CN103886932B - 碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途 - Google Patents

碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途，碳纳米管导电浆料由导电功能体、分散剂、溶剂按导电功能体：分散剂：溶剂=2～10：0.2～5：85～97.8的质量比配制而成。导电功能体为球状碳纳米管基团、球状碳纳米管团聚体或其与碳黑、乙炔黑、碳纤维、导电石墨、石墨烯中的一种或几种的组合。制备方法是将所述导电功能体和分散剂按所述比例加入溶剂中搅拌，得到预混料，将预混料在研磨机中研磨，形成包含有多个粒径为0.1～3微米的球形碳纳米管基团的导电浆料。该碳纳米管导电浆料可作为锂电池正负极材料的导电剂。该导电浆料易于形成包覆基体材料的导电网络，制备工艺简单，生产效率高，所得碳纳米管浆料稳定性好，保质期长。

Description

碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途
【技术领域】
本发明涉及碳纳米管导电材料，特别是涉及一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途。
【背景技术】
碳纳米管是优秀的导电剂，其尺寸一般为2～100纳米，长度可达10～50微米。碳纳米管不但能够在导电网络中起到导线的作用，而且还具有双电层效应及超级电容器的高倍率特性。同时，碳纳米管良好的导热性能有利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命。
Sheem等人（Journal of Power Sources2006,158,1425-1430）对比了多壁碳纳米管和传统的导电炭黑对锂离子电池的影响，结果发现，无论在电容量和循环次数上，多壁碳纳米管都明显的优于导电炭黑。然而，由于碳纳米管相互之间较强的范德华力，使得碳纳米管之间相互缠绕在一起，难以均匀地分散到材料中，从而影响了碳纳米管本身物理性能的发挥。
目前锂电池生产所用的碳纳米管导电浆料中，碳纳米管含量在2～5%左右，研磨时间需要6小时以上，易发生团聚沉降现象，且保质期短。添加到锂离子电池正负极材料浆料中碳纳米管的含量在0.5～2%左右，由于碳纳米管呈纤维状，而正极材料呈颗粒状，这种差异性使得碳纳米管与正极材料以点接触状态存在，从而影响了锂离子电池的导电性能。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种易于形成包覆基体材料的导电网络，制备工艺简单，生产效率高，所得碳纳米管浆料稳定性好，保质期长的碳纳米管导电浆料。
本发明的目的还在于提供所述碳纳米管导电浆料的制备方法。
本发明的目的还在于提供所述碳纳米管导电浆料的用途。
为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管导电浆料，该导电浆料包含以重量百分比计的下列组分：
导电功能体 2～10
分散剂 0.2～5
溶剂 85～97.8。
导电功能体为球状碳纳米管基团，由多个碳纳米管基团聚集而成的球状碳纳米管团聚体，球状碳纳米管基团或球状碳纳米管团聚体与碳黑、乙炔黑、碳纤维、导电石墨、石墨烯中的一种或几种的组合。
球状碳纳米管基团是将碳纳米管粉体置于研磨机或气流粉碎机中，通过旋转使无序缠绕的碳纳米管团聚成有序交织的基团而形成，所述基团的粒径为0.1～3微米，形状为球形或棒形，所述球形为圆球形或椭球形。
球状碳纳米管团聚体是由若干个球状碳纳米管基团在无介质的研磨机中经旋转团聚而成，该团聚体的粒径为3～50微米，形状为球形或棒形，所述球形为圆球形或椭球形。
所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
所述溶剂包括有机溶剂和无机溶剂，其中有机溶剂为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种或几种的组合，无机溶剂为水，所述分散剂为聚乙烯及吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种组合。
本发明还提供了所述碳纳米管导电浆料的制备方法，该方法包括如下步骤：
a、将所述导电功能体和分散剂按所述比例加入溶剂中搅拌，得到预混料；
b、将预混料在研磨机中研磨5秒钟～60分钟，所述研磨机的线速度为5～50米/秒，形成包含有多个粒径为0.1～3微米的球形或棒形碳纳米管团聚体的网络导电浆料。
步骤b中，预混料在有研磨介质的研磨机中研磨或在无研磨介质的研磨机中研磨。
所述研磨介质为硅酸锆珠、二氧化锆珠、二氧化铝珠或钢珠中的一种或几种的组合。
