WO2023225921A1 - 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 - Google Patents
导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023225921A1 WO2023225921A1 PCT/CN2022/095066 CN2022095066W WO2023225921A1 WO 2023225921 A1 WO2023225921 A1 WO 2023225921A1 CN 2022095066 W CN2022095066 W CN 2022095066W WO 2023225921 A1 WO2023225921 A1 WO 2023225921A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- equal
- carbon nanotubes
- intermediate material
- less
- conductive agent
- Prior art date
Links
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 108
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 108
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 55
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 64
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 11
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 10
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 10
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 7
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DLGYNVMUCSTYDQ-UHFFFAOYSA-N azane;pyridine Chemical compound N.C1=CC=NC=C1 DLGYNVMUCSTYDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O Chemical compound [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C01B32/16—Preparation
-
- 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
Abstract
本公开提供一种导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池。碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且使其易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力，同时有助于提升电池的能量密度和充电效率。
Description
本公开涉及电池技术领域，具体而言，涉及导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池。
在相关技术中，电子产品所使用的电池的安全性、质量稳定性及容量大小等直接影响用户使用体验，而由于大容量和高质量要求，快充实现方案也对电池的电极材料要求较高。如何提升电池的快充效率以及电池能量密度成为当前领域研究的热点问题。
发明内容
有鉴于此，本公开的实施例提出了导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池，以解决相关技术中的技术问题。
根据本公开实施例的第一方面，提出一种导电剂的加工方法，包括：
对碳纳米管进行预氧化以获得第一中间材料；
对所述第一中间材料进行激光辐照以获得第二中间材料；其中，所述第二中间材料的碳纳米管包括若干缺陷部，以增加所述碳纳米管的比表面积；
针对所述第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料。
可选的，所述对碳纳米管进行预氧化，包括：
将预设质量的碳纳米管加入到浓硫酸中搅拌第一预设时长以均匀混合；
加入NaNO3和KMnO4，反应至碳纳米管充分氧化；
加入去离子水和H2O2终止氧化过程后，离心清洗并冻干收集以获得第一中间材料。
可选的，所述碳纳米管与所述浓硫酸的质量比大于或等于0.02且小于或等于 0.05。
可选的，NaNO3与碳纳米管的质量比大于或等于10：1，且小于或等于2：1；和/或，KMnO4与碳纳米管的质量比大于或等于1：2，且小于或等于3：1。
可选的，所述浓硫酸的浓度大于或等于95wt％且小于或等于98wt％；
和/或，所述第一预设时长大于或等于16h且小于或等于20h；
和/或，加入NaNO3和KMnO4后的反应温度大于或等于35℃且小于或等于45℃。
可选的，所述对所述第一中间材料进行激光辐照，包括：
配置第一预设浓度的第一中间材料溶液，并均匀混合；
