一种碳纳米管纳米硅复合导电剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管纳米硅复合导电剂，包括纤维结构的碳纳米管；以及负载于所述碳纳米管表面的颗粒状纳米硅，所述纳米硅与所述碳纳米管的重量比为5:1～10:1。适用于锂离子正极和负极材料，降低了碳纳米管的使用量，同时提升了其作为导电剂的性能。

A Carbon Nanotube Nano-Silicon Composite Conductive Agent and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a carbon nanotube nano-silicon composite conductive agent, including a carbon nanotube with a fiber structure, and a granular nano-silicon loaded on the surface of the carbon nanotube, the weight ratio of the nano-silicon to the carbon nanotube is 5:1 to 10:1. It is suitable for lithium ion cathode and anode materials, reduces the use of carbon nanotubes, and improves the performance of carbon nanotubes as conductive agents.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管纳米硅复合导电剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及导电剂领域，具体涉及一种碳纳米管纳米硅复合导电剂及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子二次电池是一种新型高能二次电池，具有比容量大、放电电压高而平稳、低温性能好、环境友好、安全、寿命长、自放电微弱等优点。锂离子二次电池的上述优势，引起了世界各国科学家的重视和青睐，从而促进了锂离子二次电池的快速发展。自问世以来，短短的近二十年间，锂离子二次电池就已广泛地应用于手机、笔记本电脑、数码设备等一系列便携式电子产品中；尤其是近几年在一些重要领域如电动汽车等交通工具、航空航天、军事等领域的大型锂离子二次电池的开发及应用正如火如荼地展开。锂离子二次电池的电极反应包括电子的传输和离子的传输，这样就要求电极要有良好的导电性，保证电子传输通道的畅通；必要的一些孔结构，吸储电解液，保证离子传输的顺利。只有达到这两方面的要求，才能保证电极活性材料有较高的利用率和良好的循环稳定性。锂离子二次电池的正极通常采用层状钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂或尖晶石锰酸锂等作为活性材料。但是这些活性材料本身的导电性差，因此，在形成电极时，往往采用在活性物质中加入导电剂来改善其导电性。锂离子二次电池的负极常采用石墨类材料，如：片状石墨、石墨微球，以及改性石墨微球等。这些材料本身就有较好的导电性，原则上不必要加入导电剂来改善其导电性，但是加入少量导电剂可以改善负极活性材料间的接触电阻，使电极各个部位的导电性一致；尤其是一些纤维状导电剂还可以改善负极材料的粘结稳定性和增加电极的孔结构，以利于吸储电解液，改善电极的循环稳定性。石墨、乙炔黑和碳纤维具有导电性好、密度小、结构稳定以及化学稳定性特性，常被用作锂离子二次电池正极材料的导电剂。如果充放电速度慢的话，这些导电剂可以发挥性能。但如果是大倍率快速充放电，使用这些导电剂的电极会产生较大的极化，导致活性物质的利用率下降。为了改善锂离子电池的性能，新型导电剂的开发迫在眉睫，上述问题是本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳纳米管纳米硅复合导电剂，适用于锂离子正极和负极材料，降低了碳纳米管的使用量，同时提升了其作为导电剂的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的方案是：一种碳纳米管纳米硅复合导电剂，包括纤维结构的碳纳米管；以及负载于所述碳纳米管表面的颗粒状纳米硅，所述纳米硅与所述碳纳米管的重量比为5:1～10:1。进一步的是：所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的管径为3～100nm，长度为0.6～200um。进一步的是：所述纳米硅的粒径为5～100nm。本申请进一步的提供了一种上述碳纳米管纳米硅复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：S1、按质量比5:1～10:1称取碳纳米管和纳米硅，形成混合物，将分散剂和所述混合物在有机溶剂中进行分散，其中，所述分散剂占所述混合物的12.5～25wt％，持续分散直至形成碳纳米管和纳米硅总含量为5.6～6.2wt％的浆料；S2、对所述浆料进行研磨，得到碳纳米管纳米硅复合导电剂。进一步的是：所述分散剂为高分子分散剂。进一步的是：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。进一步的是：所述步骤S1中，于真空条件下进行分散。