CN105023767B

CN105023767B - 一种电极材料的制备方法

Info

Publication number: CN105023767B
Application number: CN201510286082.5A
Authority: CN
Inventors: 王丹; 荣常如; 安宇鹏; 陈书礼; 韩金磊; 张克金; 魏传盟
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN105023767A

Abstract

本发明涉及一种电极材料的制备方法，包括一维碳材料与膨胀石墨制成电极材料第一组分，与作为第二组分的活性材料通过液相、固相以及液固结合的方法制得电极材料。碳纳米材料可以有效分散，改善离子和电子的扩散传输，提高电池的性能。本发明的材料来源广泛，制备工艺简单。

Description

一种电极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，属于电池的材料技术领域。

背景技术

动力电池、电机和电控是新能源车的三个核心部分，其中，又以动力电池对新能源车发展制约因素最大。为了改善目前所用的动力电池能量密度较低，重量体积大，使用寿命短，成本高，工作温度范围窄，充电时间长等问题，需要从材料，尤其是电极材料入手进行动力电池的研究开发。申请公布号CN 103855375 A的中国专利公开了包括至少一种纤维活性电极材料，该活性材料的纤维被布置形成无纺布或毡样自我支撑结构电化学电池的电极。申请公布号CN 103828100 A的中国专利公开了二次电池用电极材料、二次电池用电极材料的制造方法及二次电池，该二次电池用电极材料随着电化学氧化或还原而嵌入/脱出阳离子，电极活性物质是结晶一次颗粒，表面有导电性碳，可以改善源自电极活性物质的一维离子扩散性的晶体结构的低导电性和锂离子的低扩散性的问题。申请公布号CN 103723715 A的中国专利公开了孔隙可调的超级电容器用石墨烯的制备方法。申请公布号CN 103855412A的中国专利公开了一种分级孔结构多孔碳材料在锂-空气电池中的应用，碳材料具有相互贯通的分级孔结构分布，适于放电产物沉积的中孔及适合氧、电解液传输的大孔结构。碳材料的发展，尤其是低维纳米碳材料，例如，富勒烯、碳纳米管和石墨烯等，促进了电池技术的不断进步。如何把碳纳米材料均匀分散，充分发挥其独特优势是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电极材料的制备方法，改善碳纳米材料分散性，其中碳纳米材料可以有效分散，改善离子和电子的扩散传输，提高电池的性能，该材料来源广泛，制备工艺简单。

本发明的技术方案是这样实现的：一种电极材料的制备方法，其特征在于具体的制备按如下步骤完成：（1）将一维碳材料在溶剂里分散成悬浮液；（2）将膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌分散的同时超声1 h～5 h剥离膨胀石墨；（3）除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分；（4）将得到的第一组分与作为第二组分的活性材料通过液相、固相以及液固结合的方法制得电极材料；或者：（1）将一维碳材料在溶剂里分散成悬浮液；（2）将膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌超声1 h～5 h剥离膨胀石墨；（3）将作为第二组分的活性材料加入到步骤（2）中，继续搅拌分散0.5 h～2 h；除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分，其中活性材料质量含量为50%～90%。（4）将得到的第一组分与作为第二组分的活性材料通过液相、固相以及液固结合的方法制得电极材料。

所述的一维碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维；所述的一维碳材料与溶剂的质量体积比为1 g：200 ml～800 ml。

所述的膨胀石墨的加入质量为一维碳材料的10%～50%。

所述的溶剂包括去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、乙醇、丙酮、三氯甲烷。

所述的电极材料可用于超级电容器、锂离子电池、燃料电池、金属空气电池。

本发明的积极效果是可最大限度地提高碳纳米材料的分散，易于实现碳纳米材料的多维组合，提高离子和电子的扩散传输，有效提高电池的性能。本发明的制备工艺简单，材料来源广泛。采用该方法制成的活性炭材料比电容达到99.5 F/g，且在大电流时压降很小，反映出材料具有很好的功率特性；而采用该方法制成的钛酸锂材料的比容量为160mAh/g，尤其是在10C的高倍率充放电时，比容量仍能达到140 mAh/g，反映出这种方法制备的钛酸锂材料具有很好的倍率性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的电极材料极片的SEM照片。

图2是本发明实施例1中的电极材料充放电曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做一步的描述，以下的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，但不限于所述的实施例内容。

