一种用于锂离子电池的掺氮碳纳米管导电浆料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池的氮掺杂碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将酸处理的碳纳米管与三聚氰胺溶液混合，蒸干溶剂之后在惰性气体保护下于600

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的掺氮碳纳米管导电浆料制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种用于锂离子电池 的高导电氮掺杂碳纳米管导电浆料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为电化学储能设备，为满足日益增长的高效储能需 求，锂离子电池已应用于生活各方各面，在便携式电子设备中的应用 可谓是无处不在。进入新世纪以来，随着传统化石能源的消耗及对环 保的更高要求，开发具有更高的比容量、更好的使用周期和安全性能 的锂离子电池可以大幅减轻对化石燃料的依赖，满足大规模储能的需 求，如在生活出行方面，混合动力电动汽车正逐步替代传统燃油汽车， 为满足其动力电池大倍率、大容量和快速充放电的要求，选择合适的 导电剂和后续电池制备工艺以提升电池的导电性至关重要。
[0003]目前，碳纳米管是一种具有高前景的碳基导电剂，其只需要较少 使用量即可以形成导电网络并提高电池的倍率和循环性能，其导电网 络能够有效地连接更多的活性物质从而提高电池容量,并减少电池 在充放电过程中因正极颗粒发生体积收缩和膨胀而导致的电阻增加。 此外碳纳米管具有更大的比表面积，在电池中构建高效的电子传输路 径所需添加量更少,从而在提高电池的能量密度；同时比表面积大的 导电剂对电解液的吸附能力更强，有利于改善电解液对活性物质的浸 润。然而通过化学气相沉积制备的碳纳米管制备浆料存在缺点，即该 方法制备的碳纳米管一般含有较高比例的金属催化剂，如铁、钴、镍、 铝等，为应用于制备适用于锂离子电池的导电浆料时，碳纳米管产物 需要通过强酸处理将金属杂质除去，但这将增加碳纳米管的缺陷。其 次，受碳纳米管高长径比的影响，普通的碳纳米管缠绕严重，使得中 应用于锂电池时无法均匀的分散在活性物质周围以形成高效的导电 网络，而是以结块的形式掺杂在活性颗粒的间隙中，这使得碳纳米管 优异的导电性无法得到发挥。
[0004]综上所述，制备一种可以尽可能减少所受酸洗影响及提高散性的 碳纳米管，对其在锂离子电池导电剂中的应用存在重要意义。

