【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電池，具體涉及一種炭黑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著電池行業不斷地發展，涂碳集流體以其提升正極剝離強度和電池性能等優勢，得到了廣泛地推廣和應用。作為目前的涂碳漿料主要固相組分之一的導電炭黑，制備過程主要是通過烴類原料在高溫反應下裂解生成，其制備過程十分繁瑣且能耗較大，并且所使用的烴類原料成本普遍也偏高；更重要的是，高溫裂解的導電炭黑對于正極活性物質的主要成分僅存在物理錨定的作用力，對于電池的充放電過程中活性離子的脫嵌過程影響程度較小。
2、因此，針對以上問題，開發出一種原料來源廣泛且合成方面相對簡便，同時還具有一定化學吸附作用力的導電炭黑，對于實現鋰電池在一些性能上的提升是十分必要的。
技術實現思路
1、鑒于上述問題，本申請提供一種炭黑及其制備方法和應用，所述炭黑的制備原料來源廣泛，制備工藝簡單，成本較低；所形成的炭黑具有優異的物理和化學吸附能力、導電性和親水性，綜合性能優異，可以有效改善電池的性能。
2、第一方面，本申請提供了一種炭黑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
3、(1)將纖維素類生物質材料和酸溶液混合，形成懸濁液，再進行固液分離，得到固體物；
4、(2)將步驟(1)所得的固體物、含堿金屬離子化合物以及含氮有機物和/或含磷有機物混合，煅燒和除雜，得到炭黑。
5、本申請實施方式的技術方案中，上述工藝過程簡單，成本低廉，形成的炭黑用于極片如形成復合集流體時，可以改善極片的性能，進而提升電池的綜
6、步驟(1)中，以纖維素類生物質材料為主要的合成原料，來源廣泛，成本較低；將纖維素類生物質材料和酸溶液混合，主要過程是先通過酸溶液浸出纖維素類生物質材料中的雜質，還能夠活化纖維素類生物質材料表面的羥基基團，從而提升其親水性能，便于后續固液分離。
7、步驟(2)中，煅燒過程中，含堿金屬離子化合物可以催化纖維素類生物質材料的熱反應過程，能夠改變纖維素類生物質材料自身原本的孔徑結構，利于調整炭黑的比表面積在適當范圍內，使得炭黑的物理吸附能力和導電性得以提升，配合含氮有機物和/或含磷有機物，進一步提升了炭黑的化學吸附能力和導電性，因此，所述制備方法可以改善炭黑的物理和化學吸附能力以及導電性，進一步地，上述方法得到的炭黑用于復合集流體中時，可以提高極片中復合集流體的耐溶劑性，改善復合集流體與活性層之間的剝離強度，減少活性層脫落對電池性能的不利影響；并且，上述方法得到的炭黑利于降低極片的內阻，進一步提升了電池的性能。
8、除此之外，含堿金屬離子化合物可以催化纖維素類生物質材料的熱反應過程，可以在纖維素類生物質材料的表面產生豐富的含氧基團，改善材料表面的化學活性，調整炭黑的吸油值在適當范圍內，可以改善炭黑的親水性，使得炭黑在應用中可以更好地分散于水中，在降低加工難度的同時，利于形成性能穩定的極片，進而提升電池的性能。
9、綜上，本申請的制備方法所形成的炭黑具有優異的物理和化學吸附能力、導電性和親水性。在應用于電池中如形成復合集流體時，可以提高極片中復合集流體的耐溶劑性，改善復合集流體與活性層之間的剝離強度，減少活性層脫落對電池性能的不利影響；并且，上述方法得到的炭黑利于降低極片的內阻，提升了電池的性能；除此之外，上述方法得到的炭黑在降低加工難度的同時，利于形成性能穩定的極片，進一步提升了電池的性能。
10、本申請實施方式的技術方案中，以含氮有機物為例闡述，含氮有機物在煅燒過程中容易分解產生富氮氣體，因此，炭黑在形成過程中可以實現摻氮；例如氮氣在高溫過程中“氮-氮”鍵的裂解能夠實現對纖維素類生物質材料的摻氮，達到富氮化處理的目的，形成的炭黑利于改善電池的循環和倍率性能。摻氮的炭黑可以改善電池的性能的原因在于：碳元素的電負性為2.5，而氮元素的電負性為3.1，電負性的對比說明氮元素更容易在化合物形成過程中吸引電子，從而使得電化學反應過程中“鋰-氮”鍵的形成易于“鋰-碳”鍵，達到實現對鋰的強化學吸附，提升電池的各項性能；含磷有機物有類似的過程，此處不做贅述。
11、作為示例，本申請所述纖維素類生物質材料在與酸溶液混合前，可以先進行粉碎和過篩(例如可以采用200目的篩網)的操作，便于后續操作。
12、優選地，步驟(1)中，所述纖維素類生物質材料包括竹秸稈、漢麻稈或玉米稈中的任意一種或至少兩種的組合。
13、優選地，步驟(1)中，所述酸溶液中采用的酸包括硝酸、鹽酸或硫酸中的任意一種或至少兩種的組合。
14、本申請中，對酸溶液的濃度不做限制，作為示例，所述酸溶液的摩爾濃度可以為1-5mol/l，例如1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l、5mol/l等。
15、優選地，步驟(1)中，混合的原料還包括分散劑。
16、本申請中，體系中對于分散劑的添加量不做限制，滿足纖維素類生物質材料的分散要求即可。作為示例，以酸溶液和分散劑的總體積為基準計，分散劑的濃度為1-10g/l，例如1g/l、2g/l、3g/l、4g/l、5g/l、6g/l、7g/l、8g/l、9g/l、10g/l等。作為示例，分散劑和纖維素類生物質材料的質量比為(0.01-0.06)：1，其中，0.01-0.06可以為0.02、0.03、0.04、0.05等。
17、本申請實施方式的技術方案中，采用分散劑配合酸溶液對纖維素類生物質材料進行處理，利于纖維素類生物質材料形成穩定的懸濁液，可以有效分散懸濁液中的固相物質，還能夠有效洗去纖維素類生物質材料中的雜質成分以及增加表面的羥基基團，便于后續的進一步處理。
18、優選地，所述分散劑包括聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、泊洛沙姆或聚乙二醇中的任意一種或至少兩種的組合。
19、本申請中，步驟(1)中，對于混合的方式不做限制，可以實現纖維素類生物質材料在酸溶液中的均勻分散即可。
20、作為示例，所述混合的方式包括攪拌。
21、優選地，所述混合在水浴條件下進行，其中，水浴的溫度可以為30-70℃，例如30℃、40℃、50℃、60℃、70℃等；和/或；
22、所述混合的時間為2-5h，例如2h、3h、4h、5h等，進一步優選3h。
23、本申請中，所述固液分離后還包括對固體物進行清洗和干燥。
24、優選地，步驟(2)中，所述含堿金屬離子化合物包括檸檬酸鉀、草酸鉀、乙酸鉀、甘油鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鉀或氯化鉀中的任意一種或至少兩種的組合。
25、優選地，步驟(2)中，以干燥后的所述固體物的總質量為100％計，所述含堿金屬金屬離子化合物的質量大于0％，且，小于等于300％，例如5％、10％、50％、100％、150％、200％、250％、300％等。
26、優選地，步驟(2)中，所述含氮有機物包括尿素、三聚氰胺或縮二脲中的任意一種或至少兩種的組合。
27、優選地，所述含磷有機物本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種炭黑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述纖維素類生物質材料包括竹秸稈、漢麻稈或玉米稈中的任意一種或至少兩種的組合。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述酸溶液中采用的酸包括硝酸、鹽酸或硫酸中的任意一種或至少兩種的組合；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述含堿金屬離子化合物包括檸檬酸鉀、草酸鉀、乙酸鉀、甘油鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鉀或氯化鉀中的任意一種或至少兩種的組合；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述含氮有機物包括尿素、三聚氰胺或縮二脲中的任意一種或至少兩種的組合；
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
7.一種炭黑，其特征在于，所述炭黑由權利要求1-6任一項所述的制備方法得到；
8.一種復合集流體，其特征在于，所述復合集流體包括集流體以及設置于所述集流體至少一個表面的碳層；
<...【技術特征摘要】
1.一種炭黑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述纖維素類生物質材料包括竹秸稈、漢麻稈或玉米稈中的任意一種或至少兩種的組合。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述酸溶液中采用的酸包括硝酸、鹽酸或硫酸中的任意一種或至少兩種的組合；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述含堿金屬離子化合物包括檸檬酸鉀、草酸鉀、乙酸鉀、甘油鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鉀或氯化鉀中的任意一種或至少兩種的組合；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述含氮有機物包括尿素、三聚氰胺或縮二脲...
【專利技術屬性】
技術研發人員：阮國昌，唐火強，程宗盛，張魁，王芳，林琳，王琳，
申請(專利權)人：東莞東陽光科研發有限公司，
類型：發明
國別省市：
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