使用激光辐照所述第一中间材料溶液第二预设时长，并在辐照过程中保持搅拌；
离心冻干收集以获得第二中间材料。
可选的，辐照所述第一中间材料溶液的激光能量大于或等于100mJ且小于或等于550mJ。
可选的，辐照所述第一中间材料溶液的激光能量在至少两个时段不同。
可选的，所述第二预设时长大于或等于10min且小于或等于30min；
和/或，所述第一预设浓度大于或等于0.2mg/mL且小于或等于1mg/mL。
可选的，所述针对所述第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料，包括：
配制第二预设浓度的第二中间材料溶液；
加入等比质量的尿素和氨水，并均匀混合；
置于高温烘箱反应第三预设时长，取出后离心洗涤冻干以获得含氮碳纳米管。
可选的，所述第二预设浓度大于或等于0.5mg/mL且小于或等于1.5mg/mL；
和/或，高温烘箱的温度大于或等于150℃且小于或等于200℃；
和/或，所述第三预设时长大于或等于6h且小于或等于12h；
和/或，所述尿素的浓度大于99.0wt％，氨水为优级纯；
和/或，离心洗涤至第二中间材料溶液的pH值大于或等于6且小于或等于7。
可选的，所述缺陷部包括所述激光辐照在所述碳纳米管的侧面形成的介孔；和/或，所述缺陷部包括所述激光切割所述碳纳米管形成的端面。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种导电剂，所述导电剂通过第一方面所述的任一导电剂的加工方法获得。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种电极，所述电极包括集流体和形成于所述集流体的涂层，所述涂层包括活性材料、粘结剂和第二方面所述的任一导电剂。
可选的，所述电极为正极极片。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种电池，所述电池包括第三方面所述的任一电极。
根据本公开的实施例，碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且使其易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力，同时有助于提升电池的能量密度和充电效率。
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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。
图1是本公开一示例性实施例中一种导电剂的加工方法流程图。
图2是本公开一示例性实施例中一种碳纳米管的预氧化工艺流程图。
图3是碳纳米管预氧化之后在显微镜下的结构图。
图4是本公开一示例性实施例中一种对第一中间材料进行激光辐照的流程图。
图5是本公开一示例性实施例中碳纳米管激光辐照后在显微镜下的结构图。
图6是本公开一示例性实施例中一种对第二中间材料进行掺氮工艺的流程图。
图7是本公开一示例性实施例中碳纳米管掺氮工艺后在显微镜下的结构图。
图8是本公开一示例性实施例中多种碳纳米管结构的红外光谱图。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开实施例。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
出于简洁和便于理解的目的，本文在表征大小关系时，所使用的术语为“大于”或“小于”、“高于”或“低于”。但对于本领域技术人员来说，可以理解：术语“大于”也涵盖了“大于等于”的含义，“小于”也涵盖了“小于等于”的含义；术语“高于”涵盖了“高于等于”的含义，“低于”也涵盖了“低于等于”的含义。
在相关技术中，电子产品所使用的电池的安全性、质量稳定性及容量大小等直接影响用户使用体验，而由于大容量和高质量要求，快充实现方案也对电池的电极材料要求较高。
本公开提供一种导电剂的加工方法，图1是本公开一示例性实施例中一种导电剂的加工方法流程图，如图1所示，导电剂的加工方法可以通过以下步骤实现：
在步骤S101中，对碳纳米管进行预氧化以获得第一中间材料。
在步骤S102中，对第一中间材料进行激光辐照以获得第二中间材料。其中，第二中间材料的碳纳米管包括若干缺陷部，以增加碳纳米管的比表面积。
在步骤S103中，针对第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料。
上述碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且其作为导电剂用于电极材料时，易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力。要达到相同导电效果，采用上述含氮碳纳米管作为电池电极材料的导电剂能够减少导电剂用量，提升活性材料占比，因而有助于提升电池的能量密度和充电效率。
由于常规碳纳米管材料本身结构上难以分散，在浆料中经常发生缠绕团聚现象，制造工艺难度大，因而无法在电池极片上形成良好的导电网络。炭黑或导电石墨导电剂含量比例需求较大，会降低材料中活性物质的含量，导致电池能量密度下降。而上述经过本公开上述工艺获得的含氮碳纳米管比表面积增大，长短减少，且具备较好的导电能力，能够解决例如锂离子电池的析锂膨胀等问题，且在相同的导电效果下，含氮碳纳米管材料的用量仅为炭黑或导电石墨的1/6-1/2，有效提高了电池的能量密度。其中，导电剂减少的部分全部可以用来增加活性材料占比，以进一步提高电池能量密度。使用上述导电剂的电池材料的活性材料占比范围可以达到96％-97％，较使用其他导电剂的电池材料的活性材料占比增加1％。