实施例1

如图1-2所示，按照碳纳米管与N,N二甲基甲酰胺的质量体积比为1 g：200 ml，称取2 g碳纳米管（CNTs），放入到400 ml的N,N二甲基甲酰胺搅拌分散0.5 h，制成悬浮液；将0.6 g的膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌分散的同时超声剥离3 h至液面漂浮的膨胀石墨全部解离。除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分（CNTs/G）。

将得到的第一组分CNTs/G与活性炭（YP50F）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）按照质量比为5:90:2:3液相混合制成浆料，涂布在铝箔上，干燥，裁切，制成超级电容器极片；取2片相同的极片分别作为正负极，中间以隔膜分开，放入扣式壳体中，注入电解液，静置老化，得到超级电容器。从图1中可以看到，碳纳米管与石墨烯片层分散良好，在活性炭颗粒之间形成了均匀连续的导电网络。从图2中可以看到，以此电极组装的对称型双电层电容器的电压随时间线性变化，且在电流改变瞬间，电压降很小，并经计算得到材料比电容为99.5 F/g，因此反映了采用该电极的电容器具有很好的功率特性以及很高的储能特征

实施例2

按照碳纳米纤维与N,N二甲基甲酰胺的质量体积比为1 g：200 ml，称取2 g碳纳米纤维，放入到400 ml的N,N二甲基甲酰胺搅拌分散0.5 h，制成悬浮液；按照膨胀石墨的加入质量为碳纳米纤维的10%，将0.2 g的膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌分散的同时超声剥离1h至液面漂浮的膨胀石墨全部解离。加入2.2 g钛酸锂，继续搅拌超声1 h；除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分，其中活性材料钛酸锂的质量含量为50%。

将得到的第一组分与钛酸锂、聚偏氟乙烯按照质量比为7:88:2:3液相混合制成浆料，涂布在铝箔上，干燥，裁切，制成锂离子电池负极片；取锰酸锂正极片，中间以隔膜分开，放入扣式壳体中，注入电解液，静置化成，得到锂离子电池。

实施例3

按照碳纤维短切丝与N,N二甲基甲酰胺的质量体积比为1 g：200 ml，称取2 g碳纤维短切丝，放入到400 ml的N,N二甲基甲酰胺搅拌分散0.5 h，制成悬浮液；按照膨胀石墨的加入质量为碳纤维短切丝的50%，将1 g的膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌分散的同时超声剥离5 h至液面漂浮的膨胀石墨全部解离。除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分。

将第一组分、与活性炭及MnO₂经球磨固相混合，再与PTFE粘结剂液相混合制成的催化层，将乙炔黑、石墨、活性炭与PTFE粘结剂液相混合制成的气体扩散层；将催化层和气体扩散层分别压在泡沫镍的两侧，干燥，在气体扩散层侧压覆PTFE膜，辊压成型，裁切，制成的空气电极与金属锌电极、隔膜及KOH电解液组成锌空气电池。

Claims

1.一种电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将一维碳材料在溶剂里分散成悬浮液；（2）将膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌分散的同时超声 1 h ～ 5 h 剥离膨胀石墨；（3）除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分；（4）将得到的第一组分与作为第二组分的活性材料通过液相或固相或液固结合的方法制得电极材料。

2.一种电极材料的制备方法，其特征在于，电极材料制备包括如下步骤：（1）将一维碳材料在溶剂里分散成悬浮液；（2）将膨胀石墨加入上述悬浮液，搅拌超声 1 h ～ 5 h 剥离膨胀石墨；（3）将作为第二组分的活性材料加入到步骤（2）中，继续搅拌分散 0.5 h ～2 h ；除去溶剂，干燥，得到电极材料第一组分，其中活性材料质量含量为 50% ～ 90% ；（4）将得到的第一组分与作为第二组分的活性材料通过液相或固相或液固结合的方法制得电极材料。

3.根据权利要求 1或2 所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于所述的一维碳材料包括碳纳米管或碳纤维。

4.根据权利要求 1或2 所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于所述的一维碳材料与溶剂的质量体积比为 1 g ：200 ml ～ 800 ml。

5.根据权利要求 1或2 所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于所述的膨胀石墨的加入质量为一维碳材料的 10% ～ 50%。

6.根据权利要求 1或2 所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于所述的溶剂包括去离子水和N,N- 二甲基甲酰胺和N- 甲基吡咯烷酮和N,N- 二甲基乙酰胺四氢呋喃和乙醇和丙酮和三氯甲烷。

7.根据权利要求 1或2 所述的一种电极材料的制备方法，其特征在于所述的电极材料可用于超级电容器或锂离子电池或燃料电池或金属空气电池。