为13000mPa.s，碳纳米管中金属含量小于100ppm，碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为2000，浆料中金属含量小于5ppm。
以高纯碳纳米管与普通碳纳米管制备钴酸锂扣式电池，其中配方LCO：高纯碳纳米管：PVDF＝98.85：0.35：0.8，LCO：普通碳纳米管：PVDF＝98.25：0.75：1，单面面密度为120g/m2。
使用蓝电电池测试系统测试扣式电池性能，发现高纯碳纳米管扣式电池1C充电，4C放电，克容量保持在140mAh/g，而普通碳纳米管扣式电池1C充电，4C放电，克容量小于100mAh/g。
Claims (6)
1.一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，其特征在于，该浆料由如下质量分数的组分组成：3％-8％的碳纳米管，0.1％-2％的分散稳定剂,余量为N-甲基吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，其特征在于，所述分散稳定剂为聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管浆料，其特征在于，所述浆料粘度≤30000mPa.s。
4.根据权利要求1所述一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管中金属含量小于100ppm。
5.根据权利要求1所述一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管的管径为4-10nm，平均管径为7nm，长径比为200-2000。
6.根据权利要求1所述一种高端锂离子二次电池用高纯高导电碳纳米管，其特征在于，所述浆料中金属含量小于5ppm。
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