图2是本公开一示例性实施例中一种碳纳米管的预氧化工艺流程图，图3是碳纳米管预氧化之后在显微镜下的结构图。在如图2、图3所示实施例中，对碳纳米管进行预氧化可以通过图2所示的步骤实现：
在步骤S201中，将预设质量的碳纳米管加入到浓硫酸中搅拌第一预设时长以均匀混合。
其中，碳纳米管与浓硫酸的质量比可以大于或等于0.02且小于或等于0.05。浓硫酸的浓度可以大于或等于95wt％且小于或等于98wt％。第一预设时长可以大于或等于16h且小于或等于20h，以高效的完成碳纳米管与浓硫酸的混合工艺。
在步骤S202中，加入NaNO3和KMnO4，反应至碳纳米管充分氧化。
在上述实施例中，NaNO3与碳纳米管的质量比大于或等于10：1，且小于或等于2：1。和/或，KMnO4与碳纳米管的质量比大于或等于1：2，且小于或等于3：1。在一实施例中，NaNO3与碳纳米管的质量比可以包括5：1。和/或，KMnO4与碳纳米管的质量比包括1：1。加入NaNO3和KMnO4后的反应温度大于或等于35℃且小于 或等于45℃，以通过控制氧化反应的温度提升氧化效率。可选的，反应温度可以为40℃，可以获得较好的氧化反应效果。
在步骤S203中，加入去离子水和H2O2终止氧化过程后，离心清洗并冻干收集以获得第一中间材料。
其中，去离子水和H2O2可以根据碳纳米管的质量适量添加，以有效终止氧化过程。离心清洗的次数可以是多次，以获得预期质量的第一中间材料。
图4是本公开一示例性实施例中一种对第一中间材料进行激光辐照的流程图，图5是本公开一示例性实施例中碳纳米管激光辐照后在显微镜下的结构图。在如图4、图5所示实施例中，对第一中间材料进行激光辐照可以通过图4所示的步骤实现：
在步骤S401中，配置第一预设浓度的第一中间材料溶液，并均匀混合。
其中，第一预设浓度可以大于或等于0.2mg/mL且小于或等于1mg/mL。
在步骤S402中，使用激光辐照第一中间材料溶液第二预设时长，并在辐照过程中保持搅拌。
上述第二预设时长可以大于或等于10min且小于或等于30min，在辐照时间为20min时，可以获得较好效果。在辐照过程中保持搅拌可以使辅助均匀作用于第一中间材料溶液，提升辐照效果。
在一些实施例中，辐照第一中间材料溶液的激光能量可以大于或等于100mJ且小于或等于550mJ。上述激光可以为纳米脉冲激光，波长为1064nm，适度激光辐照可以在多壁碳纳米管表面形成大量缺陷部，增大比表面积，提高吡啶氮掺杂比例，能量过小不足以形成预期数量的缺陷部，过大则会破坏碳纳米管结构。在辐照能量为180mJ时，可以获得较好效果。
在一些实施例中，辐照第一中间材料溶液的激光能量在至少两个时段不同，以通过变化的激光辐照能量获得较好的辐照效果。例如，在第一时段，激光辐照能量可以是100mJ，与第一时段相邻的第二时段激光辐照能量可以是180mJ。
在步骤S403中，离心冻干收集以获得第二中间材料。
图6是本公开一示例性实施例中一种对第二中间材料进行掺氮工艺的流程图，图7是本公开一示例性实施例中碳纳米管掺氮工艺后在显微镜下的结构图。在如图6、图7所示的实施例中，针对第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料可以 通过图6所示的步骤实现：
在步骤S601中，配制第二预设浓度的第二中间材料溶液。
其中，第二预设浓度可以大于或等于0.5mg/mL且小于或等于1.5mg/mL。
在步骤S602中，加入等比质量的尿素和氨水，并均匀混合。
其中，尿素的浓度可以大于99.0wt％，氨水为优级纯。
在步骤S603中，置于高温烘箱反应第三预设时长，取出后离心洗涤冻干以获得含氮碳纳米管。
其中，高温烘箱的温度可以大于或等于150℃且小于或等于200℃。第三预设时长可以大于或等于6h且小于或等于12h。离心洗涤至第二中间材料溶液的pH值大于或等于6且小于或等于7。需要说明的是，上述掺氮工艺掺杂的氮可以是吡啶氮。
在上述实施例中，缺陷部可以包括激光辐照在碳纳米管的侧面形成的介孔，和/或，缺陷部可以包括激光切割碳纳米管形成的端面。例如，缺陷部为激光辐照在碳纳米管侧面形成的介孔以及激光切割碳纳米管形成的端面，介孔结构增加了碳纳米管的比表面积。激光切割使碳纳米管长度变短，可以暴露出更多的边缘端面，激光辐照产生的边缘结构可以为吡啶氮提供更多的掺杂位点，从而更有利于氮的掺入。掺氮后，如图8所示的红外光谱图，图8中分别是预氧化的碳纳米管CNT，激光辐照后的碳纳米管L-CNT，掺氮后的碳纳米管N-CNT，激光辐照后掺氮的碳纳米管NL-CNT，含氮碳纳米管材料表面的含氧官能团明显减少或消失，导电能力可以大幅度提升，以满足电池快速充放电要求。
本公开进一步提出一种导电剂，导电剂通过上述导电剂的加工方法获得。
由于用于形成导电剂的碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且使其易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力。要达到相同导电效果，采用上述含氮碳纳米管作为电池电极材料的导电剂能够减少导电剂用量，提升活性材料占比，因而有助于提升电池的能量密度和充电效率。
在一些实施例中，上述导电剂可以应用于电池正极。可以将含氮碳纳米管作为 导电剂添加至电池正极以获得正极材料。将含碳纳米管作为导电剂添加至电池正极能够获得较好的导电网络，提升正极导电性能，进而满足电池的快充需求。
本公开进一步提供一种电极，电极包括集流体和形成于集流体的涂层，涂层包括活性材料、粘结剂和上述导电剂。
