【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及碳材料，具體涉及卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、通常碳材料(除金剛石外)都具有一定的導(dǎo)電性，常被用于提高電絕緣材料(如樹脂等)的導(dǎo)電性，或用于電池、二次電池(可充電鋰電池)的負(fù)極材料、正極包裹材料、導(dǎo)電劑等。近年來隨著新能源行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電能儲存需求急增，對二次電池(可充電鋰電池)高比容(單位體積電容量)、高充放電循環(huán)壽命都提出了更高的要求，極大的刺激了導(dǎo)電性碳材料在二次電池中的應(yīng)用需求。雖然，眾所周知，將氣態(tài)烴或者液態(tài)烴氣化后，在有氧條件下部分氧化(部分燃燒)，或都在無氧條件下外加高溫，都能裂解能生成固態(tài)的單質(zhì)碳和氫，以及一些烴類副產(chǎn)物。但要得到綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)電性碳材料并不容易，首先，從應(yīng)用需求的角度二次電池對導(dǎo)電性碳材料具體性能有很高的要求：1.具有很高的結(jié)構(gòu)性以形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；如：申請?zhí)枮?01480070298的專利所提供的“炭黑和使用該炭黑作為導(dǎo)電劑的二次電池”所述：該炭黑由一次顆粒1的數(shù)量ppa(個)與上述一次顆粒1的粒徑d(nm)之比ppa/d為8以上的炭黑聚集體2構(gòu)成。擁有類似支鏈狀結(jié)構(gòu)的還有sp炭黑、科琴黑，而cnts碳納米管擁有一維長線結(jié)構(gòu)、石墨烯擁有六角網(wǎng)格片狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都有利于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。2.具有很高dbp吸油值和bet比表面積；如：申請?zhí)枮?01480070298的專利所提供的“炭黑和使用該炭黑作為導(dǎo)電劑的二次電池”所述：該炭黑(dbp)吸收值為180ml/100g，統(tǒng)一單位和表述后，即：該炭黑dbp吸油值為180ml/g；以及“特開2014-221889”的日本專
2、其次，從碳材料產(chǎn)品和工藝技術(shù)的角度，目前可作為導(dǎo)電性碳材料的有：sp炭黑、科琴黑(炭黑)、乙炔黑(炭黑)、cnts碳納米管、石墨烯等，如上表所示。雖然看起來品種繁多，但根據(jù)目前實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的工藝和技術(shù)，國內(nèi)(焦作市和興化學(xué)工業(yè)有限公司)能量產(chǎn)的只有乙炔黑，雖然乙炔黑也叫導(dǎo)電炭黑，但是從上表數(shù)據(jù)中可以看出，其電導(dǎo)率和bet比表面積和好的產(chǎn)品差距相當(dāng)大，如果將乙炔黑應(yīng)用到二次電池中，必須加大添加比例，這樣就會導(dǎo)致電池中其它重要的活性成分比例降低，導(dǎo)致電池單位體積容量減小、充放電循環(huán)壽命縮短，只能用于低端二次電池；此外生產(chǎn)乙炔黑所需原料為成本高昂的乙炔，使該產(chǎn)品的性價比相當(dāng)?shù)?。而?dǎo)電性能較好的sp炭黑由法國imerys公司的比利時工廠生產(chǎn)，導(dǎo)電性能很好的科琴黑由日本獅王特種化學(xué)株式會社生產(chǎn)，這兩種產(chǎn)品不僅價格高，還要供給全球電池及非電池市場，其產(chǎn)能卻非常有限，難以長期滿足二次電池行業(yè)發(fā)展需求；至于，碳納米管、石墨烯雖然有更好的導(dǎo)電性能，但是存在制造難度大、難以大規(guī)模量產(chǎn)、制造成本實(shí)在太高的問題，而且實(shí)際應(yīng)用中還需要解決分散性差影響實(shí)際導(dǎo)電效果的問題，只能像“味精”一樣極少量的、搭配使用。除了上述產(chǎn)品和相應(yīng)的工藝技術(shù)，其它常規(guī)的碳材料生產(chǎn)技術(shù)難以創(chuàng)造出新的、容易量產(chǎn)擴(kuò)產(chǎn)的導(dǎo)電性碳材料。
3、此外，像cnts碳納米管、石墨烯這類材料，為了控制碳的結(jié)晶形態(tài)、效率，還需要加入鐵、鎳類催化劑，這樣生成的cnts碳納米管、石墨烯與催化劑混合在一起無法用簡單的篩分方法進(jìn)行分離，而這些金屬成分在二次電池應(yīng)用中是有害的，通常需要使用高溫蒸發(fā)金屬、酸洗等方法，高溫蒸發(fā)存在時間長、能耗高、效率低等問題，酸洗容易造成環(huán)境污染、影響產(chǎn)品質(zhì)量等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中通常碳材料無法滿足電池使用要求的缺點(diǎn)，提供卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳及其應(yīng)用，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的結(jié)構(gòu)具有多鏈或多環(huán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有更好的分散性，可形成更大范圍的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳其中空的空間可進(jìn)一步降低電阻、提高電導(dǎo)；同時還具有很好的彈性，可以更穩(wěn)定地保持低電阻、高電導(dǎo)。
