氮掺杂导电炭黑及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池材料制备，尤其涉及一种氮掺杂导电炭黑及其制备方法和应用。

背景技术：

1、导电炭黑是锂电池关键辅材，作为导电剂，涂覆于正极材料和负极材料。在极片制作时会加入一定量的导电炭黑，用于增加电子和锂离子的导电性，通过在活性物质表面形成导电网络加快电子传输速率，同时可吸收和保持电解液，为锂离子提供更多电解质界面，从而提高电池充放电效率和延长电池使用寿命。

2、目前，导电炭黑生产过程主要是在高温作用下发生烃类的裂解，生成炭和氢气，具体生产过程如下：将燃料、添加剂和热空气一道输送至反应炉燃烧段进行燃烧，形成温度极高的燃烧气焰；高温燃烧气焰经过反应炉喉管段时，在气流中通入雾化的热原料油；雾化的原料油和高温燃烧气焰混合并通入反应炉的反应段，热裂解生成炭黑。

3、上述制备方法步骤繁琐，且制备的炭黑比表面积不高，制约了锂电池行业的发展。因此，为促进锂电池行业的发展，亟需一种新的工艺简单的制备方法，来提高炭黑的比表面积。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种氮掺杂导电炭黑及其制备方法和应用，以玉米淀粉和氯化锌为原料，在碳化阶段，氯化锌经过高温挥发，在玉米淀粉碳化形成的炭黑底物中致孔、扩孔，得到多孔炭黑底物，然后将多孔炭黑底物与氮源混合后煅烧实现氮掺杂，不仅工艺简单，原料低廉，降低了生产成本，且提升了炭黑的比表面积。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种氮掺杂导电炭黑的制备方法，所述制备方法包括：

3、将玉米淀粉和氯化锌按质量比0.5:1-4:1混合均匀，将得到的第一混合物置于管式炉或箱式炉中，在惰性气氛下进行碳化处理，然后冷却至室温，获得多孔炭黑底物；

4、将所述多孔炭黑底物与氮源按质量比1:0.5-1:5混合均匀，将得到的第二混合物加入到去离子水中，搅拌均匀，将得到的混合溶液烘干后，在惰性气氛下进行煅烧处理，然后冷却至室温，获得氮掺杂导电炭黑。

5、优选的，所述碳化处理具体为：

6、以3℃/min-10℃/min的升温速率升至300℃-500℃，恒温1小时-5小时，再以2℃/min-10℃/min的升温速率升至900℃-1800℃，恒温5小时-20小时。

7、优选的，所述搅拌的速度为1500rpm-2500rpm，所述搅拌的时间为5小时-20小时。

8、优选的，所述氮源包括三聚氰胺、双氰胺、氨水或聚苯胺中的一种或多种。

9、优选的，所述煅烧处理具体为：

10、以3℃/min-10℃/min的升温速率升至300℃-700℃，恒温1小时-5小时。

11、优选的，所述惰性气氛包括氮气、氦气或氩气中的一种或多种。

12、第二方面，本发明提供了一种氮掺杂导电炭黑，所述氮掺杂导电炭黑由上述第一方面所述的制备方法制备而成。

13、第三方面，本发明提供了一种锂电池电极材料，所述锂电池电极材料包括上述第二方面所述的氮掺杂导电炭黑。

14、第四方面，本发明提供了一种锂电池极片，所述锂电池极片包括上述第三方面所述的锂电池电极材料。

15、第五方面，本发明提供了一种锂电池，所述锂电池包括上述第四方面所述锂电池极片。

16、本发明提供的氮掺杂导电炭黑的制备方法，以玉米淀粉和氯化锌为原料，在碳化阶段，氯化锌经过高温挥发，在玉米淀粉碳化形成的炭黑底物中致孔、扩孔，得到多孔炭黑底物，然后将多孔炭黑底物与氮源混合后煅烧实现氮掺杂，不仅工艺简单，原料低廉，降低了生产成本，且提升了炭黑的比表面积。

技术特征：

1.一种氮掺杂导电炭黑的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化处理具体为：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速度为1500rpm-2500rpm，所述搅拌的时间为5小时-20小时。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮源包括三聚氰胺、双氰胺、氨水或聚苯胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理具体为：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛包括氮气、氦气或氩气中的一种或多种。

7.一种氮掺杂导电炭黑，其特征在于，所述氮掺杂导电炭黑由上述权利要求1-6任一项所述的制备方法制备而成。

8.一种锂电池电极材料，其特征在于，所述锂电池电极材料包括上述权利要求7所述的氮掺杂导电炭黑。

9.一种锂电池极片，其特征在于，所述锂电池极片包括上述权利要求8所述的锂电池电极材料。

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求9所述锂电池极片。

技术总结
本发明涉及一种氮掺杂导电炭黑及其制备方法和应用，包括：将玉米淀粉和氯化锌按质量比0.5:1‑4:1混合均匀，将得到的第一混合物置于管式炉或箱式炉中，在惰性气氛下进行碳化处理，然后冷却至室温，获得多孔炭黑底物；将多孔炭黑底物与氮源按质量比1:0.5‑1:5混合均匀，将得到的第二混合物加入到去离子水中，搅拌均匀，将得到的混合溶液烘干后，在惰性气氛下进行煅烧处理，然后冷却至室温，获得氮掺杂导电炭黑。本发明以玉米淀粉和氯化锌为原料，在碳化阶段，氯化锌经过高温挥发，在玉米淀粉碳化形成的炭黑底物中致孔、扩孔，得到多孔炭黑底物，然后将多孔炭黑底物与氮源混合后煅烧实现氮掺杂，不仅工艺简单，原料低廉，降低了生产成本，且提升了炭黑的比表面积。

技术研发人员：代少杰,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：湖州南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14