專利名稱：四元復合炭導電劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電池的電極材料及其制備方法，尤其是涉及到電極的導電劑材料及其制備方法技術領域。
背景技術：
能源危機、石化資源枯竭，尋找替代能源、加大可再生能源的開發利用力度迫在眉睫，而高性能儲能電池是太陽能光伏發電系統、風能發電系統等可再生能源發電系統的關鍵組成部分之一，既關系到太陽能和風能發電的電能質量，又對其所發電力的成本有決定性影響，進而影響到太陽能和風能發電技術能否真正走入千家萬戶；環保壓力的加劇和低碳經濟的提倡，對發展少無污染的電動車輛提出了越來越迫切的要求，而動力電池是電動車輛的關鍵，其價格高、性能有限是目前電動汽車推廣應用過程中遇到的“瓶頸”；國家安全方面，以激光武器、微波武器為代表的新型武器是在未來戰爭中致勝的“殺手锏”，而這些武器需要MW級以上特大功率的脈沖電源進行激發，高功率脈沖技術是裝備這些新型武器需要掌握的關鍵技術；隨著社會的信息化、自動化，筆記本電腦、攝錄像機、移動電話、電動工具等的應用越來越普及，對儲電器件的性能提出了越來越高的要求。在上述背景下，高性能儲電器件的研發已顯示出其極其重要性和迫切性。由于大部分高性能電池的電極材料本身導電率低,這樣使得整個電極內阻增大， 活性物質利用率低，整體性能下降，為了保證電池電極具有良好的充放電性能，電極材料中通常要加入一定量的導電劑，增加其導電性，但是目前常見導電劑都存在比表面積低、分散性差、添加比例較高、導電性不夠高等缺點。
發明內容
本發明的目的在于提出一種四元復合炭導電劑，導電劑具有高導電、高比表面積、 高分散性、低添加比例等特點，可用作高性能電池的導電劑。本發明的第二個目的在于提供一種上述四元復合炭導電劑的制備方法。為達到上述第一個目的，本發明的技術方案如下一種四元復合炭導電劑，主要包括炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成， 各組分的比例為炭黑碳納米纖維石墨準二維納米碳的重量比為2 6 :0.5
I.5 O. 5 I. 5 2 6 ;優選，包括分散劑、粘結劑和溶劑，各組分的比例為四元炭混合物分散劑粘結劑溶劑的重量比為40 49 2 20 40 49 30 300。為達到上述第二個目的，本發明的技術方案如下四元復合炭導電劑的制備方法，主要包括以下步驟a，以炭黑與石墨的混合物為含碳混合物，首先在氮氣保護下進行微波放電生成有部分碳納米纖維的導電劑初產物；b，然后加入分散劑、粘結劑和溶劑進行濕法攪拌球磨；各組分的比例為含碳混合物分散劑粘結劑溶劑的重量比為40 49 2 20 40 49 40 400。C，最終制得炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑。根據對上述技術方案的進一步設置炭黑與石墨的混合物中，炭黑與石墨的混合物中兩者的重量之比為5 I I 5;其中炭黑是導電炭黑、乙炔黑、炭黑中的一種或幾種，石墨是鱗片石墨、膨脹石墨、導電石墨中的一種或幾種，其粒度均細于200目。微波放電功率為500W 5000W,微波放電的時間為2分鐘 60分鐘。上述步驟b中分散劑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鈉中的一種或幾種。上述步驟b中粘結劑包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、羧丙基纖維素和丁苯橡膠中的一種或幾種。上述步驟b中溶劑包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、無水乙醇、異丙醇、去離子水水中的一種或幾種；上述步驟b中攪拌球磨時磨料比為10 : I I : 1，球磨速度為100轉/分鐘 1000轉/分鐘，球磨時間為O. 5 5小時；本發明具有如下技術優點本發明為炭黑、碳納米纖維、石墨與準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑，具有高導電、高比表面積、高純度、高分散性、低添加比例等特點，電導率大于lOS/cm、比表面積可超過400 (m2/g)、灰分小于O. 02%、添加比例一般可小于2%。本發明的產品既具有優良的導電性、又能在電極中充分分散，可用作高性能電池的導電劑。本發明的產品可應用于鋅錳電池、鋰離子電池、鎳氫電池等高性能電池。而高性能電池將電動車輛、風光發電、國防武器等方面有著廣闊的應用前景。此外，隨著社會的信息化、自動化，筆記本電腦、攝錄像機、移動電話、電動工具等的應用越來越普及，高性能電池及其導電劑的需求將越來越廣。
具體實施例方式實施例I本實施例說明根據本發明的一種四元復合炭導電劑及其制備方法將篩選粒度均細于200目的導電炭黑23克、鱗片石墨23克均勻混合，放入功率為 2500W的微波爐內，在氮氣氣氛中微波放電加熱18分鐘，冷卻后取出微波放電產物，加入聚乙烯吡咯烷8克、聚偏二氟乙烯46克、N-甲基吡咯烷酮200克，放入攪拌球磨機內進行攪拌球磨，攪拌球磨時工藝條件為磨料比為5 I、球磨速度為550轉/分鐘、球磨時間為2. 5 小時，最終制得炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑。項目產品的技術性能指標如下電導率(S/cm)15比表面積(m2/g)450灰分(％)O. 02按照I. 5%的比例添加到鋰離子電池的正極材料中，可大大增強材料的導電性能。