本发明还提供了所述碳纳米管导电浆料的用途，该碳纳米管导电浆料可作为锂电池正负极材料的导电剂。
本发明的贡献在于，其有效解决了现有碳纳米管导电浆料制备方法所存在的加工时间长，生产效率低，碳纳米管分散性差，添加到锂电池正负极材料中不能形成有效包覆网络及导电性差等问题。本发明的碳纳米管基团和碳纳米管团聚体的球状结构易于形成包覆基体材料的导电网络，使得原有的碳纳米管与正极材料的点接触方式变为面接触方式，因而可更好的发挥碳纳米管的导电性能，且通过含球状结构的碳纳米管基团和碳纳米管团聚体极大地优化和改善了生产工艺，并可显著节约能源。在实际应用中，该碳纳米管基团或碳纳米管团聚体可在短时间内经直接研磨而制成锂电池用导电浆料，因此大大减少了分散时间。本发明的制备方法工艺简单，易于实施和大规模推广应用，且生产成本低廉。本发明的碳纳米管导电浆料可作为导电剂用于锂电池正负极材料。
【附图说明】
图1是通过有介质的研磨机所制得的碳纳米管导电浆料的扫描图。
图2是通过无介质的研磨机所制得的碳纳米管导电浆料的扫描图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
实施例1
将500克的多壁碳纳米管制备的碳纳米管基团、100克的聚乙烯基吡咯烷酮和9.4公斤的N-甲基吡咯烷酮搅拌混合5分钟，然后在有研磨介质的研磨机中研磨20分钟，其中，研磨机分散盘的线速度为10米/秒，研磨介质为1mm的锆珠，研磨后得到稳定的含球状碳纳米管基团的碳纳米管导电浆料，本实施例中，导电浆料中的碳纳米管基团呈椭球状，其扫描图如图1所示。
实施例2
将500克的多壁碳纳米管制备的碳纳米管团聚体、100克聚乙烯基吡咯烷酮和9.4公斤的N-甲基吡咯烷酮一起搅拌混合5分钟，然后在无介质的砂磨机中研磨5秒钟，其中，砂磨机分散盘线速度为50米/秒，得到稳定的含球状碳纳米管基团的碳纳米管导电浆料，本实施例中，导电浆料中的碳纳米管基团呈椭球状，其扫描图如图2所示。
实施例3
将500克的多壁碳纳米管制备碳纳米管团聚体、50克羧甲基纤维素钠和9.45公斤的水一起搅拌混合5分钟，然后在有研磨介质的研磨机中研磨20分钟，其中，研磨机分散盘线速度为10米/秒，介质为1mm的锆珠，得到稳定的含球状碳纳米管基团的碳纳米管导电浆料，本实施例中，导电浆料中的碳纳米管基团呈椭球状。
实施例4
将500克的多壁碳纳米管团聚体、50克羧甲基纤维素钠和9.45公斤的水一起搅拌混合5分钟，然后在无研磨介质的砂磨机中研磨5秒钟，其中，砂磨机分散盘线速度为50米/秒，得到稳定的含球状碳纳米管基团的碳纳米管导电浆料，本实施例中，导电浆料中的碳纳米管基团呈椭球状。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种碳纳米管导电浆料，其特征在于，该导电浆料包含以重量百分比计的下列组分：
导电功能体2～10
分散剂0.2～5
溶剂85～97.8，
所述导电功能体为碳纳米管基团或碳纳米管团聚体与碳黑、乙炔黑、碳纤维、导电石墨、石墨烯中的一种或几种的组合,所述碳纳米管基团是将碳纳米管粉体置于研磨机或气流粉碎机中，通过旋转使无序缠绕的碳纳米管团聚成有序交织的基团而形成，所述基团的粒径为0.1～3微米，形状为球形或棒形,所述碳纳米管团聚体是由若干个碳纳米管基团在无介质的研磨机中经旋转团聚而成，该团聚体的粒径为3～50微米，形状为球形或棒形；
碳纳米管导电浆料采用如下方法制备：
a、将所述导电功能体和分散剂按所述比例加入溶剂中搅拌，得到预混料；
b、将预混料在研磨机中研磨5秒钟～60分钟，所述研磨机的线速度为5～50米/秒，形成包含有多个粒径为0.1～3微米的球形或棒形碳纳米管团聚体的网络导电浆料。
2.如权利要求1所述的碳纳米管导电浆料，其特征在于，所述碳纳米管粉体为单壁碳纳米管粉体或多壁碳纳米管粉体。
3.如权利要求1所述的碳纳米管导电浆料，其特征在于，所述溶剂包括有机溶剂和无机溶剂，其中有机溶剂为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种或几种的组合，无机溶剂为水，所述分散剂为聚乙烯及吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种组合。
4.如权利要求1所述的碳纳米管导电浆料，其特征在于，步骤(b)中，预混料在有研磨介质的研磨机中研磨或在无研磨介质的研磨机中研磨。
5.如权利要求4所述的碳纳米管导电浆料，其特征在于，所述研磨介质为硅酸锆珠、二氧化锆珠或钢珠中的一种或几种的组合。
6.权利要求1所述的碳纳米管导电浆料作为锂电池正负极材料导电剂的应用。
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