導電材料組合物、使用該導電材料組合物的用于形成鋰二次電池的電極的漿料組合物以 ...的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種導電材料組合物、使用該導電材料組合物的用于形成鋰二次電池 電極的漿料組合物，以及鋰二次電池，所述導電材料組合物能夠提供具有更高含量的均勻 分散的碳納米管的電極，從而提供具有更加改善的電特性和使用壽命特性的鋰二次電池電 極。
【背景技術】
[0002] 近來，隨著電動車輛、電能儲存電池、移動智能設備等市場的快速發展，需要開發 比此前已知的電池表現出更高的容量和輸出特性的電池例如鋰二次電池等。
[0003] 為了開發高容量電池，電極需要更厚，并且需要從加厚電極到集電器的高效電子 傳輸。然而，在傳統二次電池中用作導電材料的零維碳黑具有難以形成有效傳導通路的缺 點，因此不能滿足上述技術要求。由于此原因，近來考慮使用具有一維纖維結構的碳納米管 作為導電材料。
[0004] 此外，對于開發高容量電池，已經廣泛考慮并嘗試應用新材料例如硅類陽極活性 材料或新的鋰復合金屬氧化物類陰極活性材料。然而，為了應用這些新材料，例如高容量材 料如硅類陽極活性材料等，必須滿足在充電和放電過程中維持導電結構的同時防止絕緣體 或硅發生解理的新的技術要求。
[0005] 為了滿足這種新的技術要求，并且為了改善電池的電極特性，例如電性能如導電 性等，已經考慮并嘗試用具有一維纖維結構的碳納米管代替常規用作電極導電材料的碳 黑。特別是，與常規材料相比，這種碳納米管表現出非常優異的導電性和導熱性，而且還維 持作為纖維型導電材料的有效導電結構，因此，碳納米管作為替代常規材料的新的導電材 料獲得了很大的關注。
[0006] 然而，這種碳納米管的局限性在于當它為用于制備電池的固體粉末形式或漿料形 式時其分散性非常差，因此難以以較高的濃度分散碳納米管。因而在常規方法中，使用液體 介質和額外的分散劑來均勻分散碳納米管，然后與用于形成電極的其它組分混合，從而制 備用于形成電極的漿料組合物和電極。然而，為了開發高容量電池，必須提高漿料中的固含 量。因此，為了在加厚電極中產生有效傳導通路，需要使用大量碳納米管作為導電材料。在 此情況下，當使用常規的分散碳納米管的液體時，難以在用于形成電極的漿料組合物和電 極中包含較高含量的碳納米管。事實上，在應用碳納米管來改善電極和電池的特性方面已 經存在限制。而且，液體介質的使用也降低了形成電極的整體加工性能等。
[0007] 為了解決這些問題，對于開發能夠通過以高濃度均勻分散固體(例如粉末等)形式 的碳納米管而提供具有更高碳納米管含量的電極以及包括該電極的電池的技術存在持續 需求。
【發明內容】
[0008] 技術問題
[0009] 本發明提供一種導電材料組合物，以及使用該導電材料組合物的用于形成鋰二次 電池電極的漿料組合物，所述導電材料組合物能夠提供具有更高含量均勻分散的碳納米管 的電極，從而提供具有更加改善的電特性和使用壽命特性的鋰二次電池電極。
[0010] 并且，本發明提供一種鋰二次電池，該鋰二次電池通過包括由所述用于形成電極 的漿料組合物形成的電極而表現出更加改善的特性。
[0011] 技術方案
[0012] 本發明提供一種導電材料組合物，該導電材料組合物包含:碳納米管；以及包含多 種多環芳烴氧化物的分散劑，其中，所述分散劑含有60重量％以上的分子量為300至1000的 多環芳烴氧化物。
[0013] 所述導電材料組合物可以包含碳納米管粉末和存在于所述碳納米管粉末的表面 上的分散劑。
[0014]并且，在包含于所述導電材料組合物中的分散劑中，當對多種多環芳烴氧化物進 行元素分析時，氧含量可以為該分散劑的全部元素含量的12至50重量％。
[0015]此外，在所述分散劑中，多環芳烴氧化物可以具有一個或多個含氧官能團連接至 含有5至30或7至20個苯環的芳烴的結構，并且所述含氧官能團可以包括選自羥基、環氧基、 羧基、硝基和磺基中的一種或多種。
[0016] 同時，相對于100重量份的碳納米管，所述導電材料組合物可以包含約1至50重量 份或約5至30重量份的所述分散劑。