需要说明的是，上述电极可以是电池正极极片，将含碳纳米管作为导电剂添加至电池正极能够获得较好的导电网络，提升正极导电性能，进而满足电池的快充需求。正极对应的活性物质可以包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂中的一种或多种，正极对应的集流体可以是铝箔。
可选的，上述电极可以是电池的负极极片，也在本公开的保护范围之内。
用于形成导电剂的碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且使其易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力。要达到相同导电效果，采用上述含氮碳纳米管作为电池电极材料的导电剂能够减少导电剂用量，提升活性材料占比，因而有助于提升电池的能量密度和充电效率。
根据本公开的第四方面提供一种电池，电池包括上述电极。电极的导电剂包括碳纳米管，碳纳米管的侧面和/或端面设有若干缺陷部，以增加碳纳米管的比表面积。
如图3、图5、图7所示，上述碳纳米管经激光辐照后在表面形成缺陷部，使得碳纳米管的比表面积增大、长度减小，避免了碳纳米管的团聚现象，且使其易于分散在极片上形成良好的导电网络。此外，碳纳米管的比表面积增加还增多了掺氮工艺中氮的掺杂位点，有利于氮的掺入。含氮碳纳米管的含氧官能团明显减少或消失，提升了电极的导电能力。要达到相同导电效果，采用上述含氮碳纳米管作为电池电极材料的导电剂能够减少导电剂用量，提升活性材料占比，因而有助于提升电池的能量密度和充电效率。
需要说明的是，上述含氮碳纳米管材料可以作为导电剂应用于电池的正极和/或负极。上述电池可以是锂离子电池，电池可以应用于手机、平板电脑、车载终端、可穿戴设备等电子设备，本公开并不对此进行限制。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、 用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本公开实施例所提供的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
Claims (16)
- 一种导电剂的加工方法，其特征在于，包括：对碳纳米管进行预氧化以获得第一中间材料；对所述第一中间材料进行激光辐照以获得第二中间材料；其中，所述第二中间材料的碳纳米管包括若干缺陷部，以增加所述碳纳米管的比表面积；针对所述第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对碳纳米管进行预氧化，包括：将预设质量的碳纳米管加入到浓硫酸中搅拌第一预设时长以均匀混合；加入NaNO3和KMnO4，反应至碳纳米管充分氧化；加入去离子水和H2O2终止氧化过程后，离心清洗并冻干收集以获得第一中间材料。
- 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述浓硫酸的质量比大于或等于0.02且小于或等于0.05。
- 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，NaNO3与碳纳米管的质量比大于或等于10：1，且小于或等于2：1；和/或，KMnO4与碳纳米管的质量比大于或等于1：2，且小于或等于3：1。
- 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述浓硫酸的浓度大于或等于95wt％且小于或等于98wt％；和/或，所述第一预设时长大于或等于16h且小于或等于20h；和/或，加入NaNO3和KMnO4后的反应温度大于或等于35℃且小于或等于45℃。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一中间材料进行激光辐照，包括：配置第一预设浓度的第一中间材料溶液，并均匀混合；使用激光辐照所述第一中间材料溶液第二预设时长，并在辐照过程中保持搅拌；离心冻干收集以获得第二中间材料。
- 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，辐照所述第一中间材料溶液的激光能量大于或等于100mJ且小于或等于550mJ。
- 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，辐照所述第一中间材料溶液的激光能量在至少两个时段不同。
- 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二预设时长大于或等于10min且小于或等于30min；和/或，所述第一预设浓度大于或等于0.2mg/mL且小于或等于1mg/mL。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述第二中间材料进行掺氮工艺以获得含氮碳纳米管材料，包括：配制第二预设浓度的第二中间材料溶液；加入等比质量的尿素和氨水，并均匀混合；置于高温烘箱反应第三预设时长，取出后离心洗涤冻干以获得含氮碳纳米管。
- 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二预设浓度大于或等于0.5mg/mL且小于或等于1.5mg/mL；和/或，高温烘箱的温度大于或等于150℃且小于或等于200℃；和/或，所述第三预设时长大于或等于6h且小于或等于12h；和/或，所述尿素的浓度大于99.0wt％，氨水为优级纯；和/或，离心洗涤至第二中间材料溶液的pH值大于或等于6且小于或等于7。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缺陷部包括所述激光辐照在所述碳纳米管的侧面形成的介孔；和/或，所述缺陷部包括所述激光切割所述碳纳米管形成的端面。
