CN117343096A - 一种离子化导电剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种离子化导电剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN117343096A
CN117343096A CN202311646652.8A CN202311646652A CN117343096A CN 117343096 A CN117343096 A CN 117343096A CN 202311646652 A CN202311646652 A CN 202311646652A CN 117343096 A CN117343096 A CN 117343096A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive agent
agent
triethoxysilyl
ammonium chloride
ionized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311646652.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117343096B (zh
Inventor
蒋宏雨
邵学祥
刘婵
侯敏
曹辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Rept Battero Energy Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Rept Battero Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Ruipu Energy Co Ltd, Rept Battero Energy Co Ltd filed Critical Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Priority to CN202311646652.8A priority Critical patent/CN117343096B/zh
Publication of CN117343096A publication Critical patent/CN117343096A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117343096B publication Critical patent/CN117343096B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/1876—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions involving the formation of Si-C linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/1892—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions not provided for in C07F7/1876 - C07F7/1888
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/22—Electronic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/22—Electronic properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种离子化导电剂及其制备方法和应用，属于二次电池技术领域。本发明离子化导电剂的制备方法通过将合成的3‑(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯反应，制得3‑(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球，后再与导电剂干粉混合制得离子化导电剂微球，经过改性后，导电剂在微球上有了更多的结合点，且以球为中心，在空间内均匀分布，有效提升了导电剂的分散性，不易团聚，并且可以增加导电剂表面的极性，增强与锂离子之间的相互作用，提高导电剂对锂离子的吸附能力，加快传输速率，改善导电性和动力学性能，提高二次电池的循环性能和倍率性能。

Description

一种离子化导电剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种离子化导电剂及其制备方法和应用。
背景技术
二次电池作为一种高效、环保、可靠的能量存储设备，已经广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。其中，二次电池的导电剂是其重要组成部分之一，它可以提高电极材料的导电性和电化学活性，从而提高二次电池的循环性能和容量。
石墨烯和碳纳米管（CNT）是两种重要的二次电池导电剂材料，它们具有比表面积高、电子传输快、化学稳定性高等优良特性。众所周知，CNT具有大的长径比，管径可以做到几十到几纳米不等，独特的结构特点在带来优异导电性的同时，也使得制浆分散难度加大，极易发生团聚，因此无法直接添加使用，需在使用前制成导电剂浆料，使得制造工艺变得繁琐，生产效率变低，最终做出的导电剂浆料也难达到预期效果，且存储期短；而石墨烯具有片径大层数多的特点，在浆料中极易发生堆积，因此也无法进行直接添加，石墨烯和碳纳米管的分散状况是影响导电剂性能的主要因素，会导致二次电池出现电阻大、容量衰减快、倍率性能差等问题。
专利CN104716322A公开了一种改性石墨烯的制备方法，通过对石墨烯进行氧化剂和季铵盐改性，来提升石墨烯的分散性。专利CN113562725A公开了一种高分散性碳纳米管的制备方法及制得的高分散性碳纳米管，通过将碳纳米管粉体与溶剂按一定质量比混合、辊磨、挤出成型处理，制备高分散性的碳纳米管。但是，目前改善石墨烯和碳纳米管分散性的方法存在能耗高、安全性低、改性效果不佳等问题。
因此，提供一种分散性好、能够有效提升二次电池性能的导电剂具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种离子化导电剂及其制备方法和应用。
