专利名称：四元复合炭导电剂及其制备方法
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
I.5 O. 5 I. 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 I I 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 : I I : 1，球磨速度为100转/分钟 1000转/分钟，球磨时间为O. 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lOS/cm、比表面积可超过400 (m2/g)、灰分小于O. 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。本发明的产品可应用于锌锰电池、锂离子电池、镍氢电池等高性能电池。而高性能电池将电动车辆、风光发电、国防武器等方面有着广阔的应用前景。此外，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，高性能电池及其导电剂的需求将越来越广。
具体实施例方式实施例I本实施例说明根据本发明的一种四元复合炭导电剂及其制备方法将筛选粒度均细于200目的导电炭黑23克、鳞片石墨23克均匀混合，放入功率为 2500W的微波炉内，在氮气气氛中微波放电加热18分钟，冷却后取出微波放电产物，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，放入搅拌球磨机内进行搅拌球磨，搅拌球磨时工艺条件为磨料比为5 I、球磨速度为550转/分钟、球磨时间为2. 5 小时，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。项目产品的技术性能指标如下电导率(S/cm)15比表面积(m2/g)450灰分(％)O. 02按照I. 5%的比例添加到锂离子电池的正极材料中，可大大增强材料的导电性能。
实施例2本实施例说明根据本发明的一种四元复合炭导电剂及其制备方法将筛选粒度均细于200目的导电炭黑75克、鳞片石墨15克均匀混合，放入功率为 5000W的微波炉内，在氮气气氛中微波放电加热2分钟，冷却后取出微波放电放电产物，加入烷基苯酚聚氧乙基醇4克、聚四氟乙烯90克、无水乙醇400克，放入搅拌球磨机内进行搅拌球磨，搅拌球磨时工艺条件为磨料比为10 I、球磨速度为1000转/分钟、球磨时间为 5小时，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。项目产品的技术性能指标如下电导率(S/cm)12比表面积(m2/g)490灰分(％)O. 01按照O. 5%的比例添加到镍氢电池的负极材料中，亦明显增强了该负极材料的导电性能。实施例3本实施例说明根据本发明的一种四元复合炭导电剂及其制备方法将筛选筛选粒度均细于200目的导电炭黑3克、鳞片石墨15克均匀混合，放入功率为500W的微波炉内，在氮气气氛中微波放电加热60分钟,冷却后取出微波放电放电产物，加入聚乙烯吡咯烷酮9克、聚四氟乙烯9克、羧甲基纤维素钠9克、N-甲基吡咯烷酮15 克、异丙醇15克,放入搅拌球磨机内进行搅拌球磨,搅拌球磨30分钟，工艺条件为磨料比为I : I、球磨速度为100转/分钟、球磨时间为，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。项目产品的技术性能指标如下电导率(S/cm)18比表面积(m2/g)410灰分(％)O. 01按照I. 9%的比例添加到碱性锌锰电池的正极材料中，实验证明显著地增加了该正极材料的导电性能。
权利要求
1.四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于主要包括以下步骤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。
2.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述以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 : I I : 5;其中炭黑是导电炭黑、乙炔黑、炭黑中的一种或几种，石墨包括鳞片石墨、膨胀石墨、导电石墨中的一种或几种，其粒度均细于200目。
3.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述微波放电功率为500W 5000W，微波放电的时间为2分钟 60分钟。
4.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述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。
5.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述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。
6.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述溶剂包括 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。
7.根据权利要求I所述的四元复合炭导电剂的制备方法，其特征在于所述搅拌球磨时磨料比为10 : I I : 1，球磨速度为100转/分钟 1000转/分钟，球磨时间为O. 5 5小时。
8.根据权利要求I所述四元复合炭导电剂，其特征在于所述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 O. 5 I. 5 O. 5 I. 5 2 6。
9.根据权利要求8所述的四元复合炭导电剂，其特征在于还包括适量的分散剂和粘结剂。
全文摘要
本发明公开了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，本发明四元复合炭导电剂的制备方法，主要包括以下步骤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；然后加入分散剂、粘结剂和溶剂进行湿法搅拌球磨；制得四元复合炭导电剂。本发明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、比表面积可达到40(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。
文档编号H01B13/00GK102610329SQ20121006528
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者叶江海, 梁逵, 胡军 申请人:长沙凯邦能源科技有限公司