一种锂离子电池导电剂及其制备方法技术

本申请公开了一种锂离子电池导电剂及其制备方法，其中制备方法包括：步骤1，采用氧化气体对纳米碳材料进行表面处理；步骤2，使用氧化性酸对步骤1产物进行捏合，捏合产物与水混合后，在温度70～100℃条件下反应，反应产物水洗至中性；步骤3，步骤2产物与胺类化合物在温度100～140℃条件下进行酰胺化反应；步骤4，将步骤3产物与溶剂混合并均质，得到所述锂离子电池导电剂。采用化学物理改性方法对纳米碳材料表面进行官能团修饰，并使得纳米碳材料表面被高分子聚合物充分包裹，得到的改性纳米碳材料作为导电剂可以直接用在锂离子电池中。料作为导电剂可以直接用在锂离子电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池导电剂及其制备方法


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别是涉及一种锂离子电池导电剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池常用导电剂包括：炭黑、碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维、科琴黑、乙炔黑等，这些导电剂均属于纳米碳材料，直接应用于锂离子电池正负极中，至少会出现以下两个问题：
[0003](1)纳米碳材料在合成过程中往往会引入少量Fe，Co，Cu，Zn，Cr，Ni等磁性金属杂质，上述磁性金属杂质引入电池中会溶解到电解液之后沉积在隔膜上，刺穿隔膜，加剧电池自放电，甚至引起短路，造成安全事故；
[0004](2)纳米碳材料主要由碳碳共价键组成，颗粒之间由于范德华力形成团聚体，与正负极活性材料相容性差，在正负极合浆过程中，纳米碳导电剂无法对正负极活性材料形成有效包覆，导致电池导电性差，内阻高，电池性能显著降低。