本发明是通过下述技术方案进行实现的：
本发明提供一种离子化导电剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将3-氯丙基三乙氧基硅烷和十六烷基二甲基叔胺在有机溶剂中加热反应，制得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵；
（2）将步骤（1）所得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵和正硅酸乙酯在碱性条件下反应，得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球；
（3）将步骤（2）所得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球和导电剂在碱性条件下反应，即得所述离子化导电剂。
本发明通过将合成的3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯反应，制得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球，后再与导电剂干粉混合制得离子化导电剂微球，经过改性后，导电剂为微球结构，微球上有了更多的结合点，且以球为中心，在空间内均匀分布，有效提升了导电剂的分散性，不易团聚，得到的离子化导电剂粉料可直接用来添加，好分散无团聚，并且可以增加导电剂表面的极性，增强与锂离子之间的相互作用，提高导电剂对锂离子的吸附能力，加快传输速率，改善导电性和动力学性能，提高二次电池的循环和倍率性能。
本发明3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球是由3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯为载体缩聚形成，正硅酸乙酯水解形成羟基化的产物和相应的醇，3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯之间发生缩合反应，由于在碱性条件下水解速率大于缩聚速率且正硅酸乙酯水解较完全，因此可认为缩聚是在水解基本完全的条件下在多维方向上进行的，形成一种短链交联结构，这种结构的碰撞、缩聚、生长使短链间交联不断加强，最终形成球形颗粒。
微球具体的形成过程如下：首先反应物分子冲破溶剂层互相碰撞、水解生成微核，剩余的反应物就会扩散到微核表面沉积、生长，逐渐形成微球，而由于这种微核是不稳定的，他们之间还会发生相互的碰撞结合成更大的新核，反应物也会在这些新核表面沉积生长形成微球，最终形成的3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球是一个具有更稳定的多孔微球结构的聚合物。
优选地，所述步骤（1）的反应在惰性气氛中进行。
所述惰性气氛是指与反应物不发生反应的气氛，例如可以为氮气或稀有气体。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述3-氯丙基三乙氧基硅烷与十六烷基二甲基叔胺的摩尔比为（1-3）：1。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述加热反应的温度为80℃-140℃。
优选地，所述步骤（1）中，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（2）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯的摩尔比为1：（6-12）。
优选地，所述步骤（2）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯的摩尔比为1：（7-11）。此时，制得的3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球结构更加稳定，能进一步提升导电剂的性能。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（3）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球与导电剂的质量比为1：（2-8）。
优选地，所述步骤（3）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球与导电剂的质量比为1：（3-7）。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（3）中，所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
优选地，所述导电剂为碳纳米管或石墨烯与碳纳米管的混合物。
本发明中，当导电剂为石墨烯和碳纳米管的混合物时，碳纳米管和石墨烯的质量比优选为（7：3）-（9：1）。
作为本发明所述离子化导电剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（2）和步骤（3）中，所述碱性条件通过加入碱得到；优选地，所述碱性条件通过加入氨水溶液得到。
通过加入碱营造碱性环境使得步骤（2）和步骤（3）的反应顺利进行，较其余类型的无机碱如氢氧化钠、氢氧化钾等，氨水溶液更温和，更易控制反应进度。
优选地，所述步骤（2）和步骤（3）的反应体系中，氨水溶液的浓度为22wt%-28wt%。
优选地，所述步骤（2）和步骤（3）的反应在与水互溶的有机溶剂中反应。
本发明对步骤（2）和步骤（3）的反应溶剂不做具体限制，能够溶解反应物即可，例如可以为有机溶剂如无水乙醇。
本发明中，所述步骤（2）和步骤（3）在室温条件下进行即可。
本发明的另一目的在于提供一种离子化导电剂，由所述的离子化导电剂的制备方法制得。
本发明的又一目的在于提供一种导电剂浆料，包括所述的离子化导电剂、分散剂和溶剂；
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、羧甲基纤维素（CMC）、羧乙基纤维素、聚乙二醇（PEG）中的至少一种；
所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、水中的至少一种。
