一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物在水浴条件下加热至完全熔化；2)将熔化后的硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物使用恒温磁力搅拌器搅拌，然后置于超声波清洗机中超声波震荡，制得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐；3)将步骤2)所得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐加热至熔化，加入单壁碳纳米管、石墨烯和甲醋酸甲酯；4)将混合物使用恒温磁力搅拌器搅拌，然后置于超声波清洗机中超声波震荡，再过滤烘干，即得到所述的碳纳米管复合导电剂。本发明专利技术制备的碳纳米管复合导电剂在满足高导电性能需求的同时，兼具良好的分散性和散热性。和散热性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池在现代社会中的应用越来越广泛，特别在移动电子产品和新兴的电动汽车领域受到广泛关注。锂离子电池具有高比能量、无记忆效应等优点，近年来又作为新能源得到人们的青睐，从而飞速发展。随着技术的持续进步以及对可持续能源的日益关注，对锂离子电池的性能要求不断提高，特别是在快充性能和能量密度方面。
[0003]其中，导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，虽然所占的分量较小，但很大程度地影响着锂离子电池的性能，对改善电池循环性能、容量发挥、倍率性能等有着很重要的作用。导电剂的首要作用是提高电子电导率，为了保证电极具有良好的充放电性能，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。此外，导电剂也可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，同时也能有效地提高锂离子在电极材料中的迁移速率，降低极化，从而提高电极的充放电效率和锂电池的使用寿命。
[0004]在现有技术中，锂离子电池的导电剂通常采用导电石墨、乙炔黑或碳纳米管。乙炔黑是由呈球形的无定形碳颗粒组成的链状物，是目前使用最为广泛的导电剂，其优点在于价格低廉，易于生产和应用。然而，为了达到增强电极活性物质间相互接触的目的，所需要的添加量较大，从而造成电极能量容量的下降，同时限制了锂离子电池的性能和应用。
[0005]与乙炔黑相比，碳纳米管(CNT)是呈线型的一维碳质材料，具有更佳的导电性能和优越的力学性质。由于碳纳米管在电极中的添加量少，因此对电极能量容量的降低程度有所降低。但是，碳纳米管的制备成本高昂，导致了其在实际工业生产中的应用受到局限。同时，碳纳米管在碳纳米管合成过程中残留有金属催化剂，在电池的高电位的充放电过程中，金属杂质容易氧化并在负极表面析出，导致电池内部微短路，自放电严重，甚至引起安全事故。此外，碳纳米管之间强烈的范德华力，导致在活性物质中的均匀分散困难，容易团聚，阻碍了导电性能的发挥。
[0006]因此，在近几年的研究中，学者们致力于开发一种具有高导电性能、低成本和良好分散性的碳纳米管复合导电剂。例如，有研究者尝试将碳纳米管与导电聚合物进行复合，以降低成本并提高导电性能。然而，尽管取得了一些进展，现有技术仍然难以在低成本和高性能之间达到理想的平衡。
[0007]本申请旨在解决上述问题，提高锂离子电池导电剂的性能，降低生产成本。具体而言，本申请需开发一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法，旨在实现碳纳米管复合导电剂在导电性能、分散性、成本效益等方面的全面优化。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂及其制备方法；本专利技术制备的碳纳米管复合导电剂在满足高导电性能需求的同时，兼具良好的分散性和散热性，使得其在实际应用中可以更加有效地提高锂离子电池的整体性能。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)将质量比为10:5的硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物在90
‑
100℃水浴条件下加热10
‑
30min至完全熔化；
[0012]2)将熔化后的硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物使用恒温磁力搅拌器在85℃下以130
‑
150r/min的速度磁力搅拌80
‑
100min，然后置于超声波清洗机中以120
‑
130W的功率且40
‑
50kHz的振荡频率在80
‑
85℃水浴环境下进行1
‑
2h超声波震荡，制得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐；
[0013]3)将步骤2)所得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐在85℃水浴条件下加热至熔化，按照46:34:5的质量比加入单壁碳纳米管、石墨烯和甲醋酸甲酯；
[0014]4)将混合物使用恒温磁力搅拌器在85℃下以130
‑
150r/min的速度磁力搅拌1h，然后置于超声波清洗机中以120
‑
130W的功率，40
‑
50kHz的振荡频率，在100℃水浴环境下进行1
‑
2h超声波震荡，再过滤烘干，即得到所述的复合导电剂。
[0015]优选的，步骤2)中，所述硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐的相变温度为55℃，相变潜热为240J
·
g
‑1。
[0016]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的聚维酮和硼酸，其中，聚维酮和硼酸的质量比为(1～2):1。
[0017]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的聚噻吩和聚吡咯烷酮，其中，聚噻吩和聚吡咯烷酮的质量比为1:1。
[0018]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～5份的聚多巴胺和乙酸乙酯，其中，聚多巴胺和乙酸乙酯的质量比为1:2。
[0019]优选的，步骤4)中，还包括采用鼓泡器向被搅拌的混合物中通入惰性气体。
[0020]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的羟基化合物，所述羟基化合物为乙醇或甘油。
[0021]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的羧基化合物，所述羧基化合物为丙烯酸或苯甲酸。
[0022]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的硫醇基化合物，所述硫醇基化合物为巯基乙酸或甲硫醇。
[0023]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～3份的纳米二氧化硅。
[0024]优选的，步骤3)中，还包括加入重量份数为1～5份的纳米氧化钛和单宁酸，其中，纳米氧化钛和单宁酸的质量比为1:2。
[0025]此外，本专利技术还提供一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂，由上述的具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂的制备方法制得。
[0026]相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0027]1)本申请通过加入硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物，可以得到相变温度为55℃，相变潜热为240J
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g
‑1的相变散热材料，使的复合导电剂具有良好的散热性能。将其应用于锂离子电池电极片中可以有效提高电极片及锂电池的散热效果。
[0028]2)本申请通过添加石墨烯，石墨烯是碳纳米管的同素异形体，其化学结构与碳纳米管相似，sp2杂化碳原子可以产生许多离域π电子，通过π
‑
π相互作用与碳纳米管结合，使碳纳米管相互分离，提高碳纳米管的分散效果；而且石墨烯具有非常高的比表面积和导电率，可以进一步提高复合导电剂的导电性和稳定性；此外，石墨烯还具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将质量比为10:5的硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物在90
‑
100℃水浴条件下加热10
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30min至完全熔化；2)将熔化后的硼酸钠十水合物和硼酸钠五水合物使用恒温磁力搅拌器在85℃下以130
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150r/min的速度磁力搅拌80
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100min，然后置于超声波清洗机中以120
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130W的功率且40
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50kHz的振荡频率在80
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85℃水浴环境下进行1
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2h超声波震荡，制得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐；3)将步骤2)所得硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐在85℃水浴条件下加热至熔化，按照46:34:5的质量比加入单壁碳纳米管、石墨烯和甲醋酸甲酯；4)将混合物使用恒温磁力搅拌器在85℃下以130
‑
150r/min的速度磁力搅拌1h，然后置于超声波清洗机中以120
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130W的功率，40
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50kHz的振荡频率，在100℃水浴环境下进行1
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2h超声波震荡，再过滤烘干，即得到所述的复合导电剂。2.根据权利要求1所述的具有高导电性能的碳纳米管复合导电剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述硼酸钠十水合物/硼酸钠五水合物共晶盐的相变温度为55℃，相变潜热为240J

【专利技术属性】
技术研发人员：何龙，唐明浩，李剑秋，
申请(专利权)人：广东嘉尚新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：