[发明专利]四元复合炭导电剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池的电极材料及其制备方法，尤其是涉及到电极的导电剂材料及其制备方法技术领域。

背景技术

能源危机、石化资源枯竭，寻找替代能源、加大可再生能源的开发利用力度迫在眉睫，而高性能储能电池是太阳能光伏发电系统、风能发电系统等可再生能源发电系统的关键组成部分之一，既关系到太阳能和风能发电的电能质量，又对其所发电力的成本有决定性影响，进而影响到太阳能和风能发电技术能否真正走入千家万户；环保压力的加剧和低碳经济的提倡，对发展少无污染的电动车辆提出了越来越迫切的要求，而动力电池是电动车辆的关键，其价格高、性能有限是目前电动汽车推广应用过程中遇到的“瓶颈”；国家安全方面，以激光武器、微波武器为代表的新型武器是在未来战争中致胜的“杀手锏”，而这些武器需要MW级以上特大功率的脉冲电源进行激发，高功率脉冲技术是装备这些新型武器需要掌握的关键技术；随着社会的信息化、自动化，笔记本电脑、摄录像机、移动电话、电动工具等的应用越来越普及，对储电器件的性能提出了越来越高的要求。在上述背景下，高性能储电器件的研发已显示出其极其重要性和迫切性。

由于大部分高性能电池的电极材料本身导电率低，这样使得整个电极内阻增大，活性物质利用率低，整体性能下降，为了保证电池电极具有良好的充放电性能，电极材料中通常要加入一定量的导电剂，增加其导电性，但是目前常见导电剂都存在比表面积低、分散性差、添加比例较高、导电性不够高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种四元复合炭导电剂，导电剂具有高导电、高比表面积、高分散性、低添加比例等特点，可用作高性能电池的导电剂。

本发明的第二个目的在于提供一种上述四元复合炭导电剂的制备方法。

为达到上述第一个目的，本发明的技术方案如下：

一种四元复合炭导电剂，主要包括炭黑、碳纳米纤维、石墨和准二维纳米碳组成，各组分的比例为炭黑∶碳纳米纤维∶石墨∶准二维纳米碳的重量比为：2～6∶0.5～1.5∶0.5～1.5∶2～6；

优选，包括分散剂、粘结剂和溶剂，各组分的比例为四元炭混合物∶分散剂∶粘结剂∶溶剂的重量比为：40～49∶2～20∶40～49∶30～300。

为达到上述第二个目的，本发明的技术方案如下：

四元复合炭导电剂的制备方法，主要包括以下步骤：

a，以炭黑与石墨的混合物为含碳混合物，首先在氮气保护下进行微波放电生成有部分碳纳米纤维的导电剂初产物；

b，然后加入分散剂、粘结剂和溶剂进行湿法搅拌球磨；各组分的比例为含碳混合物∶分散剂∶粘结剂∶溶剂的重量比为：40～49∶2～20∶40～49∶40～400。

c，最终制得炭黑、碳纳米纤维、石墨和准二维纳米碳组成的四元复合炭导电剂。

根据对上述技术方案的进一步设置：

炭黑与石墨的混合物中，炭黑与石墨的混合物中两者的重量之比为5∶1～1∶5；其中炭黑是导电炭黑、乙炔黑、炭黑中的一种或几种，石墨是鳞片石墨、膨胀石墨、导电石墨中的一种或几种，其粒度均细于200目。

微波放电功率为500W～5000W，微波放电的时间为2分钟～60分钟。

上述步骤b中分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、烷基苯酚聚氧乙基醇、苯甲酸聚氧乙烯酯、萘酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。

上述步骤b中粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素和丁苯橡胶中的一种或几种。

上述步骤b中溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、无水乙醇、异丙醇、去离子水水中的一种或几种；

上述步骤b中搅拌球磨时磨料比为10∶1～1∶1，球磨速度为100转/分钟～1000转/分钟，球磨时间为0.5～5小时；

本发明具有如下技术优点：

本发明为炭黑、碳纳米纤维、石墨与准二维纳米碳组成的四元复合炭导电剂，具有高导电、高比表面积、高纯度、高分散性、低添加比例等特点，电导率大于10S/cm、比表面积可超过400(m²/g)、灰分小于0.02％、添加比例一般可小于2％。本发明的产品既具有优良的导电性、又能在电极中充分分散，可用作高性能电池的导电剂。