本发明的导电剂浆料应用于二次电池的正极材料中，可以增加导电剂对锂离子的吸附和扩散能力，从而提高二次电池的性能。
作为本发明所述导电剂浆料的优选实施方式，所述导电剂浆料中，所述离子化导电剂的质量百分比为5wt%-15wt%，所述分散剂的质量百分比为0.1wt%-1wt%。
本发明具有如下有益效果：本发明通过对合成的3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵进行微球改性，后再与导电剂干粉混合制得离子化导电剂微球，处理过后的离子化导电剂粉料具有更佳的分散性，好分散无团聚，可直接使用添加。本发明制得的离子化导电剂可使导电剂厂家无需使用砂磨机、均质机等大型工业设备对导电剂干粉进行分散处理，避免了繁琐工艺的使用，也减少了分散剂的用量，只需要用搅拌罐对其进行搅拌处理就可得到分散良好的导电剂浆料，同样也化简了锂电池制造厂的生产制浆工艺，就可得到导电性优良的产品，因此本发明导电剂减少了从导电剂浆料生产厂家到浆料使用厂家的设备使用量，化简了工艺，分散问题的解决使得导电剂的性能得到最大程度的发挥，且因为分散剂含量的大幅度降低，也使得活性物质的含量进一步增加，可有效增加电池容量。
附图说明
图1为实施例1中步骤（1）的反应过程示意图；
图2为实施例1中步骤（2）的反应过程示意图；
图3为实施例1中步骤（3）的反应过程示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种离子化导电剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）合成3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵
在250mL三颈烧瓶中加入0.08mol3-氯丙基三乙氧基硅烷和0.04mol十六烷基二甲基叔胺，并加入100mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，抽真空，充入氮气，随后在110℃油浴中搅拌反应30h，等到反应结束，利用旋转蒸发仪除去溶剂DMF以及未反应的原料，最终得到油状季铵盐粗产物。在粗产物加入一定量无水丙酮，加热溶解，放入4℃冰箱中，静置过夜，得到纯净的产物3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵；
步骤（1）的反应过程示意图如图1所示；
（2）合成3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球
称取0.80 mmol3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵以及7.20mmol的正硅酸乙酯（TEOS）并加入到50mL的无水乙醇中，室温搅拌30min，并依次加入3.00mL的二次去离子水以及0.8mL(WT=28％)的浓氨水，常温反应10h。反应完毕，利用离心机进行分离，并用无水乙醇溶液分散，反复三次，最后样品放入40℃真空干燥箱过夜，得3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球；步骤（2）的反应过程示意图如图2所示；
（3）合成离子化导电剂
称取0.4 g3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球以及1.6g的导电剂碳纳米管粉料一起加入到50mL的无水乙醇中，室温搅拌30min，并依次加入3mL的二次去离子水以及0.6mL(WT=28％)的浓氨水，常温反应10h。反应完毕，利用离心机进行分离，并用无水乙醇溶液分散，反复三次，最后样品放入40℃真空干燥箱中干燥过夜，即得所述离子化导电剂。步骤（3）的反应过程示意图如图3所示。
实施例2
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（3）中，将导电剂碳纳米管粉料替换为等量的碳纳米管和石墨烯复配粉料，其中碳纳米管和石墨烯的质量比为7：3；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例3
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（3）中，将导电剂碳纳米管粉料替换为等量的碳纳米管和石墨烯复配粉料，碳纳米管和石墨烯的质量比为9：1；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例4
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（1）中，3-氯丙基三乙氧基硅烷与十六烷基二甲基叔胺的量均为0.04mol，即二者的摩尔比为1：1，油浴温度为80℃；步骤（2）中，3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵的量为0.80mmol，正硅酸乙酯的量为5.60mmol，即二者的摩尔比为1：7；步骤（3）中，3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球的量为0.4 g，导电剂碳纳米管的量为1.6g，即二者的质量比为1：4；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例5
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（1）中，3-氯丙基三乙氧基硅烷的量为0.12mol，十六烷基二甲基叔胺的量为0.04mol，即二者的摩尔比为3：1，油浴温度为140℃；步骤（2）中，3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵的量为0.80 mmol，正硅酸乙酯的量为8.80mmol，即二者的摩尔比为1：11；步骤（3）中，3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球的量为0.4 g，导电剂碳纳米管的量为2.0g，即二者的质量比为1：5；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例6
