一种碳量子点/CNTs复合正极导电剂及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种碳量子点/cnts复合正极导电剂及其制备方法。

背景技术：

在众多化学电源中，锂离子电池由于具有能量密度高、使用寿命长、自放电程度小、无记忆效应及环保等诸多优势而受到了广泛的关注。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等，其中，正极材料占有较大比例，由于其性能直接影响着锂离子电池的性能，所以在实际生产中应尽可能地发挥出正极材料的真实性能。

为了降低正极材料之间以及正极材料与集流体之间的内阻，会在正极片制作过程中加入导电剂，导电剂分散在正极材料里，构成导电网络。然而，传统的正极导电剂如炭黑、导电石墨、碳纤维等，存在导电性能具有局限性，以及很难均匀地分散在电极之中等问题。目前产业界比较普遍使用的石墨烯导电浆料虽能弥补传统导电剂的缺陷，但其成本却较高。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种碳量子点/cnts复合正极导电剂及其制备方法，制得的导电剂具有较高的导电性及分散性，且廉价易得。

本发明提出的一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，步骤如下：将cnts浆料、柠檬酸和乙二胺分散于水中，然后转移至水热反应釜中进行水热反应，反应结束后透析，即得碳量子点/cnts复合导电剂。

优选地，所述cnts浆料中cnts和柠檬酸的重量比为0.01-0.03：1，柠檬酸和乙二胺的重量体积比g/ml为3.0-3.5：1。

优选地，将cnts浆料、柠檬酸和乙二胺采用超声分散于水中，超声功率为400-600w，超声时间为10-20min。

优选地，水热反应的反应温度为150-250℃，保温反应4-6h，冷却至室温。

优选地，采用透析袋进行透析，透析袋的截留分子量为1-3kd。

优选地，透析时间为24-48h。

优选地，透析是在水中透析。

本发明还提出了一种采用上述方法制备得到的碳量子点/cnts复合正极导电剂。

有益效果：本发明提出了一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，是以cnts作为载体，利用原位生长法在其表面生长碳量子点。一方面，碳量子点具有优异的导电性，能够进一步提升cnts的导电性能；另一方面，碳量子点表面含有大量的羧基、羟基等含氧官能团，使得cnts具有良好的分散性；此外，采用原位生长法制备上述导电剂，其结构稳定。将制得的该正极导电剂应用在锂离子电池中，能够有效提升锂离子电池整体的倍率及循环性能。本发明中原料廉价易得，制备方法简单，有望实现工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例1和对照组中组装的锂离子电池的倍放性能图；

图2为本发明实施例1和对照组中组装的锂离子电池的高温循环性能图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，包括如下步骤：取0.21014gcnts浆料(浆料中cnts的固含量为10％)、1.0507g柠檬酸以及335μl乙二胺加入15ml水中，调节功率为500w，超声15min分散均匀，然后转移到30ml四氟乙烯反应釜中升温至200℃，保温5h，冷却至室温后将混合物置于1l水中低速搅拌透析24h，其中，透析袋的截留分子量为1kd；最后离心取沉淀，烘干得到含有碳量子点的cnts导电剂。

实施例2

一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，包括如下步骤：取0.10507gcnts浆料(浆料中cnts的固含量为10％)、1.0507g柠檬酸以及335μl乙二胺加入15ml水中，调节功率为400w，超声10min分散均匀，然后转移到30ml四氟乙烯反应釜中升温至200℃，保温5h，冷却至室温后将混合物置于1l水中低速搅拌透析24h，其中，透析袋的截留分子量为2kd；最后离心取沉淀，烘干得到含有碳量子点的cnts导电剂。

实施例3

一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，包括如下步骤：取0.31521gcnts浆料(浆料中cnts的固含量为10％)、1.0507g柠檬酸以及350μl乙二胺加入15ml水中，调节功率为600w，超声20min分散均匀，然后转移到30ml四氟乙烯反应釜中升温至200℃，保温5h，冷却至室温后将混合物置于1l水中低速搅拌透析24h，其中，透析袋的截留分子量为3kd；最后离心取沉淀，烘干得到含有碳量子点的cnts导电剂。

实施例4

一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，包括如下步骤：取0.21014gcnts浆料(浆料中cnts的固含量为10％)、1.0507g柠檬酸以及300μl乙二胺加入15ml水中，调节功率为500w，超声15min分散均匀，然后转移到30ml四氟乙烯反应釜中升温至150℃，保温4h，冷却至室温后将混合物置于1l水中低速搅拌透析36h，其中，透析袋的截留分子量为1kd；最后离心取沉淀，烘干得到含有碳量子点的cnts导电剂。

实施例5

一种碳量子点/cnts复合正极导电剂的制备方法，包括如下步骤：取0.21014gcnts浆料(浆料中cnts的固含量为10％)、1.0507g柠檬酸以及335μl乙二胺加入15ml水中，调节功率为500w，超声15min分散均匀，然后转移到30ml四氟乙烯反应釜中升温至250℃，保温6h，冷却至室温后将混合物置于1l水中低速搅拌透析48h，其中，透析袋的截留分子量为1kd；最后离心取沉淀，烘干得到含有碳量子点的cnts导电剂。

取实施例1制得的碳量子点/cnts复合正极导电剂，用于制备对应的锂离子电池；作为对照组，采用未改性的cnts导电剂制备对应的锂离子电池。两组电池除正极导电剂不同外，其他材料、用量、电池制备方法均相同(其中，所用的电池组装材料具体为海创ni85三元正极材料、杉杉ev7负极材料、新宙邦e32电解液)。

下面为实施例1和对照组中组装的电池性能的测试结果。

(1)电池倍率性能测试

具体的测试方法为：取试验组和对照组电池以1c由2.8v恒流充至4.2v，保持4.2v恒压充电，截止电流0.05c；然后分别以1c/2c/3c放电至2.8v，依次记录不同倍率下的放电容量保持率，测试结果见表1、图1所示。

表1实施例1与对照组中电池不同倍率下的容量保持率

由表1与图1可以看出，在大倍率放电下实施例1中电池的容量保持率明显优于对照组电池，以3c倍率进行放电时，实施例1的容量保持率仍然达到93％以上；由此可说明将本发明制备得到的含有碳量子点的cnts导电剂应用于锂离子电池中，电池的倍率性能得到大大提升。

(2)电池高温循环性能测试

具体的测试方法为：取试验组和对照组电池以1c由2.8v恒流充至4.2v，保持4.2v恒压充电，截止电流0.05c；然后再以1c恒流放电至2.8v，以此工步循环充放800周，测试结果见表2、图2所示。

表2实施例1与对照组中电池的容量保持率

由表2与图2可以看出，对照组电池目前循环400周左右，容量保持率为87.8％左右；而实施例1中电池循环400多周，容量保持率仍高达到91.7％；由此可说明将本发明制备得到的含有碳量子点的cnts导电剂应用于锂离子电池中，电池的高温循环性能亦得到了进一步的提升。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。