技术实现思路

[0005]基于此，提供一种锂离子电池导电剂及其制备方法，采用化学物理改性方法对纳米碳材料表面进行官能团修饰，并使得纳米碳材料表面被高分子聚合物充分包裹，得到的改性纳米碳材料作为导电剂可以直接用在锂离子电池中。
[0006]一种锂离子电池导电剂的制备方法，包括：
[0007]步骤1，采用氧化气体对纳米碳材料进行表面处理；
[0008]步骤2，使用氧化性酸对步骤1产物进行捏合，捏合产物与水混合后，在温度70～100℃条件下反应，反应产物水洗至中性；
[0009]步骤3，步骤2产物与胺类化合物在温度100～140℃条件下进行酰胺化反应；
[0010]步骤4，将步骤3产物与溶剂混合并均质，得到所述锂离子电池导电剂。
[0011]所述纳米碳材料为纳米炭黑、碳纳米管、纳米石墨烯、纳米碳纤维中的一种，纳米碳黑包括：普通纳米碳黑、纳米科琴黑、纳米乙炔黑。
[0012]本申请提供的锂离子电池导电剂的制备方法主要涉及以下反应进程：
[0013][0014]本申请的技术方案原理如下：
[0015]步骤1，采用氧化气体对纳米碳材料表面进行处理，在纳米碳材料表面修饰羰基以及羟基官能团；
[0016]步骤2，通过氧化性酸进一步将羰基以及羟基官能团氧化为羧基官能团，同时氧化性酸溶解纳米碳材料中的金属杂质，得到高纯度的羧基改性纳米碳材料，使纳米碳材料具
有两亲性；
[0017]步骤3，通过羧基与氨基进行酰胺反应得到氨基改性的纳米碳材料。
[0018]氨基改性的纳米碳材料在溶剂(例如：NMP、DMF、水、DMSO)中具有很好的分散性，通过砂磨、锥体磨、球磨、高速分散、高速剪切以及高压均质等设备可以得到锂离子电池导电剂(纳米碳导电添加剂)。
[0019]纳米碳材料与溶剂的质量比为1～2：8～9。纳米碳材料与溶剂的质量比为1：4～9。
[0020]砂磨机分散的条件为：转速400
‑
650rpm，线速度12
‑
20m/s，时间4
‑
6小时。
[0021]锥体磨分散的条件为：转速800
‑
1000rpm，线束度12
‑
20m/s，时间4
‑
6小时。
[0022]本申请制备的锂离子电池导电剂具有非常好的单一分散性，可以直接与锂离子电池正负极活性材料混合，得到完整的导电网络，显著降低电池的内阻。
[0023]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0024]步骤1中，使用氧化气体作为弱氧化剂对纳米碳材料表面进行处理，有效去除纳米碳材料中的不定型碳，同时对纳米碳材料表面进行弱氧化，修饰部分羰基以及羟基官能团。
[0025]将纳米碳材料置于氧化气体氛围下，加热进行反应，反应时间可以根据氧化气体以及纳米碳材料的不同进行调整，一般不少于30min。
[0026]可选的，步骤1中，表面处理在温度400～800℃条件下进行。
[0027]可选的，步骤1中，氧化气体包括第一组分和第二组分，其中：
[0028]第一组分为氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫中的至少一种；
[0029]第二组分为氮气。
[0030]可选的，步骤1中，氧化气体由第一组分和第二组分组成，其中：
[0031]第一组分为氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫中的至少一种；
[0032]第二组分为氮气。
[0033]可选的，步骤1中，氧化气体中第一组分与第二组分的体积比为1：1～9。
[0034]步骤2中，使用氧化性酸作为强酸氧化剂对纳米碳材料表面进行处理，有效去除纳米碳材料中的金属杂质，并在纳米碳材料表面修饰羧基官能团。
[0035]可选的，步骤2中，氧化性酸为硝酸、盐酸、双氧水、醋酸、磷酸中的至少一种。
[0036]可选的，步骤2中，氧化性酸与纳米碳材料的质量比为100：7～20，氧化性酸与水的体积比为1：0.8～1.2。
[0037]可选的，步骤2中，氧化性酸对步骤1产物的捏合时间为1～10小时。
[0038]可选的，步骤2中，捏合产物与水混合后，反应时间为至少12小时。
[0039]步骤2中，反应产物水洗至中性，并干燥后进行步骤3。
[0040]步骤3，采用多元胺在纳米碳材料表面进一步进行氨基修饰，氨基改性纳米碳材料在溶剂中具有更好的分散性和导电性，通过物理改性可以剥离得到氨基改性纳米碳材料。
[0041]步骤3中羧基官能团与胺类化合物发生酰胺化反应，酰胺化反应时间至少为24小时，反应结束后，羧基官能团含量控制在5wt％以内，可以在不降低导电性的情况下，显著改善纳米材料的分散性。
[0042]可选的，步骤3中，所述胺类化合物为十八胺、乙二胺中的至少一种，步骤2产物与
胺类化合物的质量比为1:50～200。
[0043]步骤3中加入缩合剂，缩合剂为二环己基碳二亚胺，二环己基碳二亚胺与胺类化合物的质量比为2～10：50～200。
[0044]步骤3中加入缩合剂，缩合剂为二环己基碳二亚胺，二环己基碳二亚胺与胺类化合物的质量比为1：5～100。
[0045]步骤3中加入缩合剂，缩合剂为二环己基碳二亚胺，二环己基碳二亚胺与乙二胺的质量比为1：10～25。
[0046]步骤3中，进行酰胺化反应时，根据需要加入缩合剂。
[0047]本申请提供了一种锂离子电池导电剂，采用所述的制备方法制备得到。
[0048]本申请提供的锂离子电池导电剂至少具有以下有益效果：
[0049](1)利用氧化性酸对纳米碳材料进行处理，有效去除纳米碳材料中的金属杂质，避免金属杂质引入电池中，造成安全事故；
[0050](2)在纳米碳材料表面修饰氨基基团，氨基改性纳米碳材料在溶剂中具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池导电剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，采用氧化气体对纳米碳材料进行表面处理；步骤2，使用氧化性酸对步骤1产物进行捏合，捏合产物与水混合后，在温度70～100℃条件下反应，反应产物水洗至中性；步骤3，步骤2产物与胺类化合物在温度100～140℃条件下进行酰胺化反应；步骤4，将步骤3产物与溶剂混合并均质，得到所述锂离子电池导电剂。2.根据权利要求1所述的锂离子电池导电剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，表面处理在温度400～800℃条件下进行。3.根据权利要求1所述的锂离子电池导电剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，氧化气体包括第一组分和第二组分，其中：第一组分为氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫中的至少一种；第二组分为氮气。4.根据权利要求3所述的锂离子电池导电剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，氧化气体中第一组分与第二组分的体积比为1：1～9。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾佑生，张岳钰，寇纪龙，
申请(专利权)人：江西缙禧纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：