2、本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳包括片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體和/或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體；所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的微觀結(jié)構(gòu)為碳原子形成的鏈或環(huán)，并在進(jìn)一步縮合、組裝成多鏈或多環(huán)形成片層結(jié)構(gòu)時，發(fā)生錯位、多次卷曲而形成中空的三維結(jié)構(gòu)；片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層向一個方向折疊而呈u或v型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層反向、不規(guī)則的多次折疊而呈n或m或w型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層在更大的尺度上卷曲而呈c或g型卷曲；或所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是u或v型折疊、n或m或w型折疊、c或g型卷曲中至少兩種多次反復(fù)、向不同方向折疊而成的組合型卷曲；所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體是最少兩種片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體同時存在；所述中空三維結(jié)構(gòu)為當(dāng)片層折疊卷曲成三維形態(tài)后，單個卷曲片層內(nèi)未完全封閉、且多個卷曲片層堆疊時仍然不能互相進(jìn)入的空間。
4、優(yōu)選的，所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體是u或v型折疊、n或m或w型折疊、c或g型卷曲中至少兩種折疊同時存在的組合型卷曲。
5、優(yōu)選的，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳中的卷曲單體長l為20～2000nm，卷曲單體寬w為20～2000nm，卷曲單體高h(yuǎn)為20～2000nm，片層厚度δ為10～20nm。
6、優(yōu)選的，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的dbp吸油值為300～800ml/100g，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的bet比表面積為200～800m2/g。
7、優(yōu)選的，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的吸碘值為200～1200mg/g，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的電導(dǎo)率為1～2000s/m。
8、卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的應(yīng)用，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳與其它碳材料或非碳材料混合得到富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料，所述富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料用于二次電池負(fù)極材料或二次電池正極包裹材料或?qū)щ妱┗蛏靥疾牧稀?/p>
9、優(yōu)選的，所述富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料包括卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳、其他結(jié)構(gòu)的碳和非碳雜質(zhì)，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳含量≥95％，所述其他結(jié)構(gòu)的碳含量≤4％，所述非碳雜質(zhì)含量≤1％。
10、優(yōu)選的，所述其他結(jié)構(gòu)的碳包括無定形碳、炭黑和其他形式的碳。
11、優(yōu)選的，所述非碳雜質(zhì)包括灰分和揮發(fā)分。
12、本技術(shù)方案的有益效果如下：
13、一、本專利技術(shù)提供的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的微觀結(jié)構(gòu)為碳原子形成的鏈或環(huán)，并在進(jìn)一步縮合、組裝成多鏈或多環(huán)形成片層結(jié)構(gòu)時，發(fā)生錯位、多次卷曲而形成中空的三維結(jié)構(gòu)：一方面相對于sp炭黑、科琴黑、乙炔黑、cnts碳納米管等，具有更復(fù)雜的多鏈或多環(huán)結(jié)構(gòu)，存在更本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳包括片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體和/或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體；所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的微觀結(jié)構(gòu)為碳原子形成的鏈或環(huán)，并在進(jìn)一步縮合、組裝成多鏈或多環(huán)形成片層結(jié)構(gòu)時，發(fā)生錯位、多次卷曲而形成中空的三維結(jié)構(gòu)；片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層向一個方向折疊而呈U或V型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層反向、不規(guī)則的多次折疊而呈N或M或W型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層在更大的尺度上卷曲而呈C或G型卷曲；或所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是U或V型折疊、N或M或W型折疊、C或G型卷曲中至少兩種多次反復(fù)、向不同方向折疊而成的組合型卷曲；所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體是最少兩種片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體同時存在；所述中空三維結(jié)構(gòu)為當(dāng)片層折疊卷曲成三維形態(tài)后，單個卷曲片層內(nèi)未完全封閉、且多個卷曲片層堆疊時仍然不能互相進(jìn)入的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳中的卷曲單體長L為20~2000nm，卷曲單體寬W為20~2000nm，卷曲單體高H為20~2000nm，片層厚度δ為10
