一种碳材料及其制备方法、导电剂和锂离子电池与流程

本发明涉及锂离子电池，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。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明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。

2、本发明的第二目的在于提供一种如上所述的碳材料的制备方法。

3、本发明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。

4、本发明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。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、本发明提供了一种碳材料，包括碳纤维以及附着于所述碳纤维上的中空碳球。

7、进一步地，所述碳纤维的直径为500nm～10μm。

8、优选地，所述碳纤维的长径比为10～200：1。

9、进一步地，所述中空碳球的直径为20nm～5μm。

10、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。

11、本发明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；

12、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。

13、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。

14、优选地，所述碳化的温度为600～1200℃。

15、本发明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。

16、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％。

17、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。

18、本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的导电剂。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明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。

21、含有本发明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。

22、本发明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。

技术特征：

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；

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；

6.根据权利要求5所述的碳材料的制备方法，其特征在于，所述中空碳球与所述纺丝液的质量比为0.05～1.5：1；

7.一种导电剂，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的碳材料或者权利要求5或6所述的碳材料的制备方法制得的碳材料。

8.根据权利要求7所述的导电剂，其特征在于，所述导电剂中，所述碳材料的质量百分数为10％～100％。

9.根据权利要求7所述的导电剂，其特征在于，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。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7～9任一项所述的

技术总结
本发明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。

技术研发人员：邵梦,苏树发,吴江雪,耿守贤,赵建业
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技(上饶)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13