一种高导电性能炭黑及其制备方法

本发明涉及一种高导电性能炭黑及其制备方法，属于导电炭黑。

背景技术：

1、随着新能源革命的迫切需求，储能技术的发展迎来了跨越式发展的历史机遇。在众多储能技术中，其中二次电池因其易模块化的特点而备受关注。目前，全球锂离子电池的生产制造规模达到了空前水平。作为锂离子电池的重要组成部分的导电剂，虽然其在电池中所占的份量较少，但可显著改善正、负极极片的导电性、降低极化，因此很大程度上影响着锂离子电池的实际性能发挥。

2、锂离子电池的充放电过程需要锂离子和电子的共同参与，这要求电池的电极是离子和电子的混合导体，具备良好的导电性。然而，目前正极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，例如licoo2、limn2o4和lifepo4，它们的电子电导率分别为10-3s/cm、10-4s/cm和10-9s/cm。上述材料的低电子电导极大限制了电池的循环寿命和倍率性能，因此通常需要添加导电剂以加速活性材料之间和活性材料与集流体之间的界面处的电子传导，降低电极内的总体接触电阻，减少极化，提高电池的综合性能。对于石墨类负极材料而言，其导电性稍好，但也需要加入导电剂保持循环过程中的负极材料导电性的稳定。

3、导电剂在电极中的作用是提供电子移动的通道，导电剂含量适当能获得较高的放电容量和较好的循环性能。含量太低则电子导电通道少，不利于大电流充放电。若导电剂的导电性差，则所需的添加量大，这就会降低活性物质的相对含量，使电池容量降低，不利于高功率、高能量密度锂离子电池的发展和应用。因此，提高导电剂的导电性至关重要。

4、锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、气相生长碳纤维(vgcf)类、碳纳米管以及石墨烯等。其中炭黑类、导电石墨类和vgcf属于传统导电剂，碳纳米管以及石墨烯属于新型导电剂材料。传统炭黑虽性能上不及碳纳米管等新型导电剂，但胜在成本优势突出，吸液性能和分散性能优异，因此被广泛应用于锂电领域。但随着锂离子电池的发展，传统炭黑的导电性能已经难以满足高性能锂离子电池的需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高导电性能炭黑及其制备方法，可以有效解决上述问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，将炭黑置于载体中，在低气压环境和惰性气体氛围中进行焦耳热瞬态高温反应以对炭黑进行改性；所述载体选自碳布、碳毡、碳纸、石墨片中的至少一种或熔点在1400℃以上的金属；所述焦耳热瞬态高温反应的温度为1000～1700℃。

4、作为进一步改进的，所述炭黑选自super p、乙炔黑、科琴黑、ks-6、super s、350g中的一种或几种。

5、作为进一步改进的，所述金属选自钨、钼、钽、锆、铌中的一种或几种。

6、作为进一步改进的，所述焦耳热瞬态高温反应的低气压环境为不大于100pa。

7、作为进一步改进的，所述焦耳热瞬态高温反应的工作电压为10～200v，工作电流为10～200a。

8、作为进一步改进的，所述焦耳热瞬态高温反应的电压脉冲持续时间0.1～1000s。

9、作为进一步改进的，所述气体氛围为氩气、氮气、氦气、氪气、氙气、氡气中的至少一种。

10、作为进一步改进的，所述载体长度为5～20cm，宽度为1～10cm。

11、作为进一步改进的，所述炭黑的用量为0.01～100g/单批次。

12、一种上述方法制备的高导电性能炭黑。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明通过焦耳热瞬态高温技术骤热和速冷的机制，基于构-效关系对样品的结构进行精准调控，并可以通过筛选样品的最佳石墨化程度进而提高样品的导电性。

15、本发明可在不引入新的化学污染下提高材料的导电性，且普适性强，适用于不同种类的炭黑。

16、本发明采用焦耳热瞬态高温技术，克服了传统热改性方法的升降温速度缓慢(0～1k s-1)，恒温时段长，人工干预度低、可调控空间小的限制，而且容易实现工程放大和规模化处理，有利于提高导电剂的导电性和推动二次电池的性能优化，具有重要的现实意义。

技术特征：

1.一种高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，将炭黑置于载体中，在低气压环境和惰性气体氛围中进行焦耳热瞬态高温反应以对炭黑进行改性；所述载体选自碳布、碳毡、碳纸、石墨片中的至少一种或熔点在1400℃以上的金属；所述焦耳热瞬态高温反应的温度为1000～1700℃。

2.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述炭黑选自super p、乙炔黑、科琴黑、ks-6、super s、350g中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的提高炭黑导电性能的方法，其特征在于，所述金属选自钨、钼、钽、锆、铌中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的提高炭黑导电性能的方法，其特征在于，所述焦耳热瞬态高温反应的低气压环境为不大于100pa。

5.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述焦耳热瞬态高温反应的工作电压为10～200v，工作电流为10～200a。

6.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述焦耳热瞬态高温反应的电压脉冲持续时间0.1～500s。

7.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述气体氛围为氩气、氮气、氦气、氪气、氙气、氡气中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述载体长度为5～20cm，宽度为1～10cm。

9.根据权利要求1所述的高导电性能炭黑的制备方法，其特征在于，所述炭黑的用量为0.01～100g/单批次。

10.一种权利要求1至9任一项所述的方法制备的高导电性能炭黑。

技术总结
本发明公开了一种高导电性能炭黑及其制备方法，其制备方法包括将炭黑置于载体中，在低气压环境和惰性气体氛围中进行焦耳热瞬态高温反应以对炭黑进行改性；所述载体选自碳布、碳毡、碳纸、石墨片中的至少一种或熔点在1400℃以上的金属。所述焦耳热瞬态高温反应的温度为1000～1700℃。该方法得到高导电性能炭黑的工艺简单，普适性强，不引入新的化学污染。

技术研发人员：黄灵,刘俊杰,顾嘉炜,张力
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5