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（3）中，3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球的量为0.4 g，导电剂碳纳米管的量为1.2g，即二者的质量比为1：3；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例7
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（3）中，3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球的量为0.4 g，导电剂碳纳米管的量为2.8g，即二者的质量比为1：7；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例8
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（3）中，将导电剂碳纳米管粉料替换为等量的石墨烯粉料；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例9
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（2）中，3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵的量为0.80 mmol，正硅酸乙酯的量为4.80mmol，即二者的摩尔比为1：6；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
实施例10
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（2）中，3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵的量为0.80 mmol，正硅酸乙酯的量为9.60mmol，即二者的摩尔比为1：12；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本实施例离子化导电剂。
对比例1
本对比例的导电剂为实施例1步骤（3）中的导电剂碳纳米管；即，本对比例未对导电剂进行处理。
对比例2
一种离子化导电剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）合成3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵；步骤（1）与实施例1相同；
（2）按照导电剂和3-（三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵质量比为2：5将导电剂干粉添加到十六烷基二甲基氯化铵溶液中，超声后，抽滤，真空60℃烘干，得到本对比例离子化导电剂。
即，本对比例与实施例1相比，步骤（1）之后直接进行步骤（3），即未制备微球结构的3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵。
对比例3
本实施例离子化导电剂的制备方法与实施例1的主要区别在于，步骤（2）中，采用等摩尔的正硅酸丙酯替换正硅酸乙酯；其余制备方法参数均与实施例1相同，制得本对比例离子化导电剂。
对比例4
本对比例的导电剂为实施例8步骤（3）中的导电剂石墨烯；即，本对比例未对导电剂石墨烯进行处理。
导电剂浆料的具体制备步骤如下：
将实施例及对比例得到的导电剂与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）按质量比10.8:0.2:89的比例混合，并在超声波水浴中处理3h，水浴后的浆料样品再经过搅拌机进行搅拌，搅拌速度200rpm，时间3h，最终得到稳定分散的导电剂浆料；将制得的导电剂浆料应用于二次电池的正极材料中，并将其与负极材料以及电解液组装成电池。
电池的具体制备步骤如下：
正极浆料由上述实施例和对比例制得的导电剂浆料与PVDF（聚偏氟乙烯）、PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、SP（炭黑）和活性材料LiFePO4（磷酸铁锂）按质量比0.5:1.7:0.1:1.0:96.7在10L搅拌罐中搅拌制得，后经涂布、辊压制得正极极片；负极制浆是以CMC（羧甲基纤维素钠）、SBR（丁苯橡胶）为粘结剂、SP（炭黑）为导电剂、人造石墨为负极主材，在60L搅拌罐中混合搅拌完成，后经涂布、辊压制得负极极片，再采用锂电专用隔膜，电解液LiPF6（六氟磷酸锂）和铝塑膜经切片叠片，热压注液等一系列工艺最终组装成软包电池。
性能测试：
对软包电池的DCR和循环性能进行测试对比，同时对正极浆料分散性和各组正极极片的膜片电阻也进行了测试对比，具体测试步骤如下：
（1）多重光散射
由Turbisoft软件定义的稳定性动力学指数（Turbiscan stability index）比较各体系的相对稳定性，性能测试结果见表1。
表1实施例及对比例得到的导电剂浆料稳定性测试结果
（2）循环性能测试：
a）25℃下，静置30min；
b）1C放电至2.5V，静置30min；
c）1C充电至3.65V，3.65V恒压至0.05C，静置30min；
d）1C放 电至2.5V，静置30min；
e）循环步骤c~d 500圈，计算电池循环至500圈的容量保持率。
（3）膜片电阻测试：
将辊压后的极片裁成2cm×10cm的长条状，一组裁三片；
放在极片电阻仪下进行测试，一片测十个点；
将每组样品所测数据加和取平均；
（4）DCR测试：
a) 25℃下，进行5次容量标定，在1C下进行充放，用标定后的容量在1C下再进行3次充放；
b)0.33C充电至3.65V，3.65V恒压至0.05C，静置60min；
c)0.33C放电至90min，在2C下放电10s，求得电阻值即DCR。
性能测试结果见表2。
表2实施例及对比例得到的电池的性能测试结果
从表1中数据可以看出，实施例1-10所制备的导电剂浆料均具有较低的TSI值（TSI值越低，代表浆料分散程度越好，稳定性越高），证明本发明提供的离子化导电剂制备方法所制备的导电剂浆料分散性能大大提升。
从表2中数据可以看出，实施例1-10均具有较高容量保持率、较低的膜片电阻和较低的DCR值，两组数据均可证明本发明提供的离子化导电剂的制备方法制备得到的微球状的离子化导电剂在制浆时更容易分散，可最大程度发挥导电剂本身特性，从而使得电池的导电性能更佳。
