一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池。本发明专利技术的碳材料，包括碳纤维以及附着于所述碳纤维上的中空碳球。碳材料的制备方法，包括如下步骤：将纺丝液和中空碳球的混合物进行静电纺丝，碳化后得到所述碳材料；所述纺丝液包括聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇和聚氨酯中的至少一种。本发明专利技术的碳材料兼具导电性能、优异的电解液存储能力和高浸润速率；在不影响电池能量密度的基础上，有利于提高电极的导电性、电解液在多孔电极中的浸润速率和电极的保液能力，从而改善电池的循环稳定性。从而改善电池的循环稳定性。从而改善电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池。

技术介绍

[0002]电解液的浸润速率和电解液的保液能力对电池的循环性能至关重要。首先，电芯在制备过程中的注液存在因电解液浸润能力差带来的电解液浸润不均匀情况，影响锂离子在多孔电极中的均匀扩散，因电解液浸润速率低导致电解液浸润不均匀，从而造成极片局部劣化加速，循环性能快速衰减。其次，电芯循环过程中伴随着材料体积形变、SEI膜增厚等问题，极片会发生不可逆膨胀，受限于有限膨胀空间，极片受力会随循环次数增加而增大，极片内电解液易被挤出，进而造成离子传输阻抗增大，循环快速衰减。因此，提高电极的浸润速率和保液能力对改善电芯循环稳定性意义重大。
[0003]目前，提高电极保液能力的方法为加入高分子保液添加剂，利用其高溶胀性来吸收更多的电解液，以此减缓循环衰减。但是，高分子的保液添加剂不仅不提供容量，而且不导电，会降低电池整体的能量密度并增加电极的阻抗。另外，在膨胀力达到一定值时，吸附到柔性高分子保液添加剂中的电解液也有可能被挤出，达不到保液的目的。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种碳材料，其具有有序的表面孔道和空腔结构，兼具导电性能、优异的电解液存储能力和高浸润速率。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种如上所述的碳材料的制备方法。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供一种导电剂，在不影响电池能量密度的基础上，有利于提高电极的导电性、电解液在多孔电极中的浸润速率和电极的保液能力，从而改善电池的循环稳定性。
[0008]本专利技术的第四目的在于提供一种锂离子电池，具有优异的循环稳定性。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种碳材料，包括碳纤维以及附着于所述碳纤维上的中空碳球。
[0011]进一步地，所述碳纤维的直径为500nm～10μm。
[0012]优选地，所述碳纤维的长径比为10～200：1。
[0013]进一步地，所述中空碳球的直径为20nm～5μm。
[0014]进一步地，所述碳纤维和所述中空碳球的质量比为0.05～5：1。
[0015]本专利技术还提供了如上所述的碳材料的制备方法，包括如下步骤：将纺丝液和中空碳球的混合物进行静电纺丝，碳化后得到所述碳材料；
[0016]所述纺丝液包括聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇和聚氨酯中的至少一种。
[0017]进一步地，所述中空碳球与所述纺丝液的质量比为0.05～1.5：1。
[0018]优选地，所述碳化的温度为600～1200℃。
[0019]本专利技术还提供了一种导电剂，包括如上所述的碳材料或者如上所述的碳材料的制备方法制得的碳材料。
[0020]进一步地，所述导电剂中，所述纤维状碳材料的质量百分数为10％～100％。
[0021]进一步地，所述导电剂还包括导电炭黑、碳纳米管、石墨、超导碳、乙炔黑、科琴黑、碳点和石墨烯中的至少一种。
[0022]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的导电剂。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提供的纤维状的碳材料，包括碳纤维以及附着于碳纤维上的中空碳球，使其具有有序的表面孔道和空腔结构，兼具导电性能、优异的电解液存储能力和高浸润速率，将其用作导电剂，有利于提高电极的性能，从而提高电池的性能。
[0025]含有本专利技术碳材料的导电剂具有点
‑
线传输方式，相比于零维导电剂，表现出更高的电子电导，具有与碳纳米管相当的导电性。碳材料中的中空碳球能够能够为电解液存储提高充足的空间，使其具有优异的电解液存储能力。电解液在添加上述碳材料的多孔电极中具有更高的浸润速率，保证了电解液的快速浸润。
[0026]本专利技术的导电剂能够在不影响电池的能量密度和功率密度情况下改善保液能力，进而改善循环稳定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术的实施例1的中空碳球的制备示意图。
[0029]图2为本专利技术的实施例1的碳材料的制备示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0031]下面对本专利技术实施例的一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池进行具体说明。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中提供了一种碳材料，包括碳纤维以及附着于碳纤维上的中空碳球。
[0033]本专利技术的碳材料为纤维状结构，包括碳纤维以及附着于碳纤维上的中空碳球，使其具有有序的表面孔道和空腔结构。该碳材料具有点
‑
线的电子传输方式，相比于零维导电
剂，如炭黑、Super P和乙炔黑等的点
‑
点的电子传输方式，表现出更高的电子电导；且电解液在添加高长径比的一维碳材料的多孔电极结构中的扩散速率高于添加零维导电剂；碳材料的中空碳球的空腔结构为电解液存储提供充足空间，提高了电极的保液能力，以此减缓电池循环过程中因电极膨胀大造成电解液被挤出，以及因失液造成的阻抗增大及容量快速衰减；添加本专利技术的碳材料的极片的电解液浸润速率、保液能力均有所改善，从而改善了电池的循环稳定性。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，碳纤维的直径为500nm～10μm；典型但非限制性的，例如，碳纤维的直径为500nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或者10μm等等。
[0035]在本专利技术的一些实施方式中，碳纤维的长径比为10～200：1；典型但非限制性的，例如，碳纤维的长径比为10：1、50：1、100：1、150：1或者200：1等等。
[0036]在本专利技术的一些实施方式中，中空碳球的直径为20nm～5μm；典型但非限制性的，例如，中空碳球的直径为20nm、200nm、600nm、1μm、2μm、3μm、4μm或者5μm等等。优选地，中空碳球的直径为200nm～500nm。
[0037]在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳材料，其特征在于，包括碳纤维以及附着于所述碳纤维上的中空碳球。2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为500nm～10μm；优选地，所述碳纤维的长径比为10～200：1。3.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述中空碳球的直径为20nm～5μm。4.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳纤维和所述中空碳球的质量比为0.05～5：1。5.如权利要求1～4任一项所述的碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将纺丝液和中空碳球的混合物进行静电纺丝，碳化后得到所述碳材料；所述纺丝液包括聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇和聚氨酯中的至少一种。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵梦，苏树发，吴江雪，耿守贤，赵建业，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技上饶有限公司，
类型：发明
国别省市：