技术实现思路

[0005]针对目前应用于锂离子电池正极材料的碳纳米管导电剂所面临 的缺陷多，导分散性差的问题，本专利技术的目的是提供一种氮掺杂碳纳 米管制备及其导电浆料的制备方法，所制备的碳纳米管导电性高分散 性好。通过将该导电浆料与正极材料混合并涂布得到锂离子电池的正 极极片，构建具有更好导电性及分散更加均匀的导电网络。所制备的 锂离子电池可以有效提高循环性能。
[0006]本专利技术涉及一种用于锂离子电池的碳纳米管的制备方法，为了实 现本专利技术的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案特征包括如下步骤：
[0007](1)碳纳米管的预处理：通过酸处理清除碳纳米管中的杂质以及在 碳纳米管表面
产生缺陷；
[0008](2)将三聚氰胺溶于溶剂中；
[0009](3)向步骤(2)中的三聚氰胺溶液中加入经过预处理的碳纳米管， 持续搅拌至溶液蒸干；
[0010](4)将步骤(3)中得到的混合物在惰性气体保护下升温到 600
‑
800℃并保温0.5小时以上，得到氮掺杂碳纳米管；
[0011](5)将步骤(4)中生成的氮掺杂碳纳米管在聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 和N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)混合溶剂中分散。
[0012]本专利技术通过对碳纳米管进行合适的氮掺杂，不仅可以改善其分散 性，从而解决碳纳米管在导电浆料应用中难分散的缺点，同时由于氮 原子比碳原子更具负电性，掺杂后的碳材料具有更优异电子传递性。 如石墨氮物种的引入会在一定程度上增加材料n型电导率。石墨氮 物种具有五个外层电子，其中四个电子可形成σ键和π键，而第五 个电子则处于能量较高的π键，使得石墨氮具有给电子性质。同时在 浸润性方面，由于具有sp2杂化结构的碳材料亲水能力较强，氮物 种的引入可以提高材料中sp2杂化结构的占比，从而增强材料的亲溶 剂能力。
[0013]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述步骤(2)中的溶剂是去 离子水、乙二醇、甘油一种或者多种的组合；优选采用乙二醇作为溶 剂。通过使用乙二醇作为溶剂，有助于三聚氰胺的溶解，也有助于促 进氮掺杂的形成。
[0014]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(3)中三聚氰胺与碳纳米管 质量比为1：5至1：1。
[0015]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(1)中采用的碳纳米管预处 理方式可以是盐酸、硝酸一种或者多种的组合。
[0016]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(32)中的惰性气体是Ar、 N2或两者混合中的一种。
[0017]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(4)中保温温度在700℃至 800℃之间。
[0018]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(5)中通过超声震荡和 球磨分散得到浆料，其中，超声波震荡频率为50
‑
80Hz，超声震荡时 间为0.5
‑
2h；所述球磨分散，球磨机转速为500
‑
800r/min，球磨时间 为6
‑
12h。
[0019]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(5)中使用NMP溶液， 其中N
‑
甲基吡咯烷酮含量：95％
‑
90％，碳纳米管含量：9％
‑
5％。
[0020]本专利技术另一方面还涉及将上述制备方法制得的碳纳米管悬浮液 用于锂离子电池。
[0021]本专利技术具有以下优点：
[0022]传统的碳纳米管采用强酸洗涤方法进行提纯，这将导致碳纳米管 上缺陷增多从而影响其导电性，同时降低其在溶剂中的分散性。而本 专利技术制备的氮掺杂碳纳米管在原有酸洗后缺陷的基础上，将氮原子掺 入碳纳米管的石墨晶格之间，提高了碳纳米管的导电性与分散性，通 过添加入PVP和N
‑
甲基吡咯烷(NMP)并砂磨处理，制备了可应用 于锂离子电池的高导电易分散的碳纳米管浆料，能够均匀的分散在活 性物质表面和周围形成优异的导电框架。
[0023]本专利技术所使用的原材料市场价格适中，且制备过程中所用设备较 少且操作简易，适合于商业化制备。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的氮掺杂碳纳米管SEM图
[0025]图2为本专利技术的氮掺杂碳纳米管TEM图
[0026]图3为本专利技术实施例1的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的 1C循环性能图。
[0027]图4为本专利技术实施例1的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的 3C循环性能图。
[0028]图5为本专利技术实施例1的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的 5C循环性能图。
[0029]图6为本专利技术实施例1的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的倍 率性能图。
[0030]图7为本专利技术实施例1的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的交 流阻抗图。
[0031]图8为本专利技术实施例2的碳纳米管悬浮液应用于锂离子电池的循 环性能图。
[0032]图9为本专利技术实施例3的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的氮掺杂碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将酸处理的碳纳米管与三聚氰胺溶液混合，蒸干溶剂之后再惰性气体保护下于600
‑
800℃保温半小时以上得到氮掺杂碳纳米管导，将氮掺杂碳纳米管导分散在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)混合溶剂中得氮掺杂碳纳米管导电浆料。2.权利要求1所述一种用于锂离子电池的氮掺杂碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)碳纳米管的预处理：通过酸处理清除碳纳米管中的杂质以及在碳纳米管表面产生缺陷；(2)将三聚氰胺溶于溶剂中；(3)向步骤(2)中的三聚氰胺溶液中加入经过预处理的碳纳米管，持续搅拌至溶液蒸干；(4)将步骤(3)中得到的混合物在惰性气体保护下升温到600
‑
800℃并保温0.5小时以上，得到氮掺杂碳纳米管；(5)将步骤(4)中生成的氮掺杂碳纳米管在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)混合溶剂中分散。3.根据权利要求2所述的制备方法，所述步骤(2)中的溶剂是去离子水、乙二醇、甘油一种或者多种的组合。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟盛文，钟正均，胡经纬，唐小冬，
申请(专利权)人：赣州市康达新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：