具体地，制备电池时添加的炭黑为纳米颗粒，碳纳米管为管状结构，石墨烯为片状结构，因此，炭黑、碳纳米管和石墨烯可以在正极中形成点-线-面的导电剂网络结构，从而提升电池的导电性能。若导电剂为纯碳纳米管，在分散性能良好的情况下，膜片电阻和DCR值可以做到较低水平，但对长循环容量稳定性有一定的影响，因为石墨烯主要用作超长程导电，且不易与主材脱落，对长循环有利，故实施例1以及实施例4-7的容量保持率较实施例2和3会稍低一点，但膜片电阻和DCR值依然较低。若导电剂为纯石墨烯，虽然石墨烯可以提高长循环容量保持率，但由于石墨烯片径较大（5-30um），基本由5-8层叠加而成，故当导电剂的质量相同时，石墨烯跟主材的接触点相比炭黑和碳纳米管大大降低，故实施例8与实施例1-7相比导电性较差，但是，通过对比例4与实施例8的对比可以看出，经本发明微球处理后，同样能提升石墨烯的分散性，进而提升电池的导电性。
对比例1与实施例1相比，使用未处理的碳纳米管为导电剂且未经过一系列复杂分散工艺的情况下，不能将缠绕在一起的碳纳米管解开，分散情况较差，因此容量保持率低、膜片电阻和DCR值高，即导电性能差；对比例2与实施例1相比，未合成导电剂微球，虽一定程度上也能起到分散的作用，但在分散剂添加量偏少的情况下，很难达到均匀分散，因此导电性能也相应降低；对比例3与实施例1相比，采用正硅酸丙酯来替代正硅酸乙酯后，导电性能也相应降低，证明正硅酸乙酯对于合成3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球发挥着重要作用；对比例4与实施例8相比，使用未处理的石墨烯为导电剂且未经过一系列复杂分散工艺的情况下，分散情况较差，容量保持率低、膜片电阻和DCR值高，即导电性能差。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种离子化导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将3-氯丙基三乙氧基硅烷和十六烷基二甲基叔胺在有机溶剂中加热反应，制得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵；
（2）将步骤（1）所得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵和正硅酸乙酯在碱性条件下反应，得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球；
（3）将步骤（2）所得3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球和导电剂在碱性条件下反应，即得所述离子化导电剂。
2.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述3-氯丙基三乙氧基硅烷与十六烷基二甲基叔胺的摩尔比为（1-3）：1。
3.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述加热反应的温度为80℃-140℃。
4.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵与正硅酸乙酯的摩尔比为1：（6-12）。
5.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述3-(三乙氧基硅烷基)丙基十六烷基二甲基氯化铵微球与导电剂的质量比为1：（2-8）。
6.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的离子化导电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中，所述碱性条件通过加入碱得到。
8.一种离子化导电剂，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的离子化导电剂的制备方法制得。
9.一种导电剂浆料，其特征在于，包括权利要求8所述的离子化导电剂、分散剂和溶剂；
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、聚乙二醇中的至少一种；
所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、水中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的导电剂浆料，其特征在于，所述导电剂浆料中，所述离子化导电剂的质量百分比为5wt%-15wt%，所述分散剂的质量百分比为0.1wt%-1wt%。
CN202311646652.8A 2023-12-04 2023-12-04 一种离子化导电剂及其制备方法和应用 Active CN117343096B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311646652.8A CN117343096B (zh) 2023-12-04 2023-12-04 一种离子化导电剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311646652.8A CN117343096B (zh) 2023-12-04 2023-12-04 一种离子化导电剂及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117343096A true CN117343096A (zh) 2024-01-05
CN117343096B CN117343096B (zh) 2024-04-02

Family

ID=89357881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311646652.8A Active CN117343096B (zh) 2023-12-04 2023-12-04 一种离子化导电剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117343096B (zh)

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1994876A (zh) * 2006-12-22 2007-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种纳米二氧化硅颗粒包覆碳纳米管复合粉体的制备方法
