本發(fā)明涉及一種碳材料，尤其是一種用于正極導電劑的碳材料的制備方法，屬于鋰離子電池生產技術領域。

背景技術：

導電劑是鋰離子電池電極的重要組成部分之一。作為動力型鋰離子電池常用的正極材料，錳酸鹽、硝酸鹽等正極材料的電導率都很低，但良好的大倍率充放電特性和較長的使用壽命不能保證。這是動力鋰離子電池應用中所面臨的一個重要問題。因此，循環(huán)穩(wěn)定性好的新型導電劑的研究開發(fā)已成為鋰離子電池研究的一個重要課題。

近年來，隨著納米碳材料大量工業(yè)化生產的普遍實現，納米碳材料已經應用于錳酸鋰電池正極導電劑。以碳材料作為錳酸鋰電池正極導電劑的極片形成了完美的導電網絡，使電池內阻明顯減小，從而使其發(fā)熱很少并保持良好的穩(wěn)定性，大倍率性能有了明顯改善，使得電池容量保持率也明顯高于其他普通正極導電劑的電池。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種用于正極導電劑的碳材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于正極導電劑的碳材料的制備方法，包括以下步驟：

ⅰ.催化劑的制備

1）將酸處理的納米碳管和水按重量比為1：70-90混合，得到混合物；

2）包覆：用蠕動泵向所述混合物中雙向滴入硝酸鈷和硝酸錳的混合溶液以及濃度為1mol/l的碳酸氫銨溶液，調節(jié)溶液的ph，至溶液顏色為酒紅色為止；所述混合溶液中硝酸鈷和硝酸錳的濃度分別為1mol/l；

3）過濾：過濾包覆處理后的溶液，將得到的固體洗滌至無色，在120-140℃條件干燥后，研磨至粒徑為15μm的顆粒；

4）有氧分解：將所述顆粒在370-390℃下有氧分解30-50分鐘，至顏色變?yōu)楹谏?/p>

5）還原：將有氧分解處理后的顆粒在氬氣和氫氣的氛圍中真空570-590℃還原60-120分鐘，即得催化劑；

還原是在氧化還原裝置中進行的，該裝置包括爐體10，爐體10的前部設置有與爐體內腔連通的進氣口11和排料口13，后部設置有與爐體10內腔連通的出氣口12和進料口14。進料口14位于爐體10的頂端，排料口13位于爐體10的底端，便于加料和排料；進料口14上設置有進料管141，進料管141的上部自下而上外擴而成漏斗狀，方便從進料口14添加物料至爐體10內。排料口13上設置有排料管131，便于與后續(xù)加工設備或收料容器或料管道相連。氫氣和氬氣按一定比例持續(xù)從進氣口11通入爐體10內腔中而填充滿爐體10內腔形成氫氣和氬氣的混合氣氛圍，多余的氣體或還原過程中產生的其他氣體則能夠從出氣口12排出，加熱裝置能夠對爐體10或爐體10內的有氧分解處理的顆粒進行加熱，有氧分解處理的顆粒從進料口14進入到爐體10內后，由送料裝置推向排料口，在此過程中有氧分解處理的顆粒在混合氣氛圍中受熱而產生還原反應，由此能夠實現對催化劑物料的連續(xù)還原制備，無需頻繁對爐體10進行冷卻，能夠有效提高生產效率，并且由于混合氣的流動方向與有氧分解處理的顆粒的移動方向相反，能夠保證有氧分解處理的顆粒與混合氣的良好接觸和反應，能夠有效保證生產的催化劑質量，也能夠有效降低能耗和減少混合氣的浪費。

爐體10上設置有用于將爐體10內的物料自進料口14推向排料口13的送料裝置；還包括用于加熱爐體10或爐體10內的物料的加熱裝置（圖中未示出）。送料裝置包括設在爐體10內的螺旋鉸龍20和設置在爐體10上的驅動裝置，螺旋鉸龍20與爐體10的內腔相適配，驅動裝置用于驅動螺旋鉸龍20轉動；螺旋鉸龍20通過若干軸承40樞設在爐體10內，能夠減小螺旋鉸龍20轉動時受到的摩擦阻力，提高驅動裝置的輸出功率轉化率，降低能耗，也能夠避免螺旋鉸龍20與爐體10出現磨損，延長使用壽命，降低故障率；驅動裝置采用了常用的驅動電機31，驅動電機31的輸出軸通過彈性聯軸器32與螺旋鉸龍20連接，方便裝配，也有助于減小加工和裝配誤差對螺旋鉸龍20轉動的影響，減小爐體10和螺旋鉸龍20的振動和擺動，有助于降低故障發(fā)生率、延長使用壽命。

