碳納米管導電漿料及其制備方法和用途
【專利摘要】一種碳納米管導電漿料及其制備方法和用途，碳納米管導電漿料由導電功能體、分散劑、溶劑按導電功能體：分散劑：溶劑=2～10：0.2～5：85～97.8的質量比配制而成。導電功能體為球狀碳納米管基團、球狀碳納米管團聚體或其與碳黑、乙炔黑、碳纖維、導電石墨、石墨烯中的一種或幾種的組合。制備方法是將所述導電功能體和分散劑按所述比例加入溶劑中攪拌，得到預混料，將預混料在研磨機中研磨，形成包含有多個粒徑為0.1～3微米的球形碳納米管基團的導電漿料。該碳納米管導電漿料可作為鋰電池正負極材料的導電劑。該導電漿料易于形成包覆基體材料的導電網(wǎng)絡，制備工藝簡單，生產效率高，所得碳納米管漿料穩(wěn)定性好，保質期長。
【專利說明】碳納米管導電漿料及其制備方法和用途
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及碳納米管導電材料，特別是涉及一種碳納米管導電漿料及其制備方法和用途。
【【背景技術】】
[0002]碳納米管是優(yōu)秀的導電劑，其尺寸一般為2~100納米，長度可達10~50微米。碳納米管不但能夠在導電網(wǎng)絡中起到導線的作用，而且還具有雙電層效應及超級電容器的高倍率特性。同時，碳納米管良好的導熱性能有利于電池充放電時的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長電池的壽命。
[0003]Sheem等人(Journal of Power Sources2006, 158，1425-1430)對比了多壁碳納米管和傳統(tǒng)的導電炭黑對鋰離子電池的影響，結果發(fā)現(xiàn)，無論在電容量和循環(huán)次數(shù)上，多壁碳納米管都明顯的優(yōu)于導電炭黑。然而，由于碳納米管相互之間較強的范德華力，使得碳納米管之間相互纏繞在一起，難以均勻地分散到材料中，從而影響了碳納米管本身物理性能的發(fā)揮。
[0004]目前鋰電池生產所用的碳納米管導電漿料中，碳納米管含量在2~5%左右，研磨時間需要6小時以上，易發(fā)生團聚沉降現(xiàn)象，且保質期短。添加到鋰離子電池正負極材料漿料中碳納米管的含量在0.5~2%左右，由于碳納米管呈纖維狀，而正極材料呈顆粒狀，這種差異性使得碳納米管與正極材料以點接觸狀態(tài)存在，從而影響了鋰離子電池的導電性能。
【
【發(fā)明內容】
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[0005]本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種易于形成包覆基體材料的導電網(wǎng)絡，制備工藝簡單，生產效率高，所得碳納米管漿料穩(wěn)定性好，保質期長的碳納米管導電漿料。
[0006]本發(fā)明的目的還在于提供所述碳納米管導電漿料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供所述碳納米管導電漿料的用途。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種碳納米管導電漿料，該導電漿料包含以重量百分比計的下列組分:
[0009]導電功能體2~10
[0010]分散劑 0.2~5
[0011]溶劑85 ~97.8。
[0012]導電功能體為球狀碳納米管基團，由多個碳納米管基團聚集而成的球狀碳納米管團聚體，球狀碳納米管基團或球狀碳納米管團聚體與碳黑、乙炔黑、碳纖維、導電石墨、石墨烯中的一種或幾種的組合。`
[0013]球狀碳納米管基團是將碳納米管粉體置于研磨機或氣流粉碎機中，通過旋轉使無序纏繞的碳納米管團聚成有序交織的基團而形成，所述基團的粒徑為0.1~3微米，形狀為球形或棒形，所述球形為圓球形或橢球形。
[0014]球狀碳納米管團聚體是由若干個球狀碳納米管基團在無介質的研磨機中經(jīng)旋轉團聚而成，該團聚體的粒徑為3~50微米,形狀為球形或棒形,所述球形為圓球形或橢球形。
[0015]所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0016]所述溶劑包括有機溶劑和無機溶劑，其中有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種的組合，無機溶劑為水，所述分散劑為聚乙烯及吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或幾種組合。
[0017]本發(fā)明還提供了所述碳納米管導電漿料的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0018]a、將所述導電功能體和分散劑按所述比例加入溶劑中攪拌，得到預混料；
[0019]b、將預混料在研磨機中研磨5秒鐘~60分鐘，所述研磨機的線速度為5~50米/秒，形成包含有多個粒徑為0.1~3微米的球形或棒形碳納米管團聚體的網(wǎng)絡導電漿料。
[0020]步驟b中，預混料在有研磨介質的研磨機中研磨或在無研磨介質的研磨機中研磨。
[0021]所述研磨介質為硅酸鋯珠、二氧化鋯珠、二氧化鋁珠或鋼珠中的一種或幾種的組
合
[0022]本發(fā)明還提供了所述碳納米管導電漿料的用途，該碳納米管導電漿料可作為鋰電池正負極材料的導電劑。
[0023]本發(fā)明的貢獻在于，其有效解決了現(xiàn)有碳納米管導電漿料制備方法所存在的加工時間長，生產效率低，碳納米管分散性差，添加到鋰電池正負極材料中不能形成有效包覆網(wǎng)絡及導電性差等問題。本發(fā)明的碳納米管基團和碳納米管團聚體的球狀結構易于形成包覆基體材料的導電網(wǎng)絡，使得原有的碳納米管與正極材料的點接觸方式變?yōu)槊娼佑|方式，因而可更好的發(fā)揮碳納米管的導電性能，且通過含球狀結構的碳納米管基團和碳納米管團聚體極大地優(yōu)化和改善了生產工藝，并可顯著節(jié)約能源。在實際應用中，該碳納米管基團或碳納米管團聚體可在短時間內經(jīng)直接研磨而制成鋰電池用導電漿料，因此大大減少了分散時間。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，易于實施和大規(guī)模推廣應用，且生產成本低廉。本發(fā)明的碳納米管導電漿料可作為導電劑用于鋰電池正負極材料。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0024]圖1是通過有介質的研磨機所制得的碳納米管導電漿料的掃描圖。
[0025]圖2是通過無介質的研磨機所制得的碳納米管導電漿料的掃描圖。
【【具體實施方式】】
[0026]下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構成任何限制。
[0027]實施例1
[0028]將500克的多壁碳納米管制備的碳納米管基團、100克的聚乙烯基吡咯烷酮和9.4公斤的N-甲基吡咯烷酮攪拌混合5分鐘，然后在有研磨介質的研磨機中研磨20分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為10米/秒，研磨介質為1mm的鋯珠，研磨后得到穩(wěn)定的含球狀碳納米管基團的碳納米管導電漿料，本實施例中，導電漿料中的碳納米管基團呈橢球狀，其掃描圖如圖1所示。[0029]實施例2
[0030]將500克的多壁碳納米管制備的碳納米管團聚體、100克聚乙烯基吡咯烷酮和9.4公斤的N-甲基吡咯烷酮一起攪拌混合5分鐘，然后在無介質的砂磨機中研磨5秒鐘，其中，砂磨機分散盤線速度為50米/秒，得到穩(wěn)定的含球狀碳納米管基團的碳納米管導電漿料，本實施例中，導電漿料中的碳納米管基團呈橢球狀，其掃描圖如圖2所示。
[0031]實施例3
[0032]將500克的多壁碳納米管制備碳納米管團聚體、50克羧甲基纖維素鈉和9.45公斤的水一起攪拌混合5分鐘，然后在有研磨介質的研磨機中研磨20分鐘，其中，研磨機分散盤線速度為10米/秒，介質為Imm的鋯珠，得到穩(wěn)定的含球狀碳納米管基團的碳納米管導電漿料，本實施例中，導電漿料中的碳納米管基團呈橢球狀。
[0033]實施例4
[0034]將500克的多壁碳納米管團聚體、50克羧甲基纖維素鈉和9.45公斤的水一起攪拌混合5分鐘，然后在無研磨介質的砂磨機中研磨5秒鐘，其中，砂磨機分散盤線速度為50米/秒，得到穩(wěn)定的含球狀碳納米管基團的碳納米管導電漿料，本實施例中，導電漿料中的碳納米管基團呈橢球狀。
[0035]盡管通過以上實施例對本發(fā)明進行了揭示，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構思的條件下，對以上各構件所做的變形、替換等均將落入本發(fā)明的權利要求范圍內。
【權利要求】
1.一種碳納米管導電漿料，其特征在于，該導電漿料包含以重量百分比計的下列組分: 導電功能體2?10 分散劑 0.2?5 溶劑85?97.8。
2.如權利要求1所述的碳納米管導電漿料，其特征在于，所述導電功能體為球狀碳納米管基團，由多個碳納米管基團聚集而成的球狀碳納米管團聚體，球狀碳納米管基團或球狀碳納米管團聚體與碳黑、乙炔黑、碳纖維、導電石墨、石墨烯中的一種或幾種的組合。
3.如權利要求1所述的碳納米管導電漿料，其特征在于，所述球狀碳納米管基團是將碳納米管粉體置于研磨機或氣流粉碎機中，通過旋轉使無序纏繞的碳納米管團聚成有序交織的基團而形成，所述基團的粒徑為0.1?3微米，形狀為球形或棒形。
4.如權利要求3所述的碳納米管導電漿料，其特征在于，所述球狀碳納米管團聚體是由若干個球狀碳納米管基團在無介質的研磨機中經(jīng)旋轉團聚而成，該團聚體的粒徑為3?50微米，形狀為球形或棒形。
5.如權利要求2至4中任一條所述的碳納米管導電漿料，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。
6.如權利要求1所述的碳納米管導電漿料，其特征在于，所述溶劑包括有機溶劑和無機溶劑，其中有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種的組合，無機溶劑為水，所述分散劑為聚乙烯及吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或幾種組合。
7.如權利要求1所述碳納米管導電漿料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: a、將所述導電功能體和分散劑按所述比例加入溶劑中攪拌，得到預混料； b、將預混料在研磨機中研磨5秒鐘?60分鐘，所述研磨機的線速度為5?50米/秒，形成包含有多個粒徑為0.1?3微米的球形或棒形碳納米管團聚體的網(wǎng)絡導電漿料。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(b)中，預混料在有研磨介質的研磨機中研磨或在無研磨介質的研磨機中研磨。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述研磨介質為硅酸鋯珠、二氧化鋯珠、二氧化鋁珠或鋼珠中的一種或幾種的組合。
10.權利要求1所述的碳納米管導電漿料作為鋰電池正負極材料導電劑的應用。
【文檔編號】H01M4/62GK103886932SQ201410114650
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】郜天宇, 趙紅娟, 梁穎 申請人:深圳市納米港有限公司