[0017] 此外，所述導電材料組合物可以用于形成電池電極，更具體而言，該導電材料組合 物可以包含在用于形成鋰二次電池電極的漿料組合物中。
[0018] 同時，本發明提供一種用于形成鋰二次電池電極的漿料組合物，該漿料組合物包 含:電極活性材料、上述導電材料組合物、粘合劑和溶劑。
[0019] 在所述漿料組合物中，電極活性材料可以包括陰極活性材料或陽極活性材料，粘 合劑可以包括選自偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸 甲酯、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚（苯乙烯-丁二烯)共聚物、藻酸鹽和聚多巴胺中的一種或 多種，溶劑可以包括選自水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氫呋喃和癸烷中的一種或多種。
[0020] 此外，相對于100重量份的所述電極活性材料、所述導電材料組合物和所述粘合劑 的全部固含量，所述漿料組合物可以包含70至98重量份的電極活性材料、0.1至15重量份的 導電材料組合物，以及1.0至20重量份的粘合劑。
[0021] 并且，本發明提供一種鋰二次電池，該鋰二次電池由以下部分組成：陽極，該陽極 包括集電器和在所述集電器上形成的陽極活性材料層，其中，所述陽極活性材料層包含陽 極活性材料、導電材料和粘合劑；陰極，該陰極包括集電器和在所述集電器上形成的陰極活 性材料層，其中，所述陰極活性材料層包含陰極活性材料、導電材料和粘合劑；以及電解質， 其中，所述陽極活性材料層或所述陰極活性材料層中包含的導電材料中的至少一種含有上 述導電材料組合物。
[0022] 所述鋰二次電池具有由包含更高濃度的均勻分散的碳納米管的粉狀導電材料組 合物形成的電極，因而該鋰二次電池具有更高含量的均勻分散在電極中的碳納米管。因此， 通過將因碳納米管的高含量而引起的性能改善最大化，所述鋰二次電池能夠表現出更優異 的容量特性、電特性以及使用壽命特性。
[0023] 有益效果
[0024] 根據本發明，提供一種新的分散劑以及包含該分散劑的導電材料組合物，所述分 散劑能夠以較高濃度均勻地分散粉狀碳納米管。通過使用這種粉狀導電材料組合物和包含 該導電材料組合物的用于形成電極的漿料組合物，可以提供具有更高含量的均勻分散的碳 納米管的電極。
[0025] 因此，通過使用所述電極，可以提供表現出更加改善的電特性、容量特性和使用壽 命特性的電池例如鋰二次電池等。結果是，本發明非常有利于實現各種電池(例如鋰二次電 池等）中的高容量特性。
【附圖說明】
[0026] 圖la和圖lb(400至500分子量范圍的放大圖）示出了通過MALDI-T0F質譜分析的瀝 青的分子量分布；
[0027] 圖2a和圖2b(400至500分子量范圍的放大圖）示出了通過MALDI-T0F質譜分析的實 施例1的分散劑的分子量分布；
[0028] 圖3示出了瀝青和實施例1的分散劑的13C CPMAS NMR分析的結果；
[0029] 圖4示出了瀝青和實施例1的分散劑的FT-IR分析的結果；
[0030] 圖5示出了對實施例2至4的分散劑的分子量分布進行比較的結果，所述分子量分 布通過MALDI-T0F質譜分析；
[0031]圖6a和圖6b不出了在實施例9中形成用于形成電極的衆料組合物和電極時，對分 散于活性材料(石墨)表面上的導電材料組合物中的碳納米管分布進行分析的SEM結果；
[0032] 圖7a和圖7b為示出了在不使用分散劑的情況下形成的鋰二次電池與由實施例5的 導電材料組合物、實施例9的用于形成電極的漿料組合物以及使用實施例1的分散劑的電極 (陰極或陽極)形成的實驗例2的鋰充分電池之間的電極的電特性比較情況的曲線圖。
【具體實施方式】
[0033] 下文中，將更詳細地描述根據本發明的具體實施方案的導電材料組合物、使用該 導電材料組合物的用于形成電極的漿料組合物，以及鋰二次電池。
[0034] 首先，如本文中使用的"分散劑"是指用于將其它組分例如碳納米管等均勻分散在 水溶劑、有機溶劑或其它液體介質中的任何組分。
[0035]此外，術語"導電材料