- 一种导电剂，其特征在于，所述导电剂通过如权利要求1-12任一项所述的导电剂的加工方法获得。
- 一种电极，其特征在于，包括集流体和形成于所述集流体的涂层，所述涂层包括活性材料、粘结剂和权利要求13所述的导电剂。
- 根据权利要求14所述的电极，其特征在于，所述电极为正极极片。
- 一种电池，其特征在于，包括如权利要求14所述的电极。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202280004382.8A CN117461170A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 |
| PCT/CN2022/095066 WO2023225921A1 (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2022/095066 WO2023225921A1 (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023225921A1 true WO2023225921A1 (zh) | 2023-11-30 |
Family
ID=88918097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2022/095066 WO2023225921A1 (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117461170A (zh) |
| WO (1) | WO2023225921A1 (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004284852A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Toshiba Corp | カーボンナノチューブの製造方法、カーボンナノチューブを用いた半導体装置の製造方法、及びカーボンナノチューブの製造装置 |
| CN106946247A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-07-14 | 天津大学 | 一种激光辐照合成多活性位氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN109590008A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-09 | 天津大学 | 激光合成氧空位可调四氧化三钴氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN112110438A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-22 | 深圳市德方纳米科技股份有限公司 | 掺杂多壁碳纳米管和电极材料 |
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202280004382.8A patent/CN117461170A/zh active Pending
- 2022-05-25 WO PCT/CN2022/095066 patent/WO2023225921A1/zh unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004284852A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Toshiba Corp | カーボンナノチューブの製造方法、カーボンナノチューブを用いた半導体装置の製造方法、及びカーボンナノチューブの製造装置 |
| CN106946247A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-07-14 | 天津大学 | 一种激光辐照合成多活性位氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN109590008A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-09 | 天津大学 | 激光合成氧空位可调四氧化三钴氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN112110438A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-22 | 深圳市德方纳米科技股份有限公司 | 掺杂多壁碳纳米管和电极材料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YUEHUI YIN; XUECHUN SUN; MIAO ZHOU; XUERU ZHAO; JIAYI QIN; SHI‐ZHANG QIAO; XI‐WEN DU; JING YANG: "Laser‐Induced Pyridinic‐Nitrogen‐Rich Defective Carbon Nanotubes for Efficient Oxygen Electrocatalysis", CHEMCATCHEM, JOHN WILEY & SONS, INC., HOBOKEN, USA, vol. 11, no. 24, 27 November 2019 (2019-11-27), Hoboken, USA, pages 6131 - 6138, XP072436913, ISSN: 1867-3880, DOI: 10.1002/cctc.201901875 * |
