一种三维碳纳米片电极添加剂及其制备方法技术

一种三维碳纳米片材料电极添加剂及其制备方法。

A three-dimensional carbon nano electrode additive and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种三维碳纳米片电极添加剂及其制备方法
本专利技术涉及一种三维碳纳米片电极添加剂及其制备方法。
技术介绍
电极材料由于大多是半导体材料，其电子导电性比较差，而导电层包覆也只能起到有限的作用效果。此外，电极成分中的粘结剂也是绝缘的聚合物，因此，电极制备中，电极添加剂必不可少，其能有效改善电子在电极内的传导性。本专利技术制备的三维碳纳米片具有三维导电网络，将极大改善活性物质与集流体的粘附力、浆料稳定性、导电性和导热率，并对活性物质有包覆作用，进而提高相应电极的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种三维碳纳米片材料电极添加剂。在一种实施方式中，例如，所述三维碳纳米片材料包括规则地或无规则地聚集在一起的若干片碳纳米片。在一种实施方式中，例如，所述三维碳纳米片材料包括规则地或无规则地聚集在一起的若干片碳纳米片，且邻近的碳纳米片之间部分接触，但互相之间不发生团聚和堆叠。在一种实施方式中，例如，所述三维碳纳米片材料具有多级孔结构，孔道直径分布为10nm～1000nm，优选为20nm～500nm，进一步优选为50nm～200nm。在一种实施方式中，例如，在所述若干片碳纳米片规则地或无规则地聚集在一起，形成若干形状任意的三维碳纳米片团簇，团簇中的碳纳米片保持片状结构，每个团簇的尺寸为0.1～100μm，优选为1～50μm，进一步优选为5～20μm。在一种实施方式中，例如，在所述若干片碳纳米片中，每一片碳纳米片的厚度为0.34～5nm，优选为0.7～3nm，进一步优选为1～2nm。在一种实施方式中，例如，所述的三维碳纳米片材料添加剂，其特征在于：使用球磨和/或超声的方法对三维碳纳米片材料进一步的粉碎和细化。形成若干形状任意的三维碳纳米片小团簇，小团簇中的碳纳米片保持片状结构，每个小团簇的尺寸为0.1～10μm，优选为0.5～5μm，进一步优选为1～3μm。在一种实施方式中，例如，所述三维碳纳米片材料，采用三维碳纳米片材料添加剂，或者三维碳纳米片材料与其它添加剂材料的混合物，所述的三维碳纳米片与其它添加剂材料的混合物中，三维碳纳米片所占的质量百分数为0.1％～100％。在一种实施方式中，例如，所述其它添加剂材料包括但不限于superP，炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电银浆等。在一种实施方式中，例如，所述锂离子电池的电极材料包括但不限于磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和/或三元材料等正极材料，二氧化锰、二氧化硫、亚硫酰氯、石墨等正极材料，硅、金属锂、石墨、石墨烯、氧化锡、钛酸锂等负极材料，活性炭、导电聚合物、过渡金属氧化物等正负极材料。在一种实施方式中，例如，所述锂离子电池，电极片制备方法为，取电极活性物质与粘结剂，加入0～50％的三维碳纳米片材料添加剂或者三维碳纳米片材料与其他添加剂材料的混合物，充分混合后涂布在集流体上，烘干压实。在一种实施方式中，例如，所述锂离子电池，所述正极、负极之间采用隔膜分开，电解液为水系或有机溶液的一次电池、二次电池和超级电容；所述正极、负极之间采用固态电解质的一次电池、二次电池和超级电容。本专利技术的实施例提供一种三维碳纳米片材料的制造方法，包括：采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和/或化学气相沉积(CVD)的方法，以含碳气体和辅助气体的混和气体作为碳源，生长三维碳纳米片材料，其中，所述辅助气体包括氩气、氮气和氢气。在一种实施方式中，例如，在上述方法中，所述含碳气体与所述辅助气体的体积比为10∶1-1∶10。在一种实施方式中，例如，在上述方法中，所述含碳气体和辅助气体的混和气体的压强为0.1-1000Pa，优选为10-500Pa，进一步优选为100-200Pa。在一种实施方式中，例如，在上述方法中，所述含碳气体包括但不限于CH4，C2H2，C2F6，天然气或其他含碳元素的混合气体等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施例，而非对本专利技术的限制。图1是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片材料、三维碳纳米片团簇和三维碳纳米片小团簇的局部结构示意图；图2是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiCoO2电极添加剂的比容量测试数据曲线图；图3是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiCoO2电极添加剂的倍率性能数据曲线图；图4是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiMn2O4电极添加剂的比容量测试数据曲线图；图5是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiMn2O4电极添加剂的倍率性能数据曲线图；图6是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiFePO4电极添加剂的比容量测试数据曲线图；图7是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作LiFePO4电极添加剂的倍率性能数据曲线图；图8是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作三元(NCM)材料添加剂的比容量测试数据曲线图；图9是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作三元(NCM)材料添加剂的电极倍率性能数据曲线图；图10是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作石墨电极材料添加剂的比容量测试数据曲线图；图11是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作石墨电极材料添加剂的倍率性能数据曲线图；图12是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作SnO2电极材料添加剂的电极比容量测试数据曲线图；图13是本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作SnO2电极材料添加剂的电极倍率性能数据曲线图；图14本专利技术一实施例提供的三维碳纳米片用作锂锰电池MnO2正极添加剂的性能数据曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。碳纳米片材料具有良好的导电性和高比表面积。但也有缺点，普通方法制备的碳纳米片材料，需要在高压下压制电极以保持电极结构稳定，过程中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制备方法，制备有稳定结构的三维碳纳米片材料，是一种必要的措施。本专利技术的专利技术人通过将三维碳纳米片材料与电极材料结合在一起，制备得到了三维碳纳米片作添加剂的电极材料。该电极材料具有以下优点：1)三维碳纳米片材料多孔结构比表面积高，具有稳定的三维结构，其内部的碳纳米片之间较少存在团聚和堆叠，有利于充分发挥碳纳米片的优良电学性能，实际应用中随材料总量的增加，有效比表面积不会减少。2)三维碳纳米片材料作为导电剂，与电极材料混合，避免了电极材料颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维碳纳米片材料电极添加剂，其特征在于包括以下步骤：采用化学气相沉积(CVD)和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法，以含碳气体和辅助气体的混和气体作为气源，制备三维碳纳米片材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维碳纳米片材料电极添加剂，其特征在于包括以下步骤：采用化学气相沉积(CVD)和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法，以含碳气体和辅助气体的混和气体作为气源，制备三维碳纳米片材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述含碳气体与所述辅助气体的体积比为10∶1～1∶10。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：采用化学气相沉积(CVD)和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备三维碳纳米片材料时的温度为400～1100℃。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述含碳气体和辅助气体的混和气体的压强为0.1～1000Pa，优选为10～500Pa，进一步优选为100～200Pa。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含碳气体包括但不限于CH4，C2H2，C2F6，天然气或其他含碳元素的混合气体等。


6.根据权利要求1～5的任一项所述的三维碳纳米片材料，其特征在于，所述三维碳纳米片材料包括规则地或无规则地聚集在一起的若干片碳纳米片。


7.根据权利要求1～5的任一项所述的三维碳纳米片材料，其特征在于，所述三维碳纳米片材料包括规则地或无规则地聚集在一起的若干片碳纳米片，且邻近的碳纳米片之间部分接触，但互相之间不发生团聚和堆叠。


8.根据权利要求1～5的任一项所述的三维碳纳米片材料，其特征在于，所述三维碳纳米片材料具有多级孔结构，孔道直径分布为10nm～1000nm，优选20nm～500nm，进一步优选50nm～200nm。


9.根据权利要求1～5所述的三维碳纳米片材料，其特征在于，在所述若干片碳纳米片中，每一片碳纳米片的厚度为0.34～5nm，优选为0.7～3nm，进一步优选为1～2nm。


10.根据权利要求1～5所述的三维碳纳米片材料，其特征在于，在所述若干片碳纳米片规则地或无规则地聚集在一起，形成若干形状任意的三...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝奕舟，张圆圆，陈剑豪，王天戌，
申请(专利权)人：广州墨羲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44