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的DBP吸油值為300~800ml/100g，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的BET比表面積為200~800m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的吸碘值為200~1200mg/g，卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的電導(dǎo)率為1~2000S/m。
5.卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的應(yīng)用，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳與其它碳材料或非碳材料混合得到富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料，所述富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料用于二次電池負(fù)極材料或二次電池正極包裹材料或?qū)щ妱┗蛏靥疾牧稀?/p>
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的應(yīng)用，其特征在于：所述富含卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳材料包括卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳、其他結(jié)構(gòu)的碳和非碳雜質(zhì)，所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳含量≥95%，所述其他結(jié)構(gòu)的碳含量≤4%，所述非碳雜質(zhì)含量≤1%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的應(yīng)用，其特征在于：所述其他結(jié)構(gòu)的碳包括無定形碳、炭黑和其他形式的碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的應(yīng)用，其特征在于：所述非碳雜質(zhì)包括灰分和揮發(fā)分。
...【技術(shù)特征摘要】
1.卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳包括片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體和/或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體；所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳的微觀結(jié)構(gòu)為碳原子形成的鏈或環(huán)，并在進(jìn)一步縮合、組裝成多鏈或多環(huán)形成片層結(jié)構(gòu)時，發(fā)生錯位、多次卷曲而形成中空的三維結(jié)構(gòu)；片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層向一個方向折疊而呈u或v型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層反向、不規(guī)則的多次折疊而呈n或m或w型折疊，或片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是片層在更大的尺度上卷曲而呈c或g型卷曲；或所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體是u或v型折疊、n或m或w型折疊、c或g型卷曲中至少兩種多次反復(fù)、向不同方向折疊而成的組合型卷曲；所述片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳堆疊體是最少兩種片層卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)電碳單體同時存在；所述中空三維結(jié)構(gòu)為當(dāng)片層折疊卷曲成三維形態(tài)后，單個卷曲片層內(nèi)未完全封閉、且多個卷曲片層堆疊時仍然不能互相進(jìn)入的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳，其特征在于：所述卷曲片層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳中的卷曲單體長l為20~2000nm，卷曲單體寬w為20~2000nm，卷曲單體高h(yuǎn)為20~2000nm，片層厚度δ為10~20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卷曲片層結(jié)構(gòu)的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周川，周聰，羅世雄，劉毅，曾濤，陳俊宇，
申請(專利權(quán))人：四川光翼新能源技術(shù)研究有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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