一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用技术

本发明专利技术提供一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用，涉及锂离子电池领域。本发明专利技术的碳材料是通过将溶解的二氧化钛和铁化合物完全混合后与联苯二甲酸发生连续离子层吸附反应，生成金属离子骨架，Fe－MOF可通过静电作用吸附在TiO2表面形成Fe－MOF/TiO2，经高温煅烧之后得到FeOx/C/TiO2，经酸洗和碱洗后去除金属氧化物即可得到碳材料。本发明专利技术的碳材料可以作为导电剂应用于锂离子电池中，可以提升负极的浆料电化学性能，降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的倍率放电容量保持率和循环性能。保持率和循环性能。保持率和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]和锂离子电池电极材料一样，导电剂也在不断的更新。从最早的炭黑材料，其特点是点状导电剂，也可以称作零维导电剂，主要通过颗粒之间的点接触提高导电性；到后来，逐渐发展出了导电碳纤维和碳纳米管这一类具有一维结构的导电剂，由于其纤维状结构，增大了与电极材料颗粒的接触，大大提高了电极的导电性，降低了极片电阻；最近火热的石墨烯材料，如今也逐渐成为锂离子电池的新型导电材料，由于石墨烯具有二维的片层状结构，极大的增加了电极颗粒之间的接触，提高了导电性，并降低了导电剂的用量，提高了锂离子电池的能量密度。
[0003]锂离子电池充放电过程中，电池极片内部存在锂离子和电子的传输，其中锂离子通过电极孔隙内填充的电解液传输，而电子重要通过固体颗粒，特别是导电剂组成的三维网络传导至活物质颗粒/电解液界面参与电极反应。电子的传导特性对电池性能影响大，重要影响电池的倍率性能。而电池极片中，影响电导率的重要因素包括箔基材与涂层的结合界面情况，导电剂分布状态，颗粒之间的接触状态等。
[0004]在最新的研究进展中，部分锂电池选用的导电剂是CNT、石墨烯、导电炭黑之间两者或三者混合而成的二元或三元导电浆料。将导电剂复合做成导电浆料是工业应用的需求，也是导电剂之间相互协同、激发作用的结果。无论是炭黑、石墨烯还是CNT，将其三者单独使用时已经很大的分散难度，如果想要将其与活物质均匀混合，则需要在未进行电极浆料搅拌之前，将其分散开然后再投入使用。
[0005]导电剂的开发将集中在以下几个方面：在水性体系中还是在NMP有机体系溶剂中，导电剂都应具有良好的分散性；与高导电性的碳纳米管、石墨烯等新型炭材料复合，以降低导电剂的使用比例和提高性能；提高比表面积和电解液吸附能力，进一步提高极片的离子电导率。
[0006]无论是碳纳米管还是石墨烯复合材料，与传统的材料比，亟需降低成本，以满足实际需求。考虑到以上两种导电剂的分散性的问题，目前市场化应用的碳纳米管和石墨烯都是以预分散导电浆料的方式提供的，价格比普通炭黑SP贵很多。炭黑是非常成熟的导电剂，价格比较稳定。CNT和石墨烯未来随着规模化效应的提高，其价格下降空间相对较大，未来应用前景客观。
[0007]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。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用，本专利技术的碳材料可以作为导电剂应用在锂离子电池中，能降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的倍率放电容量保持率和循环性能。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术首先提供一种碳材料的制备方法，包括：
[0011]步骤一：将铁化合物和TiO2分别溶于去离子水中，然后混合，得到混合物；
[0012]步骤二：将联苯二甲酸加入步骤一的混合物中，通过连续离子层反应吸附法生成铁的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2；
[0013]步骤三：将步骤二的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2进行加热煅烧，再经过后处理，得到碳材料。
[0014]优选的，步骤一所述的铁化合物为硫酸亚铁、氯化亚铁或氯化铁。
[0015]优选的，所述的铁化合物、TiO2和联苯二甲酸的摩尔比为2：1：0.5。
[0016]优选的，步骤三所述的加热方式为电弧法、马弗炉加热和微波加热中的一种。
[0017]优选的，所述的马弗炉加热是将温度逐渐升至500－1100℃，在500－1100℃下连续煅烧2－3h。
[0018]优选的，步骤三所述的后处理是经过盐酸和氢氧化钠洗涤、干燥后得到碳材料。
[0019]本专利技术还提供上述制备方法得到的碳材料。
[0020]本专利技术还提供上述碳材料作为导电剂在锂离子电池中的应用。
[0021]优选的，所述的锂离子电池中，正极活性物质为镍钴锰酸锂三元正极材料，粘接剂为聚偏氟乙烯。
[0022]优选的，所述的锂离子电池中，负极活性物质为石墨，粘接剂为丁苯橡胶，增稠剂为羧甲基纤维素钠。
[0023]本专利技术的有益效果
[0024]本专利技术提供一种碳材料及其制备方法和作为导电剂在锂离子电池中的应用，本专利技术的碳材料是通过将溶解的二氧化钛和铁化合物完全混合后与联苯二甲酸发生连续离子层吸附反应，生成金属离子骨架，Fe－MOF可通过静电作用吸附在TiO2表面形成Fe－MOF/TiO2，经高温煅烧之后得到FeOx/C/TiO2，经酸洗和碱洗后去除金属氧化物即可得到碳材料。本专利技术的碳材料可以作为导电剂应用于锂离子电池中，可以提升负极的浆料电化学性能，降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的倍率放电容量保持率和循环性能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为实施例1－3制备的负极浆料稳定性对比图；
[0027]图2为实施例1－3制备碳材料的浆料细度对比图；
[0028]图3为实施例1－3负极极片辊压后剥离力对比图；
[0029]图4为实施例1－3负极极片辊压后的膜电阻对比图；
[0030]图5为实施例1－3的锂离子电池的内阻对比图；
[0031]图6为实施例1和对比例1的高温循环保持率对比图。
具体实施方式
[0032]本专利技术首先提供一种碳材料的制备方法，包括：
[0033]步骤一：将铁化合物溶于去离子水中搅拌，所述的搅拌时间优选为10－30min，将TiO2溶于去离子水中搅拌，所述的搅拌时间优选为1－1.5h，然后将两者混合搅拌，所述的搅拌时间优选为10－20min，得到混合物；所述的铁化合物优选为硫酸亚铁、氯化亚铁或氯化铁。
[0034]步骤二：将联苯二甲酸加入步骤一的混合物中，通过连续离子层反应吸附法生成铁的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2；所述的联苯二甲酸的加入方式没有特殊限制，采用本领域熟知的方式即可，优选为经玻璃棒引流缓慢倒入混合物中；所述的铁化合物、TiO2和联苯二甲酸的摩尔比优选为2：1：0.5。
[0035]步骤三：将步骤二的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2进行加热煅烧，再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将铁化合物和TiO2分别溶于去离子水中，然后混合，得到混合物；步骤二：将联苯二甲酸加入步骤一的混合物中，通过连续离子层反应吸附法生成铁的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2；步骤三：将步骤二的金属有机骨架Fe－MOF/TiO2进行加热煅烧，再经过后处理，得到碳材料。2.根据权利要求1所述的一种碳材料的制备方法，其特征在于，步骤一所述的铁化合物为硫酸亚铁、氯化亚铁或氯化铁。3.根据权利要求1所述的一种碳材料的制备方法，其特征在于，所述的铁化合物、TiO2和联苯二甲酸的摩尔比为2：1：0.5。4.根据权利要求1所述的一种碳材料的制备方法，其特征在于，步骤三所述的加热方式为电弧法、马弗炉加热和微波加热中的一种。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建疆，杨允杰，汪勇，何梦娇，沈列哈，蒲旺，
申请(专利权)人：华鼎国联四川动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：