[發明專利]一種螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑和鋰離子電池電極材料

在審

• 申請號: 201710004974.0
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106602075A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 龔勇;陳建;金永中;左由兵;辜其隆;代祖洋;劉廣權
• 申請（專利權）人: 四川理工學院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王加貴

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑和鋰離子電池電極材料。

背景技術

導電劑是為了保證電極具有良好的充放電性能，在極片制作時加入的導電物質，在活性物質之間、活性物質與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的接觸電阻，加速電子的移動速率，同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率，從而提高電極的充放電效率。

導電劑的種類、粒徑、分散度和含量等物性參數對鋰電池影響很大。采用電導率高的金屬作為導電劑，可以使電池在大電流充放電時保持高容量和高循環效率；導電劑的含量對電池的性能也有明顯的影響，過多則活性劑成分少，容量低；太少則導電性差，電池容易產生極化；導電劑的粒度和分散程度對電池的性能也有重要影響。

目前，市場上已經出現了許多不同種類的導電劑。例如，顆粒導電劑：乙炔黑、炭黑、人造石墨和天然石墨等；纖維狀導電劑：金屬纖維、氣相法生長碳纖維和碳納米管等。然而，現有技術中的導電劑卻普遍存在著一個共同的問題，即充、放電比容量較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑和鋰離子電池電極材料，本發明提供的導電劑導電性好并能提高鋰離子電池的充、放電比容量。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑的制備方法，包含以下步驟：

將螺旋納米碳纖維和超導炭黑在混合酸中進行酸化，得到螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑；

所述混合酸包含硝酸和硫酸。

優選的，所述螺旋納米碳纖維的直徑為80～150nm；

所述螺旋納米碳纖維的螺距為50～200nm；

所述螺旋納米碳纖維的螺徑為600～700nm。

優選的，所述螺旋納米碳纖維和超導炭黑的質量比為1:(1～2)。

優選的，所述硝酸和硫酸的體積比為1:(1～3)。

優選的，所述酸化的時間為1～5小時。

本發明提供了一種上述技術方案所述的制備方法得到的螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑。

本發明提供了一種上述技術方案所述的制備方法得到的螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑或者上述技術方案所述螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑作為鋰離子電池電極材料導電劑的應用。

本發明還提供了一種鋰離子電池電極材料，包含以下重量份的組分：

電極活性物質7～8份；

螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑 1～2份；

粘結劑1份。

優選的，所述電極活性物質為正極活性物質；

所述正極活性物質為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳中的一種或幾種。

優選的，所述電極活性物質為負極活性物質；

所述負極活性物質為石墨、中間相碳微球、石油焦、熱解樹脂碳、合金類負極材料和含鋰過渡金屬氮化物類負極材料中的一種或幾種。

本發明提供了一種螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑的制備方法，將螺旋納米碳纖維和超導炭黑在混合酸中進行酸化，得到螺旋納米碳纖維/超導炭黑二元導電劑。在本發明中，所述酸化能夠增加螺旋納米碳纖維表面羥基和羧基等含氧基團的數量，提高螺旋納米碳纖維的分散性；螺旋納米碳纖維填充超導炭黑顆粒孔隙，可形成良好的導電網絡。螺旋納米碳纖維的碳網具有類似石墨的層狀結構，可以層間儲鋰，其層間距比石墨的層間距更大，更有利于Li⁺的嵌脫。螺旋納米碳纖維的螺旋狀結構和大的比表面積，能夠吸收和儲存電解液，并改善電極抵抗破壞的能力，提高電極材料的綜合電化學性能。根據實施例的結果可知，本發明提供的導電劑應用于鋰離子電池后，放電比容量可達499.9mAh·g^-1，充電比容量可達490.1mAh·g^-1，效率可達99.7％，在循環20次以后依然保持有優異的充放電比容量。

附圖說明

圖1為本發明實施例所使用螺旋納米碳纖維的0.2μm SEM圖；

圖2為本發明實施例所使用螺旋納米碳纖維的200nm SEM圖；

圖3為本發明實施例所使用螺旋納米碳纖維的50nm SEM圖；

圖4為本發明實施例不同導電劑的前20次放電比容量；

圖5為本發明實施例不同導電劑的首次充放電曲線；

圖6為HCNf與Super P以0:1混合時電池的伏安特性曲線；