CN109037651B - 一种改性碳纳米管负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性碳纳米管负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚乙二醇与碳纳米管材料混合在水中得混合物A；（2）混合物A搅拌过滤，得混合物B；（3）混合物B离心分离得改性碳纳米管材料；（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按比例配成25%的乙醇混合溶液；（5）混合溶液离心分离，取固体烘干作为电池负极材料使用。本发明的优点在于：本发明将碳纳米管材料经过处理后，改变了碳纳米管材料的比表面积和表面能，从而更有利于碳纳米管的分散，且不易发生团聚；此外，在石墨进行混合固化后，聚乙二醇能够使碳纳米管材料和石墨材料发生交联，形成碳‑碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。

Description

一种改性碳纳米管负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于新能源电池材料领域，特别涉及一种锂离子电池的改性碳纳米管负极材料的制备方法。
背景技术
规模化储能、电动工具、电动汽车、便携式电子设备等对锂离子电池的比能量、比功率、安全性和循环寿命等提出了越来越高的要求。虽然锂离子电池的性能受正负极材料、电解质、粘结剂和集流体、隔膜等众多因素的影响，但影响其电化学性能的关键在于组成电池的电解质和正负极材料的性能，负极材料是影响锂离子电池电化学性能的关键之一。
碳纳米管具有极高的力学、电学、光学和热学等一系列优异的性能。碳纳米管在制造、微电子器件、电极材料、储氢及催化剂载体等方面的应用前景十分广泛，应用领域包括电力、汽车、能源、化工、环境、生物、机械、原子能等各行各业。
由于碳纳米管的直径一般在几个到几十个纳米之间，管壁的厚度仅为几个纳米，具有极大的比表面积和表面能，因此，碳纳米管很容易发生团聚，影响了它的均匀分散性和稳定性，致使与所改性的复合材料之间的相容性较差，使碳纳米管均匀分散在复合材料中，对其表面改性十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改性碳纳米管负极材料的制备方法，在碳纳米管上进行表面修饰，改变表面能和表面张力，从而减少团聚达到更好的分散效果，和石墨按一定比例混合后作为电池负极材料使用，具有更好的导电效果和机械强度。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种改性碳纳米管负极材料的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：
（1）将聚乙二醇与碳纳米管材料按比例0.01～0.2:1混合在水中得到混合物A ；
（2）将混合物A在20～90℃的温度下搅拌1～2h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B 离心分离得到改性碳纳米管材料；
（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按照1：4～30的比例混合于乙醇中,配成固含25%的乙醇溶液；
（5）将混合溶液离心分离后，取固体烘干，烘干温度为50～300℃，烘干时间为1～5h，烘干后的固体作为电池负极材料使用。
进一步地，所述（1）中碳纳米管材料选用粒径在1nm-600nm的碳纳米管材料。
进一步地，所述（1）（4）中的混合为机械搅拌、超声分散或球磨分散的一种或几种。
进一步地，所述（5）中烘干在氮气氛围中进行。
本发明的优点在于：本发明改性碳纳米管负极材料的制备方法，将碳纳米管材料经过处理后，改变了碳纳米管材料的比表面积和表面能，从而更有利于碳纳米管的分散，且不易发生团聚；此外，在石墨进行混合固化后，聚乙二醇能够使碳纳米管材料和石墨材料发生交联，形成碳-碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
对比实施例
（1）将石墨负极材料按照1：4的比例配成固含25%的乙醇混合溶液。
（2）将混合溶液离心分离后，取固体200℃烘干2h作为电池负极材料使用。
实施例1
本实施例改性碳纳米管负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）将2g聚乙二醇与10g碳纳米管材料混合在20g水中得到混合物A ；
（2）将混合物A在20℃搅拌2h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B离心分离得到改性碳纳米管材料；
（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按照1：30的比例配成固含25%的乙醇混合溶液；
（5）将混合溶液离心分离后，取固体50℃烘干5h作为电池负极材料使用。
实施例2
本实施例改性碳纳米管负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）将0.2g聚乙二醇与20g碳纳米管材料混合在50g水中得到混合物A ；
（2）将混合物A在90℃搅拌1h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B离心分离得到改性碳纳米管材料；
（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按照1：4的比例配成固含25%的乙醇混合溶液；
（5）将混合溶液离心分离后，取固体300℃烘干1h作为电池负极材料使用。
实施例3
本实施例改性碳纳米管负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）将1g聚乙二醇与10g碳纳米管材料混合在30g水中得到混合物A ；
（2）将混合物A在50℃搅拌1.5h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B离心分离得到改性碳纳米管材料；
（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按照1：10的比例配成固含25%的乙醇混合溶液；
（5）将混合溶液离心分离后，取固体200℃烘干2h作为电池负极材料使用。
性能测试
将负极材料和导电碳黑在研钵中研磨使其混合均匀，加入到PVDF的N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中，搅拌均匀，制得浆料，其中，负极材料：导电碳黑：PVDF 的质量比为90:5:5，将其涂覆在铜箔上，经烘干、滚压制成极片。用金属锂片作对电极，Celgard2400为隔膜，1mol/LLiPF6/EC（碳酸乙烯酯）+DMC（碳酸二甲脂）+EMC（碳酸甲乙脂）（体积比1∶1∶1）为电解液，在通氩气的手套箱中组装成模拟电池，静置12h后进行电化学性能测试。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由上表可以看出，将碳纳米管材料经过处理后，改变了碳纳米管材料的比表面积和表面能，从而更有利于碳纳米管的分散，且不易发生团聚；此外，在石墨进行混合固化后，聚乙二醇能够使碳纳米管材料和石墨材料发生交联，形成碳-碳网络结构，使负极材料具有更好的导电性和机械强度，延长了电池的使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种改性碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
（1）将聚乙二醇与碳纳米管材料按重量比例0.01～0.2:1混合在水中得到混合物A ；
（2）将混合物A在20～90℃的温度下搅拌1～2h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B 离心分离得到改性碳纳米管材料；
（4）将改性碳纳米管材料和石墨负极材料按照1：4～30的比例混合于乙醇中,配成固含量25%的乙醇溶液；
（5）将混合溶液离心分离后，在氮气氛围中，300℃反应1～5h，得到改性碳纳米管负极材料；
聚乙二醇能够使碳纳米管材料和石墨材料发生交联，形成网络结构。
2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于：所述（1）中碳纳米管材料选用粒径在1nm-600nm的碳纳米管材料。
3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于：所述（1）（4）中的混合为机械搅拌、超声分散或球磨分散的一种或几种。
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