| 阴越晖 (YIN, YUEHUI): "富含吡啶氮和介孔的碳纳米管及其复合电催化剂的结构调控与电催化性能研究 (Mesoporous Carbon Nanotubes Rich in Pyridinic N and Their Composite Electrocatalysts:Structure Engineering and Electrocatalytic Performance)", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑 (CHINESE MASTER’S THESES FULL-TEXT DATABASE, SCIENCE-ENGINEERING I), 15 January 2022 (2022-01-15), ISSN: 1674-0246 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117461170A (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105742635B (zh) | 一种二氧化锡/石墨烯/碳复合材料及其制备方法 | |
| CN106935860B (zh) | 一种碳插层v2o3纳米材料、其制备方法和应用 | |
| CN107634207B (zh) | 一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用 | |
| CN109659560B (zh) | 一种用于锂离子电池的磷酸钴锂正极材料及制备方法 | |
| WO2017024720A1 (zh) | 一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN102208598A (zh) | 石墨烯涂层改性的锂二次电池的电极极片及其制作方法 | |
| CN103560248A (zh) | 石墨烯基复合导电剂，其制备方法及其在锂离子电池中的应用 | |
| WO2017124439A1 (zh) | 三维Na3V2(PO4)3纳米线网络电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN107086128B (zh) | 一种混合型化学电源器件电极及其制备方法 | |
| WO2017107806A1 (zh) | 一种锂离子电池正极浆料的制备方法 | |
| JP5879640B2 (ja) | ヘテロ接合ナノ材料、リチウムイオンバッテリーの負極片、及びリチウムイオンバッテリー | |
| CN103259002A (zh) | 锂离子电池及其电极片 | |
| CN106299331A (zh) | 包含钛酸锂涂层的锂离子电池正极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN112331818A (zh) | 一种正极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN106992301A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯导电剂及其制备方法、包含该导电剂的锂离子电池 | |
| CN109860580A (zh) | 正极材料及其制备方法、正极片和锂硫电池 | |
| CN114497508A (zh) | 一种功率型人造石墨复合材料及其制备方法 | |
| US8591773B2 (en) | Heterojunction nano material, negative pole piece of lithium ion battery, and lithium ion battery | |
| Wang et al. | High‐Rate and Long‐Life Au Nanorods/LiFePO4 Composite Cathode for Lithium‐Ion Batteries | |
| CN206134813U (zh) | 一种快速导热的锂离子电池正极极片 | |
| WO2023225921A1 (zh) | 导电剂的加工方法、导电剂、电极及电池 | |
| JP2023528650A (ja) | ハイブリットキャパシタの正極、その調製方法および使用 | |
| CN108899211B (zh) | 一种兼备高能量密度与高功率密度的钠离子电容器及其制备方法 | |
| CN110600742A (zh) | 一种石墨烯导电浆料的制备方法及应用 | |
| CN113130846B (zh) | 一种二次电池正极材料及其电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22943126 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |