一种导电组合物的制作方法

本发明涉及到电池领域。特别是，本发明涉及一种用于锂离子电池和其他电池的导电组合物，以及包含该组合物的浆料。

背景技术：

1、在过去的几十年里，锂离子电池(libs)由于其出色的能量密度、长循环寿命和高放电能力，已被广泛使用于各种应用中，特别是消费电子产品。由于电动汽车(ev)和电网储能的市场快速发展，高性能、低成本的libs目前为大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。

2、一般来说，锂离子电池的电极是通过在金属集流体上浇注有机浆料制造而成的。这种浆料包含电极活性材料、导电碳和在有机溶剂中的粘结剂。最常见的粘结剂是聚偏二氟乙烯(pvdf)，pvdf会溶解在溶剂中，并提供良好的电化学稳定性和对电极材料及集流体有高粘附性。然而，pvdf只能在一些特定的有机溶剂中溶解，比如n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)，而nmp是易燃和有毒的，因此需要特殊处理。

3、在干燥过程中必须有一个nmp回收系统来回收nmp蒸汽。这将在生产过程中产生巨大的成本，因为它需要大量的资金投资。在本发明中，优选使用较便宜、对环境更友好的溶剂，如水性溶剂，最常见的是水，因为它可以减少回收系统的大量资金成本。对负极用水基涂层工艺取代基于nmp的有机涂层工艺的尝试是成功的。用于阳极涂层的典型水基浆料包括羧甲基纤维素(cmc)和丁苯橡胶(sbr)。在电池内，阴极处于高电压状态。包括sbr在内的大多数橡胶只在阳极的低电压下稳定，在高电压下会分解。因此，与阳极相反，用于阴极的水基涂布是很大的挑战。

4、值得注意的是，上述问题并非锂离子电池所特有。其他类型的电池，如钠离子电池，也可能遇到类似问题。

5、碳基材料，如无定形碳、石墨烯、碳黑、碳纳米管(cnts)、碳纳米纤维和富勒烯，由于其出色的电性能和热传导性，已被广泛用作该领域的导电剂。特别是cnts，这种具有极高长宽比的管状碳材料有望成为各领域中的新兴导电剂。cnts由碳网络组成，石墨片中的碳原子呈蜂窝状排列，由六个碳原子组成紧密的六边形形成管状结构。cnts的准一维结构和碳原子的石墨状排列使其具有优异的机械和电性能。此外，cnts的高导热性促进了电池充/放电循环时的散热，提高了电池在高温和低温下的性能，从而延长了电池的使用寿命。

6、然而，由于cnts之间强烈的分子间相互作用，cnts有聚集的倾向，并且在大多数溶剂中难以分散。因此，将cnts应用于涉及在溶剂中混合cnts的制造工艺中存在着相当大的挑战，例如与电池有关的制造工艺。尽管cnts具有良好的特性，但加工和处理cnts的困难阻碍了其在电池相关应用中的广泛使用。因此，促进cnts在溶剂中分散的方法是当前研究的一个重要领域。

7、韩国专利申请公开号20190088330a公开了碳纳米管-电极活性材料复合粉末和包含该粉末的电极的制造方法，其目的是提高导电性和电池性能。为了实现碳纳米管的均匀分散，将碳纳米管分散在n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)溶剂中，并通过搅拌器进行搅拌，以防止碳纳米管之间结块。聚合物粘结剂，例如聚偏二氟乙烯(pvdf)等可进一步加入到电极浆料的制备中。然而，这种方法的应用因其使用昂贵和有毒的有机溶剂nmp而受到限制。使用水性溶液取代有机溶剂是优选的，其可以大大降低制造成本和环境影响，因此本发明采用了水基处理。然而，以上方法并没有教导如何在水性系统中稳定碳纳米管。

8、鉴于上述情况，本发明人对该课题进行了深入研究。研究发现，由cnts、共聚物和水性溶剂组成的新型导电组合物是稳定的，并且通过共聚物的作用，cnts被很好地分散在导电组合物的水性溶剂中。因此，可以实现导电组合物的增强导电性。此外，已经发现，包括使用本文所公开的导电组合物生产的电极的电池具有更好的性能。

技术实现思路

1、通过本文公开的各方面和实施方式满足了上述需求。一方面，本文提供了一种用于电池的导电组合物，其包括共聚物、cnts和水性溶剂。

2、另一方面，本文提供了一种用于电池的电极浆料，其包括电极活性材料和该导电组合物。在一些实施方式中，该浆料进一步包括导电剂。

技术特征：

1.一种导电组合物，包括共聚物、碳纳米管和水性溶剂，其中共聚物包括结构单元(a)，而其中结构单元(a)包括一个或多个含有氰基的单体单元。

2.根据权利要求1所述的导电组合物，其中基于所述共聚物中单体单元的总摩尔数，结构单元(a)在所述共聚物中的比例是按摩尔计约20％到约70％。

3.根据权利要求1所述的导电组合物，其中该导电组合物的ph值为约7到约12。

4.根据权利要求1所述的导电组合物，其中该共聚物进一步包括结构单元(b)，其中结构单元(b)包括一个或多个含有羧酸盐基的单体单元。

5.根据权利要求4所述的导电组合物，其中基于所述共聚物中单体单元的总摩尔数，结构单元(b)在所述共聚物中的比例是按摩尔计约10％到约50％。

6.根据权利要求1或4所述的导电组合物，其中该共聚物进一步包括结构单元(c)，其中结构单元(c)包括一个或多个含有酰胺基的单体单元。

7.根据权利要求6所述的导电组合物，其中基于所述共聚物中单体单元的总摩尔数，结构单元(c)在所述共聚物中的比例是按摩尔计约6％到约25％。

8.根据权利要求1所述的导电组合物，其中基于所述导电组合物的总重量，共聚物在所述导电组合物中的比例是按重量计约4％到约10％。

9.根据权利要求1所述的导电组合物，其中所述碳纳米管选自由多壁碳纳米管、少壁碳纳米管、双壁碳纳米管、单壁碳纳米管及其组合构成的群组。

10.根据权利要求1所述的导电组合物，其中所述碳纳米管的平均直径为约0.1nm到约100nm；且其中所述碳纳米管的长宽比为约10到约5×106；且其中所述碳纳米管的bet比表面积为约100m2/g到约1,500m2/g。

11.根据权利要求1所述的导电组合物，其中基于所述导电组合物的总重量，碳纳米管在所述导电组合物中的比例是按重量计约0.2％到约3.5％。

12.根据权利要求1所述的导电组合物，其中所述碳纳米管的重量与所述共聚物的重量之比为约1:20到约1:3。

13.根据权利要求1所述的导电组合物，其中基于所述导电组合物的总重量，所述导电组合物中的共聚物和碳材料之和的比例是按重量计约4％到约13％。

14.根据权利要求1所述的导电组合物，其中所述水性溶剂是水。

15.根据权利要求1所述的导电组合物，其中该导电组合物在20℃时的粘度为约500mpa·s到约2,000mpa·s。

16.一种电极浆料，包括权利要求1所述的导电组合物和电极活性材料。

17.根据权利要求16所述的电极浆料，其中所述电极活性材料是选自由licoo2、linio2、lini1-xmxo2、linixmnyo2、licoxniyo2、li1+znixmnyco1-x-yo2、linixcoyalzo2、liv2o5、litis2、limos2、limno2、licro2、limn2o4、li2mno3、lifeo2、lifepo4及其组合构成的群组的阴极活性材料；其中，每个x独立地是0.1至0.9；每个y独立地是0至0.9；每个z独立地是0至0.4；且其中m是选自由co、mn、al、fe、ti、ga、mg及其组合构成的群组。

18.根据权利要求16所述的电极浆料，其中所述电极活性材料是选自由nacoo2、nafeo2、nanio2、nacro2、navo2、natio2、nafepo4、na3v2(po4)3、na3v2(po4)2f3、nmc型混合氧化物、普鲁士蓝型钠化合物及其组合构成的群组的阴极活性材料。

19.根据权利要求16所述的电极浆料，其中所述电极活性材料是选自由天然石墨颗粒、合成石墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(mcmb)、sn颗粒、sno2、sno、li4ti5o12颗粒、si颗粒、si-c复合颗粒以及其组合构成的群组的阳极活性材料。

技术总结本发明提供了一种用于二次电池的导电组合物，包括共聚物、碳纳米管(CNTs)和水性溶剂。该共聚物包括结构单元(a)、结构单元(b)和结构单元(c)，能够良好地附着在CNTs的表面，同时对水性溶剂具有高亲和性。因此，CNTs能够更加均匀地分散在导电组合物的水性溶剂中，并且导电组合物在经过一段很长的时间后仍能够保持稳定。这种导电组合物使得CNTs更加容易进行处理和适应各种应用需求。本发明特别适用于包含电极活性材料的电极浆料。使用这种电极浆料制备的电极的电池表现出优秀的电化学性能。技术研发人员：何锦镖,江英凯,禤施颖受保护的技术使用者：广东省皓智科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5