CN104716322A (zh) * 2015-03-17 2015-06-17 济宁利特纳米技术有限责任公司 改性石墨烯的制备方法以及在锂电正极材料中的应用
CN105152161A (zh) * 2015-06-30 2015-12-16 华南理工大学 杂原子掺杂表面带孔中空球石墨烯材料及其制法与应用
US20150380728A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite, electrochemical active material composite using the composite, electrode including the composite or electrochemical active material composite, lithium battery including the electrode , field emissiondevice including the composite, biosensor including the composite , semiconductor device including the composite , and thermoelectric device including the composite
CN105406070A (zh) * 2015-12-18 2016-03-16 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极浆料制备方法
CN106229473A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 成都新柯力化工科技有限公司 一种锂电池用石墨烯复合微球导电粉及制备方法
CN107207876A (zh) * 2014-11-26 2017-09-26 电化株式会社 二氧化硅覆盖碳黑及使用其的电极用组合物、二次电池用电极以及二次电池
CN108023070A (zh) * 2017-11-22 2018-05-11 西交利物浦大学 一种基于自组装的石墨烯-硅复合电极材料及其制备方法
CN110112408A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 新奥石墨烯技术有限公司 一种石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池
CN112349448A (zh) * 2020-11-02 2021-02-09 山东华冠智能卡有限公司 石墨烯导电浆料及制备方法和rfid电子标签
CN112542579A (zh) * 2020-12-24 2021-03-23 太原理工大学 一种导电Janus膜、制备方法及其在制备锂硫电池正极中的应用
KR20210078635A (ko) * 2019-12-18 2021-06-29 우석대학교 산학협력단 그래핀-탄소나노튜브-실리콘 함유 복합소재 이차전지 음극재 및 그 제조방법
CN115109307A (zh) * 2022-07-18 2022-09-27 北京探二三科技有限公司 一种有机锌抗菌粉及其制备方法和应用
CN115349186A (zh) * 2020-10-23 2022-11-15 科乐思儿有限公司 包含石墨烯-硅复合材料的负极活性物质、其制造方法及包含其的锂二次电池
US20220376260A1 (en) * 2019-04-26 2022-11-24 Dow Global Technologies Llc Polyvinyl pyrollidone as a dispersant for lithium ion battery cathode production
WO2023137819A1 (zh) * 2022-01-24 2023-07-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种油溶性导电添加剂及其制备方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1994876A (zh) * 2006-12-22 2007-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种纳米二氧化硅颗粒包覆碳纳米管复合粉体的制备方法
US20150380728A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite, electrochemical active material composite using the composite, electrode including the composite or electrochemical active material composite, lithium battery including the electrode , field emissiondevice including the composite, biosensor including the composite , semiconductor device including the composite , and thermoelectric device including the composite
CN107207876A (zh) * 2014-11-26 2017-09-26 电化株式会社 二氧化硅覆盖碳黑及使用其的电极用组合物、二次电池用电极以及二次电池
CN104716322A (zh) * 2015-03-17 2015-06-17 济宁利特纳米技术有限责任公司 改性石墨烯的制备方法以及在锂电正极材料中的应用
CN105152161A (zh) * 2015-06-30 2015-12-16 华南理工大学 杂原子掺杂表面带孔中空球石墨烯材料及其制法与应用
CN105406070A (zh) * 2015-12-18 2016-03-16 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极浆料制备方法