进一步的是：所述碳纳米管纳米硅复合导电剂应用在锂离子二次电池正极材料或锂离子二次电池负极材料；所述锂离子二次电池正极材料为LiCoO2、LiPFeO4、LiNiO2、LiCoxNi1-xO2、尖晶石锰酸锂LiMn2O4以及加有钴酸锂的锰酸锂，其中，0<x<1；所述锂离子二次电池负极材料为片状石墨、改性天然石墨微球、人造石墨微球、中间相碳微球或碳纤维。本专利技术的有益效果：适用于锂离子正极和负极材料，降低了碳纳米管的使用量，同时提升了其作为导电剂的性能。附图说明图1是本专利技术实施例1中导电剂的SEM图像。图2是采用不同导电剂的锂离子二次电池正极材料LiCoO2在1C的放电倍率下，放电容量与循环次数的关系曲线。图3是采用不同导电剂的锂离子二次电池负极材料石墨在1.5C放电倍率下，放电容量与循环次数的关系曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施案例1称取4.69kg的N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)60g，分散后，再加入纳米硅75g，经低速分散后再加入碳纳米管(CNTs)175g进行高速搅拌，直至形成固含量为6.2％的浆料。对该浆料使用砂磨机或胶体磨进行磨制加工，得到导电剂。该导电剂的SEM图像如图1所示，可以看出，纳米硅均匀的分散在碳纳米管中。取5.08g的锂离子二次电池正极活性材料LiCoO2、0.88g浆料样品，0.08g的正极粘结剂PVDF，加入到NMP中，在真空高速分散机中分散240～300分钟，粘度控制在4000～6000cp(通过NMP的加入量进行调节)，150目筛出料，在厚度16μm的铝箔(规格350x0.016mm)上涂膜60～80μm，在100℃真空烘箱中烘干，打孔制成φ16的电极片。以厚度16μm的Cellgard2400为隔膜，LiPF6溶液为电解液组成模拟电池，测得在1C放电时具有141mAh/g的放电比容量，达到0.2C时的95％。为了便于理解，本申请还进一步的提供了实施例2～4，具体的制备工艺与实施例1类似，并参照实施例1的工艺对实施例2～4进行电极片制备、模拟电池组装及测试。此外，作为对照，本申请还进一步的提供了两个对照例，对照例1和对照例2，出同样参考实施例1中的方法对对照例1、2进行电极片制备、模拟电池组装及测试，其中实施例2～4，以及对照例1、2中各项组分的配比，以及具体的测试结果如表1所示。表1表1表示导电剂制备时的组成和正极材料LiCoO2组成电极的化学性能。通过表1可以看出，本申请实施例当中，在1C放电时，采用不本申请实施例作为导电剂的放电比容量相较于采用单独的碳纳米管或纳米硅作为导电剂时，得到了显著的提高。如图2所示，其中Mix表示采用本申请作为导电剂，CNTs表示采用碳纳米管作为导电剂，AB表示采用乙炔黑做导电剂，由图1可以看出，采用本申请的锂电池正极材料，电容量和循环稳定性均要好于碳纳米管和乙炔黑做导电剂。实施案例6导电剂制备方法同实施案例1。取2.8g锂离子负极活性材料改性石墨微球HMSG，2.94g导电浆料，0.14g粘结剂SBR，0.04g增稠剂CMC，加入到NMP中，在真空高速分散机中分散240～300分钟，粘度控制在4000～5000cp(通过NMP的加入量进行调节)，150目筛出料，在厚度16μm的铝箔(规格为350x0.016mm)上涂膜60～80μm，在100℃真空烘箱中烘干，打孔制成φ16的电极片。以厚度16μm的Cellgard2400为隔膜，LiPF6溶液为电解液组成模拟电池，测得在1.5C放电时具有269mAh/g的放电比容量，达到0.5C时的87％。此外，本申请还进一步的提供了实施例7～10，具体的制备工艺与实施例1类似，并参照实施例6的工艺进行电极片制备、模拟电池组装及测试方法，分别对实施例7～10进行测试。此外，作为对照，本申请还进一步的提供了两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管纳米硅复合导电剂，其特征在于，包括纤维结构的碳纳米管；以及负载于所述碳纳米管表面的颗粒状纳米硅，所述纳米硅与所述碳纳米管的重量比为5:1～10:1。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管纳米硅复合导电剂，其特征在于，包括纤维结构的碳纳米管；以及负载于所述碳纳米管表面的颗粒状纳米硅，所述纳米硅与所述碳纳米管的重量比为5:1～10:1。2.如权利要求1所述的，其特征在于，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的管径为3～100nm，长度为0.6～200um。3.如权利要求1所述的碳纳米管纳米硅复合导电剂，其特征在于，所述纳米硅的粒径为5～100nm。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的碳纳米管纳米硅复合导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按质量比5:1～10:1称取碳纳米管和纳米硅，形成混合物，将分散剂和所述混合物在有机溶剂中进行分散，其中，所述分散剂占所述混合物的12.5～25wt％，持续分散直至形成碳纳米管和纳米硅总含量为5.6～6.2wt％的浆料；S2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴锋，宋丹华，李治中，马灿永，王清，
申请(专利权)人：苏州聚龙能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32