单壁碳纳米管导电浆料的制备方法、锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，包括以下步骤：取单壁碳纳米管、分散剂和去离子水，采用管线式设备将所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水进行预分散处理，得到第一分散体系；在压力为50～300MPa的条件下，对所述第一分散体系进行高压分散，得到单壁碳纳米管导电浆料。本发明专利技术提供的方法得到的单壁碳纳米管导电浆料，具有粒径分布集中，分散均匀性好的优点。分散均匀性好的优点。分散均匀性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
单壁碳纳米管导电浆料的制备方法、锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，以及一种锂离子电池负极材料及其制备方法及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有无记忆效应、能量密度高、自放电小、电压高、充放电速率快、循环寿命长、环境友好等优点，广泛应用于纯电动汽车、便携式电子设备等多种领域。现有的商业化锂离子电池大多采用石墨作为负极材料，但其理论电化学储锂容量仅为372mAh/g，远不能满足锂离子电池需要进一步提高能量密度的需求。与石墨负极相比，硅基负极材料能量密度优势明显，理论比容量可高达4200mAh/g，并且由于其储量丰富、嵌锂电位低等优点，成为负极材料研究与应用的热点。但硅基负极材料在实际应用中存在很多问题亟待解决，主要表现为：硅在嵌脱锂过程中体积效应大，高的体积膨胀率使得硅颗粒在循环过程中粉化严重，衰减迅速；其次，硅为半导体，导电性能比石墨负极差很多，极大影响了硅基体系锂离子电池的首次库伦效率及大电流充放电能力。总之，现有硅基体系锂离子电池存在硅基负极体积膨胀率大及导电性能差的问题。
[0003]相较于多壁碳纳米管(相当于30
‑
300层石墨层卷曲对接起来形成的圆环，比表面积：50
‑
150m2/g)，单壁碳纳米管(相当于单层石墨烯卷曲后对接成一个圆环)比表面积高、长径比大、表面缺陷少，因此，碳纳米管具有更好的导电性、导热性，且比表面积与石墨烯相当，有望作为导电成分用于锂离子电池负极材料中。但是，单壁碳纳米管表面缺乏活性基团，导致其在各种溶剂中的溶解度都很低。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题
[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，以及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决单壁碳纳米管在溶剂中溶解度低的问题。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种含有单壁碳纳米管的锂离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决硅基体系锂离子电池存在硅基负极体积膨胀率大及导电性能差的问题。
[0007]解决问题的方法
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术一方面提供一种单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]取单壁碳纳米管、分散剂和去离子水，采用管线式设备将所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水进行预分散处理，得到第一分散体系；
[0011]在压力为50～300MPa的条件下，对所述第一分散体系进行高压分散，得到单壁碳纳米管导电浆料。
[0012]优选的，采用管线式设备将所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水进行预分散处理的步骤中，所述预分散处理的线速度5～80米/秒。
[0013]优选的，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1500m2/g。
[0014]优选的，所述单壁碳纳米管的管径为0.7nm～1.8nm。
[0015]优选的，所述单壁碳纳米管的长径比为1000～5000。
[0016]优选的，所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水的质量比为0.1～2:0.1～2:96～98.8。
[0017]优选的，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
[0018]优选的，所述单壁碳纳米管导电浆料的固含量为0.5～3.0％，粘度为500～10000mPa.s，粒径分布D50为0.010～3um。
[0019]本专利技术另一方面提供一种锂离子电池负极材料，包括如下重量份数的下列原料组分：
[0020][0021]其中，所述单壁碳纳米管的原料为单壁碳纳米管导电浆料，且所述单壁碳纳米管导电浆料为上述方法制得的单壁碳纳米管导电浆料。
[0022]优选的，所述锂离子电池负极材料为负极浆料，且所述负极浆料的固含量为20％～60％，粘度为2000～5000mPa.s。
[0023]优选的，所述锂离子电池负极材料由所述硅碳材料、所述水性粘合剂、所述炭黑和所述单壁碳纳米管组成，且所述硅碳材料、所述水性粘合剂、所述炭黑和所述单壁碳纳米管的质量比为94.92:4:1:0.08。
[0024]优选的，所述单壁碳纳米管导电浆料的固含量为0.5～3.0％，粘度为500～10000mPa.s，粒径分布D50为0.010～3um。
[0025]本专利技术再一方面提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]按照上述方法制得单壁碳纳米管导电浆料；
[0027]将硅碳材料、水性粘合剂和炭黑加入单壁碳纳米管导电浆料中，加入去离子水调节固含量，得到负极浆料预混物；
[0028]将得到的负极浆料预混物在搅拌机中进行真空匀浆，得到所述锂离子电池负极材料。
[0029]专利技术效果
[0030]本专利技术提供的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，先将单壁碳纳米管在含有分散剂的去离子水中采用管线式设备进行预分散处理，然后在压力为50～300MPa的条件下进行高压分散，通过这种方法得到的单壁碳纳米管导电浆料，具有粒径分布集中，分散均匀性好的优点。具体的，采用管线式设备对难分散的单壁碳纳米管进行预分散处理，在管线式设备
强液力剪切、离心挤压、高速切割、撞击等综合作用下，可以加速溶剂的转移，促进单壁碳纳米管与分散溶液的接触，提高单壁碳纳米管的浸润效果，有利于单壁碳纳米管在分散溶液中分散乳化、破碎处理，使物料的粒径范围小到纳米级，且粒径分布集中，得到均匀性和一致性好的第一分散体系，以提高单壁碳纳米管在高压分散过程中分散均匀性，提高单壁碳纳米管的分散效果。在此基础上，对第一分散体系进行高压分散处理，可以提高单壁碳纳米的均匀分散性，提高单壁碳纳米管的分散效率，并降低单壁碳纳米管的长度破坏风险，从而使得到的单壁碳纳米管能更好地保留其原有的性能。
[0031]本专利技术提供的锂离子电池负极材料，含有单壁碳纳米管和炭黑，其中，所述单壁碳纳米管的原料为单壁碳纳米管导电浆料，且所述单壁碳纳米管导电浆料为上述方法制得的单壁碳纳米管导电浆料。由此得到的锂离子电池负极材料，仅添加较少的单壁碳纳米管就能达到较好的导电性能，可以极大地降低其他导电剂(炭黑)的添加量，增加硅碳材料的含量，从而极大的提升了电池容量。在此基础上，一方面，单壁碳纳米管以较大的长径比在硅碳材料颗粒表面构建导电网络，增强了硅碳材料颗粒之间的电子传输，提高负极材料的导电能力。即便在硅膨胀之后仍然能够保证电子通道的畅通，提高了循环过程中电子传输的稳定性和硅的利用率，从而提高硅碳材料的首次利用率，进而提高含有该硅碳负极材料的锂离子电池的首次效率和电池容量。另一方面，由于单壁碳纳米管弹性大，超级力学性能为钢的100倍，保证循环时硅负极膨胀时导电网络不变，在一定程度上抑制硅系锂离子电池的硅基负极的体积膨胀(硅基负极材料的膨胀率最大可达到300％，硅基负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取单壁碳纳米管、分散剂和去离子水，采用管线式设备将所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水进行预分散处理，得到第一分散体系；在压力为50～300MPa的条件下，对所述第一分散体系进行高压分散，得到单壁碳纳米管导电浆料。2.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，采用管线式设备将所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水进行预分散处理的步骤中，所述预分散处理的线速度5～80米/秒。3.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1500m2/g；和/或所述单壁碳纳米管的管径为0.7nm～1.8nm；和/或所述单壁碳纳米管的长径比为1000～5000。4.根据权利要求1至3中任一项所述的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述单壁碳纳米管、所述分散剂和所述去离子水的质量比为0.1～2:0.1～2:96～98.8。5.根据权利要求4所述的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。6.根据权利要求1至3中任一项所述的单壁碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，刘大喜，邓飞，辛培培，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：