實施例2本實施例說明根據本發明的一種四元復合炭導電劑及其制備方法將篩選粒度均細于200目的導電炭黑75克、鱗片石墨15克均勻混合，放入功率為 5000W的微波爐內，在氮氣氣氛中微波放電加熱2分鐘，冷卻后取出微波放電放電產物，加入烷基苯酚聚氧乙基醇4克、聚四氟乙烯90克、無水乙醇400克，放入攪拌球磨機內進行攪拌球磨，攪拌球磨時工藝條件為磨料比為10 I、球磨速度為1000轉/分鐘、球磨時間為 5小時，最終制得炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑。項目產品的技術性能指標如下電導率(S/cm)12比表面積(m2/g)490灰分(％)O. 01按照O. 5%的比例添加到鎳氫電池的負極材料中，亦明顯增強了該負極材料的導電性能。實施例3本實施例說明根據本發明的一種四元復合炭導電劑及其制備方法將篩選篩選粒度均細于200目的導電炭黑3克、鱗片石墨15克均勻混合，放入功率為500W的微波爐內，在氮氣氣氛中微波放電加熱60分鐘,冷卻后取出微波放電放電產物，加入聚乙烯吡咯烷酮9克、聚四氟乙烯9克、羧甲基纖維素鈉9克、N-甲基吡咯烷酮15 克、異丙醇15克,放入攪拌球磨機內進行攪拌球磨,攪拌球磨30分鐘，工藝條件為磨料比為I : I、球磨速度為100轉/分鐘、球磨時間為，最終制得炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑。項目產品的技術性能指標如下電導率(S/cm)18比表面積(m2/g)410灰分(％)O. 01按照I. 9%的比例添加到堿性鋅錳電池的正極材料中，實驗證明顯著地增加了該正極材料的導電性能。
權利要求
1.四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于主要包括以下步驟a,以炭黑與石墨的混合物為含碳混合物，首先在氮氣保護下進行微波放電生成有部分碳納米纖維的導電劑初產物；b，然后加入分散劑、粘結劑和溶劑進行濕法攪拌球磨，各組分的比例為含碳混合物 分散劑粘結劑溶劑的重量比為40 49 2 20 40 49 40 400 ；C，最終制得炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成的四元復合炭導電劑。
2.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述以炭黑與石墨的混合物中，炭黑與石墨的混合物中兩者的重量之比為5 : I I : 5;其中炭黑是導電炭黑、乙炔黑、炭黑中的一種或幾種，石墨包括鱗片石墨、膨脹石墨、導電石墨中的一種或幾種，其粒度均細于200目。
3.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述微波放電功率為500W 5000W，微波放電的時間為2分鐘 60分鐘。
4.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述分散劑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鈉中的一種或幾種。
5.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述粘結劑包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、羧丙基纖維素和丁苯橡膠中的一種或幾種。
6.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述溶劑包括 N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、無水乙醇、異丙醇、去離子水水中的一種或幾種。
7.根據權利要求I所述的四元復合炭導電劑的制備方法，其特征在于所述攪拌球磨時磨料比為10 : I I : 1，球磨速度為100轉/分鐘 1000轉/分鐘，球磨時間為O. 5 5小時。
8.根據權利要求I所述四元復合炭導電劑，其特征在于所述導電劑主要包括炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成，各組分的比例為炭黑碳納米纖維石墨準二維納米碳的重量比為2 6 O. 5 I. 5 O. 5 I. 5 2 6。
9.根據權利要求8所述的四元復合炭導電劑，其特征在于還包括適量的分散劑和粘結劑。
全文摘要
本發明公開了一種四元復合炭導電劑，主要包括炭黑、碳納米纖維、石墨和準二維納米碳組成，本發明四元復合炭導電劑的制備方法，主要包括以下步驟以炭黑與石墨的混合物為含碳混合物，首先在氮氣保護下進行微波放電生成有部分碳納米纖維的導電劑初產物；然后加入分散劑、粘結劑和溶劑進行濕法攪拌球磨；制得四元復合炭導電劑。本發明四元復合炭導電劑具有高導電、高比表面積、高純度、高分散性、低添加比例等特點，電導率大于10S/cm、比表面積可達到40(m2/g)、灰分小于0.02％、添加比例一般可小于2％。本發明的產品既具有優良的導電性、又能在電極中充分分散，可用作高性能電池的導電劑。
文檔編號H01B13/00GK102610329SQ20121006528
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者葉江海, 梁逵, 胡軍 申請人:長沙凱邦能源科技有限公司