本發(fā)明涉及包含呈粉末形式的碳納米管的組合物。這些呈粉末形式的組合物包含至少一種聚合物，并且易于分散在用于制造用于電池且特別是li離子電池的電極的含溶劑或不含溶劑的配制物中。

背景技術(shù)：

1、碳納米管是由卷起的石墨片制成的。納米管可由單片組成且于是被稱為單壁納米管(swnt)。納米管也可由多個同心片組成且于是被稱為多壁納米管(mwnt)。因此，碳納米管是廣范圍應(yīng)用的理想候選物，特別是作為用于改善材料和器件(裝置)例如電池電極(包括陽極和陰極)、尤其是鋰離子電池中的電阻的添加劑。電池性能的這些改善形成電動車輛的發(fā)展的一部分，且因此是應(yīng)對全球變暖的一部分。

2、例如可在已知的合成工藝中獲得的碳納米管不能直接地與在電池電極的組成中使用的組分一起配制，因為它們以纏結(jié)的束或球的形式出現(xiàn)。它們的相對密度過低，典型地小于0.1，并且所獲得的配制物沒有展現(xiàn)出由于它們的存在而可預(yù)期的導(dǎo)電的改善。

3、如今，它們的使用需要包含溶劑的呈液體形式的預(yù)先分散體，所述溶劑可為水或有機(jī)溶劑。在液體中的該分散體使得可將碳納米管從它們的纏結(jié)中釋放出來，但需要大量的溶劑。鑒于在這些分散體中存在少量的碳納米管，因此需要在碳納米管及其分散體的生產(chǎn)地點與使用這些分散體的電極和電池的制造地點之間運輸大量的材料，從而導(dǎo)致非常不利的碳足跡。

4、因此，尋求使制造這些分散體所需的溶劑的量最小化，或甚至消除溶劑的解決方案。以具有高含量的碳納米管的干形式運輸與其它化合物組合的碳納米管為具有最佳碳足跡的替代方案。迄今為止，ep2550699描述了包含與溶劑和與輔助碳納米管分散的聚合物組合的碳納米管的組合物。該文件描述了碳納米管/水/羧甲基纖維素粒料的制造。然后，這些粒料可在烘箱中干燥，并在配制電極之前再分散。

5、然而，在電極的制造期間，這些粒料不能實現(xiàn)與使用通過例如球磨獲得的在溶劑中的分散體所獲得的電性能等同的電性能，球磨構(gòu)成了當(dāng)前在工業(yè)上使用的方法。因此，迄今為止不存在能夠在最佳條件下配制包含碳納米管的電極的解決方案。ep2550699的干路線也不允許最佳的電性能品質(zhì)，或者在溶劑的存在下的路線需要運輸在溶劑的存在下配制的大量碳納米管。

6、因此，申請人尋求不同于粒料的干形式，該干形式能夠在電極制備步驟期間由使用者再分散。以這種方式，運輸?shù)牟牧系捏w積大大減少。

7、出乎意料地，申請人已發(fā)現(xiàn)，憑借粉末的密度和孔隙率的一些參數(shù)，可獲得可很好地再分散且提供與液體路線相當(dāng)?shù)男阅芷焚|(zhì)的碳納米管-聚合物組合物。這些粉末形式的碳納米管-聚合物組合物然后可適當(dāng)?shù)卦谟糜陔姵氐母咝阅茈姌O中重新配制。特別地，這些粉末可通過如下與電極的其它組分組合：通過返回到用于制造電極的溶劑路線、通過以液體形式沉積混合物且然后干燥電極，或者通過將這些粉末與以固體形式混合的電極組分一起沉積且然后通過合適的方法例如靜電噴霧來沉積、隨后壓延。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及組合物，其以小于100/5的碳納米管/聚合物質(zhì)量比包含碳納米管和至少一種聚合物，所述組合物呈松散堆積密度為0.11至0.5g/cm3的粉末的形式，具有50至350m2/g的表觀比表面積和小于10質(zhì)量％的溶劑含量。

技術(shù)特征：

1.組合物，其以小于100/5的碳納米管/聚合物質(zhì)量比例包含碳納米管和至少一種聚合物，所述組合物呈松散堆積密度為0.11至0.5g/cm3的粉末的形式，具有借助于micromeritics?asap?2460儀器測量的50至350m2/g的表觀比表面積和小于10％的質(zhì)量含量的溶劑，其中所述聚合物選自改性多糖、聚乙烯吡咯烷酮均聚物或共聚物，松散堆積密度(lbd)由粉末的質(zhì)量與其在松散后的體積的比例定義，所述測量通過如下進(jìn)行：測量在100cm3的質(zhì)量為t的、緩慢翻轉(zhuǎn)多次的封閉的有刻度的圓筒中由粉末占據(jù)的最大體積，其中稱重使用精確至0.1g的天平進(jìn)行，并且將圓筒填充至四分之三，然后稱重得到質(zhì)量m1，封閉，且然后緩慢翻轉(zhuǎn)多次，直至獲得由粉末占據(jù)的最大體積，表示為v，以cm3計，得到以g/cm3表示的松散堆積密度，并且通過下式計算：lbd＝(m1-t)/v。

2.如權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述聚合物選自具有20?000至60?000g/mol的分子量的聚乙烯吡咯烷酮均聚物或共聚物。

3.如權(quán)利要求1至2中所述的組合物，進(jìn)一步以范圍為100/1至1/100的碳納米管/炭黑質(zhì)量比例包含炭黑。

4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的組合物，進(jìn)一步包含至少一種有機(jī)碳酸酯，例如碳酸乙酯、碳酸丙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和氟代碳酸亞乙酯，單獨地或作為混合物。

5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的組合物，進(jìn)一步包含至少一種選自如下的化合物：雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(氟磺?；?亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、以及呈酸或鋰鹽形式的4,5-二氰基-2-(三氟甲基)咪唑，單獨地或作為混合物，且特別是呈酸或鋰鹽形式的4,5-二氰基-2-(三氟甲基)咪唑。

6.如權(quán)利要求1至5中所述的組合物，進(jìn)一步包含pvdf，均聚物或共聚物，和/或非鹵代的彈性體。

7.用于制備如權(quán)利要求1至6中任一項所述的組合物的工藝，其使用霧化器且包含以下步驟：

8.用于制備如權(quán)利要求1至6中任一項所述的組合物的工藝，包括如下步驟：擠出所述組合物，其中在擠出步驟期間注入超臨界co2，其中超臨界co2的質(zhì)量比例為所述組合物的25％至1000％，隨后將co2脫氣并收取粉末。

9.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的組合物用于在有或沒有溶劑的情況下制造電極的用途。

10.電極，其根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途獲得。

11.電池，其包含至少一個如權(quán)利要求10中所述的電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及碳納米管組合物，其可以固體形式即在不存在溶劑的情況下施用。這些組合物包含至少一種聚合物，并且易于分散在用于在液體或固體工藝中生產(chǎn)電池且特別是Li離子電池的電極的配制物中。本發(fā)明還涉及用于獲得這些粉末的工藝、涉及其在用于電池的電極的制造中的用途并且涉及包含它們的電池。

技術(shù)研發(fā)人員：O·科爾任科,C·文森多,P·德爾普拉特,S·博德爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：阿科瑪法國公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19