ⅱ.碳材料的制備

1）真空下將催化劑放在氬氣和丙烷的混合氣中，使丙烷吸附于催化劑表面；

2）在680-720℃條件下停留3-5h，使丙烷分解為碳和氫氣；

3）將氫氣從催化劑表面脫附，即得碳材料；

碳材料的制備是在連續(xù)生長裝置中進行的，該裝置包括：生長爐體，生長爐體包括依序相連的前基座21、滾筒22和后基座23，前基座21上設置有與生長爐體的內腔相連通的進料口241和排氣口252，后基座23上設置有與生長爐體的內腔相連通的排料口242和進氣口251，滾筒22由一驅動裝置驅動而可相對前基座21和后基座23轉動，且滾筒22相對前基座21和后基座23轉動時可驅動生長爐體內的物料自前向后移動；加熱裝置，用于對生長爐體或生長爐體內的物料進行加熱（圖中未示出）。生長爐體和加熱裝置均設置在所述隔熱箱30內。將一定比例氬氣和丙烷的混合氣體從進氣口251通入到生長爐體內以填充滿生長爐體的內腔，多余及反應后的氣體則從排氣口252排出，催化劑從進料口241進入到生長爐體內，在向后移動的過程中與丙烷反應而生長出碳材料，最后再從排料口242排出，由此實現了碳材料的連續(xù)生產，在此過程中，加熱裝置能夠將物料保持在需要的溫度，同時滾筒22能夠對生長爐體內的催化劑原料、碳材料能進行翻轉，使得催化劑能夠充分、均勻的與丙烷接觸和反應，由此能夠實現對碳材料的連續(xù)生長制備，無需頻繁加熱和冷卻生長爐體、更換混合氣體以及更換物料，能夠有效提高生產效率、降低生產成本，減少能耗和浪費；并且由于混合氣體的流動方向與物料的移動方向相反，能夠保證混合氣體能夠與催化劑等物料良好接觸與反應，能夠有效保證產品質量，減少混合氣體和催化劑的浪費。

滾筒22自前向后與水平面成一夾角朝下傾斜，而使?jié)L筒22轉動時可驅動生長爐體內的物料自前向后移動，也能夠保持滾筒22內壁的平滑，防止對生長出來的碳材料造成沖擊，保證產品質量，滾筒22與水平面之間的夾角a的大小優(yōu)選為12—17度，該角度下滾筒22內物料的移動速度能夠較好滿足充分反應和保證生產效率的要求。

滾筒22的外壁上設置有外齒輪26，驅動裝置包括驅動電機31和設置在驅動電機31輸出軸上的主動齒輪32，主動齒輪32與外齒輪26相嚙合，而使的驅動電機31可驅動滾筒22轉動，且本實施例中滾筒22的前部和后部均設置有外齒輪26，同時由同一驅動電機31驅動，能夠保證滾筒22受力均勻，防止?jié)L筒22受力不均而損壞。

優(yōu)選地，包覆步驟中調節(jié)溶液的ph至7-10，反應溫度為常溫。

優(yōu)選地，i中所述還原的真空壓力≤0.02mpa，氬氣：氫氣=4:1。

優(yōu)選地，ⅱ中所述真空的壓力≤0.02mpa，氬氣：丙烷=1:5。

優(yōu)選地，所述碳材料是碳納米管。

將上述方法制備的碳材料在濃硝酸中浸漬0.8-1.2h，對碳材料進行強酸表面修飾，然后將強酸表面修飾的碳材料用球磨機研磨3μm，再制成正極導電劑。

酸處理的納米碳管，即用硝酸、硫酸和純凈水的混合物強氧化酸回流氧化納米碳管。首將納米碳管在硝酸、硫酸和純凈水的混合物預分散1h，然后在90℃下反應2h，再用純水和酒精清洗后在110℃干燥24h，即得酸處理的納米碳管。

在碳材料的制備過程中，丙烷在催化劑表面分解得到碳和氫氣，然后氫氣從催化劑表面脫附，碳溶解于催化劑基體內并形成碳化鈷，碳化鈷不如鈷與石墨穩(wěn)定，因此形成的碳化鈷很快分解為鈷和石墨。由于石墨層的形成將產生壓差，因此催化劑鈷將被擠出。當鈷被擠出后即暴露于丙烷環(huán)境下，因此可以繼續(xù)吸附丙烷，當該過程達到平衡后即形成碳材料。

本發(fā)明的有益效果：通過本發(fā)明生產催化劑時能夠實現對催化劑物料的連續(xù)還原制備，有效提高生產效率，同時有效保證生產的催化劑質量，也能夠有效降低能耗和減少混合氣的浪費；進一步生產碳材料時，能夠有效提高生產效率、降低生產成本，減少能耗和浪費；并且由于混合氣體的流動方向與物料的移動方向相反，能夠保證混合氣體能夠與催化劑等物料良好接觸與反應，能夠有效保證產品質量，減少混合氣體和催化劑的浪費。

附圖說明

圖1是氧化還原裝置的結構示意圖；

圖2是連續(xù)生長裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1：催化劑的制備

1）將5g酸處理的納米碳管和400g水混合得到混合物；

2）包覆：在常溫條件下，用蠕動泵向混合物中雙向滴入濃度分別為1mol/l的硝酸鈷和硝酸錳的混合溶液以及1mol/l的碳酸氫銨溶液，調節(jié)溶液的ph為7，至溶液顏色變?yōu)榫萍t色為止；

3）過濾：過濾包覆處理后的溶液，將得到的固體洗滌至無色，在130℃干燥后，研磨至粒徑15μm的顆粒；

4）有氧分解：將研磨處理后的顆粒在380℃下有氧分解40分鐘，至顏色變?yōu)楹谏?/p>

5）還原：氬氣和氫氣按4:1的比例持續(xù)從氧化還原裝置的進氣口11通入爐體10內腔中形成氫氣和氬氣的混合氣氛，控制真空壓力為0.02mpa，多余的氣體或還原過程中產生的其他氣體則能夠從出氣口12排出，有氧分解處理的顆粒從進料口14進入到爐體10內后，加熱裝置將有氧分解處理的顆粒加熱到580℃并持續(xù)還原90分鐘，由送料裝置推向排料口13，實現對催化劑物料的連續(xù)還原制備。

實施例2：催化劑的制備

1）將5g酸處理的納米碳管和450g水混合得到混合物；

2）包覆：用蠕動泵向混合物中雙向滴入濃度分別為1mol/l硝酸鈷和硝酸錳的混合溶液以及濃度為1mol/l的碳酸氫銨溶液，調節(jié)溶液的ph為8.5，至溶液顏色為酒紅色為止；

3）過濾包覆處理后的溶液，將得到的固體洗滌至無色，在140℃條件干燥后，研磨至粒徑為15μm的顆粒；

4）有氧分解：將顆粒在390℃下有氧分解30分鐘，至顏色變?yōu)楹谏?/p>

5）還原：氬氣和氫氣按4:1的比例持續(xù)從氧化還原裝置的進氣口11通入爐體10內腔中形成氫氣和氬氣的混合氣氛，控制真空壓力為0.02mpa，多余的氣體或還原過程中產生的其他氣體則能夠從出氣口12排出，有氧分解處理的顆粒從進料口14進入到爐體10內后，加熱裝置將有氧分解處理的顆粒加熱到590℃并持續(xù)還原60分鐘，由送料裝置推向排料口13，實現對催化劑物料的連續(xù)還原制備。

實施例3：催化劑的制備

1）將5g酸處理的納米碳管和350g水混合得到混合物；

2）包覆：用蠕動泵向混合物中雙向滴入濃度分別為1mol/l硝酸鈷和硝酸錳的混合溶液以及濃度為1mol/l的碳酸氫銨溶液，調節(jié)溶液的ph為10，至溶液顏色為酒紅色為止；

3）過濾包覆處理后的溶液，將得到的固體洗滌至無色，在120℃條件干燥后，研磨至粒徑為15μm的顆粒；

4）有氧分解：將顆粒在370℃下有氧分解50分鐘，至顏色變?yōu)楹谏?/p>

5）還原：氬氣和氫氣按4:1的比例持續(xù)從氧化還原裝置的進氣口11通入爐體10內腔中形成氫氣和氬氣的混合氣氛，控制真空壓力為0.02mpa，多余的氣體或還原過程中產生的其他氣體則能夠從出氣口12排出，有氧分解處理的顆粒從進料口14進入到爐體10內后，加熱裝置將有氧分解處理的顆粒加熱到570℃并持續(xù)還原120分鐘，由送料裝置推向排料口13，實現對催化劑物料的連續(xù)還原制備。

實施例4：碳納米管的制備

將氬氣和丙烷按1:5比例混合的混合氣從進氣口251通入到生長爐體內，控制真空壓力為0.02mpa，將實施例1制備的催化劑從進料口241進入到生長爐體內，加熱至700℃并保持4h，催化劑在向后移動的過程中與丙烷反應，使得丙烷分解為碳和氫氣，氫氣從催化劑表面脫附從排氣口252排出，從而生長出碳材料，碳材料最后再從排料口242排出，實現碳材料的連續(xù)生產。

實施例5：

將實施例4制備的碳材料在濃硝酸中浸漬1h，對碳材料進行強酸表面修飾，然后將強酸表面修飾的碳材料用球磨機研磨至粒徑3μm，然后制成正極導電劑。