CN106229473A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 成都新柯力化工科技有限公司 一种锂电池用石墨烯复合微球导电粉及制备方法
CN108023070A (zh) * 2017-11-22 2018-05-11 西交利物浦大学 一种基于自组装的石墨烯-硅复合电极材料及其制备方法
CN110112408A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 新奥石墨烯技术有限公司 一种石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池
US20220376260A1 (en) * 2019-04-26 2022-11-24 Dow Global Technologies Llc Polyvinyl pyrollidone as a dispersant for lithium ion battery cathode production
KR20210078635A (ko) * 2019-12-18 2021-06-29 우석대학교 산학협력단 그래핀-탄소나노튜브-실리콘 함유 복합소재 이차전지 음극재 및 그 제조방법
CN115349186A (zh) * 2020-10-23 2022-11-15 科乐思儿有限公司 包含石墨烯-硅复合材料的负极活性物质、其制造方法及包含其的锂二次电池
CN112349448A (zh) * 2020-11-02 2021-02-09 山东华冠智能卡有限公司 石墨烯导电浆料及制备方法和rfid电子标签
CN112542579A (zh) * 2020-12-24 2021-03-23 太原理工大学 一种导电Janus膜、制备方法及其在制备锂硫电池正极中的应用
WO2023137819A1 (zh) * 2022-01-24 2023-07-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种油溶性导电添加剂及其制备方法
CN115109307A (zh) * 2022-07-18 2022-09-27 北京探二三科技有限公司 一种有机锌抗菌粉及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闻雷等: "炭材料在锂离子电池中的应用及前景", 《科学通报》, vol. 58, no. 31, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 3157 - 3171 *
马文石等: "亲油性长链烷基硅烷功能化石墨烯的制备与表征", 《功能材料》, vol. 43, no. 20, 31 December 2012 (2012-12-31), pages 2807 - 2811 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117343096B (zh) 2024-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5778774B2 (ja) リン酸鉄リチウム複合材料、その製造方法及び応用
CN112993256B (zh) 一种共价有机框架材料在锂金属负极保护中的应用
CN111188126B (zh) 一种柔性磷化铁/碳纳米纤维膜及其制备方法和应用
CN111244422A (zh) 一种水系锌离子电池用有机离子掺杂钒氧化物正极材料及其制备方法与应用
CN108598414B (zh) 无定形氧化锌/碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法
CN111362254A (zh) 一种氮掺杂碳纳米管负载磷掺杂四氧化三钴复合材料的制备方法及应用
CN107093711B (zh) 单分散的SiOx-C复合微球的宏量制备方法
CN112582612B (zh) 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法
CN110350168B (zh) 一种原位制备多孔硅碳复合材料的方法
CN106848282B (zh) 一种非水电解质二次电池用负极材料及其制备方法和应用
CN114141998B (zh) 一种自组装的硅碳复合材料的制备方法
CN111204744A (zh) 一种锂电子电池电极用石墨烯纳米材料复合物及其制备方法
CN117343096B (zh) 一种离子化导电剂及其制备方法和应用
CN112864368A (zh) 一种复合包覆改性磷酸锰铁锂正极材料的制备方法
Wu et al. Preparation of high tap density LiFePO4/C through carbothermal reduction process using beta-cyclodextrin as carbon Source
CN113121823A (zh) 一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法
CN116332244A (zh) 一种镍铁锰系钠离子电池正极材料及其制备方法
CN115498191A (zh) 一种正极材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池
CN110380020A (zh) 碳包覆的磷酸铁锂复合材料、其制备方法及应用
Zhang et al. Synergistic growth of Li 3 V 2 (PO 4) 3@ MWCNTs@ C nanocomposites as high-rate cathodes for Li-ion batteries
CN110690423A (zh) 一种杂原子掺杂碳材料及其制备方法和应用
CN115117468B (zh) 一种提升水系锌电Birnessite型δ-MnO2正极性能的电解液及其制备方法
CN111697234B (zh) 一种锂离子电池用水系交联型粘结剂及其制备方法和应用
CN114388789B (zh) 一种软硬复合碳及其制备方法、应用
CN114583137B (zh) 一种在碳表面进行硫掺杂磷修饰的方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant