具有纳米基元团聚体结构的碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有纳米基元团聚体结构的碳材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
具有纳米基元团聚体结构的碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术特别涉及一种具有纳米基元团聚体结构的碳材料及其制备方法和应用，属于碳材料

。

技术介绍

[0002]为保证燃料电池中电极材料间良好的传质及电子传输效果，通常引入高团聚体结构
、
高导电的纳米碳材料，如导电炭黑
、
碳纳米管等材料，形成高分散
、
高孔隙率的导电网络，降低反应物质及电子传导阻力，展现良好的电池性能
。
而现有的高团聚体结构碳材料在溶液中存在难分散
、
制备浆料碳浓度低的问题，导致电极材料的制备和使用成本高
。
即使通过高能分散来调配浆料，也会导致后续涂覆面粗糙度高，接触电阻大，导致电池器件性能不能完全发挥
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种具有纳米基元团聚体结构的碳材料及其制备方法和应用，从而克服现有高团聚体结构碳材料存在难分散
、
制备浆料碳浓度低等不足之处
。
[0004]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0005]本专利技术一方面提供了一种具有纳米基元团聚体结构的碳材料，其特征在于，所述碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
[0006]3≤k≤30
，
k
＝
[
吸油值
(mL/100g)/
介孔孔容
(cm3/g)]/100
，其中，所述吸油值是采用国标
GB/T 3780.2
‑
2017《
炭黑第2部分：吸油值的测定
》
的方法，以邻苯二甲酸二丁酯作为指示剂，测定每百克碳材料完全润湿时吸附邻苯二甲酸二丁酯的体积，所述介孔孔容是采用通过国标
GB/T 19587
‑
2017《
气体吸附
BET
法测定固态物质比表面积
》
中的氮气吸脱附测试方法，以氮气分子作为探针，采用
BJH
模型和凯尔文方程
rk
＝
‑
0.414/log(P/P0)
，计算单位质量碳材料中2‑
50nm
的介孔孔隙在吸附状态下饱和吸附的氮气体积作为材料的介孔孔容
。
[0007]进一步的，所述碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
3≤k≤30。
[0008]进一步的，所述碳材料的介孔孔容
、
吸油值至少满足如下特征中的至少一者：
[0009]0.05cm3/g≤
介孔孔容
≤1.0cm3/g
，
80mL/100g≤
吸油值
≤650mL/100g。
[0010]进一步的，所述碳材料的吸油值满足如下特征：
[0011]100mL/100g≤
吸油值
≤400mL/100g。
[0012]进一步的，所述碳材料的粉体电导率
≥7S/cm@8MPa。
[0013]进一步的，所述碳材料的粉体电导率
≥10S/cm@8MPa。
[0014]进一步的，所述碳材料的比表面积满足如下特征：
[0015]30m2/g≤
比表面积
≤1000m2/g。
[0016]进一步的，所述碳材料的比表面积满足如下特征：
[0017]40m2/g≤
比表面积
≤800m2/g。
[0018]进一步的，所述碳材料包括炭黑和
/
或碳纳米管材料
。
[0019]本专利技术另一方面还提供了一种提高具有团聚体结构的碳材料在液相分散体系中的分散能力的方法，包括：
[0020]将具有第一团聚体结构的第一碳材料与同质的磨体材料混合，使所述第一碳材料与所述磨体材料发生对冲，且使所述第一碳材料与所述磨体材料对冲时产生的最大剪切力大于所述团聚体结构中聚集体之间的结合力而小于聚集体中基元碳颗粒之间的结合力，至少所述第一碳材料的部分大孔被破坏，从而获得具有第二团聚体结构的第二碳材料，所述第二碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
[0021]3≤k≤30
，
k
＝
[
吸油值
(mL/100g)/
介孔孔容
(cm3/g)]/100
，其中，所述吸油值是采用国标
GB/T 3780.2
‑
2017《
炭黑第2部分：吸油值的测定
》
的方法，以邻苯二甲酸二丁酯作为指示剂，测定每百克碳材料完全润湿时吸附邻苯二甲酸二丁酯的体积，所述介孔孔容是采用通过国标
GB/T 19587
‑
2017《
气体吸附
BET
法测定固态物质比表面积
》
中的氮气吸脱附测试方法，以氮气分子作为探针，采用
BJH
模型和凯尔文方程
rk
＝
‑
0.414/log(P/P0)
，计算单位质量碳材料中2‑
50nm
的介孔孔隙在吸附状态下饱和吸附的氮气体积作为材料的介孔孔容
。
[0022]可以理解的，本专利技术中的第二碳材料可以理解为所述具有纳米基元团聚体结构的碳材料
。
[0023]进一步的，所述磨体材料的堆积密度大于所述第一碳材料的堆积密度
。
[0024]进一步的，所述磨体材料的堆积密度与所述第一碳材料的堆积密度的差值为
1.4
‑
3.4g/cm3。
[0025]进一步的，所述第一碳材料的堆积密度为
0.05
‑
0.2g/cm3。
[0026]进一步的，所述磨体材料的堆积密度为
1.5
‑
3.6g/cm3。
[0027]进一步的，所述第一碳材料与所述磨体材料的质量比为
(80
‑
99)
：
(1
‑
20)。
[0028]进一步的，所述磨体材料的材质包括石墨
、
硬碳
、
碳纤维材料中的至少一者
。
[0029]进一步的，所述磨体材料的
D50
粒度为
20
μ
m
‑
100
μ
m。
[0030]进一步的，所述第一碳材料和所述第二碳材料的材质为多孔碳材料
。
[0031]进一步的，所述多孔碳材料包括炭黑
、
碳纳米管材料中的至少一者
。
[0032]进一步的，所述第一碳材料至少满足如下特征：介孔孔容
≥0.05cm3/g<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有纳米基元团聚体结构的碳材料，其特征在于，所述碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
3≤k≤30
，
k
＝
[
吸油值
(mL/100g)/
介孔孔容
(cm3/g)]/100
，其中，所述吸油值是以邻苯二甲酸二丁酯作为指示剂，测定每百克碳材料完全润湿时吸附邻苯二甲酸二丁酯的体积，所述介孔孔容是采用氮气吸脱附测试方法，以氮气分子作为探针，采用
BJH
模型和凯尔文方程
rk
＝
‑
0.414/log(P/P0)
，计算单位质量碳材料中2‑
50nm
的介孔孔隙在吸附状态下饱和吸附的氮气体积作为材料的介孔孔容
。2.
根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
3≤k≤30
；和
/
或，所述碳材料的介孔孔容
、
吸油值至少满足如下特征中的至少一者：
0.05cm3/g≤
介孔孔容
≤1.0cm3/g
，
80mL/100g≤
吸油值
≤650mL/100g
；优选的，所述碳材料的吸油值满足如下特征：
100mL/100g≤
吸油值
≤400mL/100g。3.
根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于：所述碳材料的粉体电导率
≥7S/cm@8MPa
；优选的，所述碳材料的粉体电导率
≥10S/cm@8MPa
；和
/
或，所述碳材料的比表面积满足如下特征：
30m2/g≤
比表面积
≤1000m2/g
；优选的，所述碳材料的比表面积满足如下特征：
40m2/g≤
比表面积
≤800m2/g
；和
/
或，所述碳材料包括炭黑和
/
或碳纳米管材料
。4.
一种提高具有团聚体结构的碳材料在液相分散体系中的分散能力的方法，其特征在于，包括：将具有第一团聚体结构的第一碳材料与同质的磨体材料混合，使所述第一碳材料与所述磨体材料发生对冲，且使所述第一碳材料与所述磨体材料对冲时产生的最大剪切力大于所述团聚体结构中聚集体之间的结合力而小于聚集体中基元碳颗粒之间的结合力，所述第一碳材料的部分大孔被破坏，从而获得具有第二团聚体结构的第二碳材料，所述第二碳材料的团聚度
k
满足如下特征：
3≤k≤30
，
k
＝
[
吸油值
(mL/100g)/
介孔孔容
(cm3/g)]/100
，其中，所述吸油值是以邻苯二甲酸二丁酯作为指示剂，测定每百克碳材料完全润湿时吸附邻苯二甲酸二丁酯的体积，所述介孔孔容是采用氮气吸脱附测试方法，以氮气分子作为探针，采用
BJH
模型和凯尔文方程
rk
＝
‑
0.414/log(P/P0)
，计算单位质量碳材料中2‑
50nm
的介孔孔隙在吸附状态下饱和吸附的氮气体积作为材料的介孔孔容
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述磨体材料的堆积密度大于所述第一碳材料的堆积密度；优选的，所述磨体材料的堆积密度与所述第一碳材料的堆积密度的差值为
1.4
‑
3.4g/cm3；优选的，所述第一碳材料的堆积密度为
0.05
‑
0.2g/cm3；优选的，所述磨体材料的堆积密度为
1.5
‑
3.6g/cm3；
和
/
或，所述第一碳材料与所述磨体材料的质量比为
(80
‑
99)∶(1
‑
20)
；优选的，所述磨体材料的材质包括石墨
、
硬碳
、
碳纤维材料中的至少一者；优选的，所述磨体材料的
D50
粒度为
20
μ
m<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中爽，颜聿聪，袁国辉，李子坤，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：