CN110085866A - 一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合表面活性剂与溶剂，进行初步预混合分散，得到混合溶液；(2)真空条件下将碳纳米管加入步骤(1)所得混合溶液中，进行深度预混合分散，得到混合浆料；(3)高速离心分散步骤(2)所得混合浆料，得到碳纳米管导电浆料。本发明通过初步预混合分散、深度预混合分散与高速离心分散的相互配合，提高了碳纳米管的分散效果，降低了导电浆料的粘度，从而提高了导电浆料的导电性能，有利于导电浆料的后续应用，且本发明提供的制备方法制备得到的导电浆料粘度小，且固含量高，导电性能优异。

Description

一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂离子电池用导电浆料及其制备方法和用途，尤其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
锂离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽等特点，锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜与电解液等组成部分，导电浆料是正极材料的重要组成部分，导电浆料对电池的循环性能、容量、倍率性能有着重要的影响。导电浆料中常用的导电剂有颗粒状导电剂，如乙炔黑、炭黑、人造石墨和天然石墨等；纤维状导电剂如金属纤维、气相法生长碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。其中，碳纳米管具有非常高的长径比，比表面积高，导电导热性能良好，有利于锂离子在充放电过程中的迁入迁出。
碳纳米管导电剂可以形成大量结实的网络，进而将正极活性颗粒紧紧包裹，使得碳纳米管与正极活性物质颗粒之间能够紧密地相互接触，在少量程度上减少了由于充放电过程中活性物质颗粒体积发生物理化学膨胀收缩变化所引起的导电剂与活性物质颗粒接触不充分的几率，降低了由于不充分接触而引起的电阻增加，可以为电子在电极中的移动提供通道。而且，碳纳米管还能够提升活性物质颗粒之间以及集流体箔材之间的物理粘结性能。
CN 107706424 A公开了一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，该制备方法为将分散剂和溶剂进行混合处理，分散剂与溶剂混合均匀后，加入导电功能体，进行预分散，得到预混料，对所得预混料进行研磨处理，得到碳纳米管导电浆料。并公开了研磨方式为砂磨，且对研磨介质进行了具体限定。但采用研磨的方式对预混料进行处理，不仅处理时间长，分散不均匀，所得导电浆料的粘度较高，不利于对浆料的后续加工，且研磨工艺对碳纳米管的结构破坏较大，对导电浆料的导电性能存在一定的影响。
CN 108899544 A公开了一种超高纯度/超细碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途，该制备方法包括：(1)采用超高纯度/超细碳纳米管作为原料，将其加入分散剂和溶剂的混合溶液中，进行两次分散，得到初始碳纳米管导电浆料；(2)采用高压分散装置对所得初始碳纳米管导电浆料进行两次处理，压力范围是7000-30000psi，流量范围是0.5-3L/min，得到粒径小、粘度低的碳纳米管导电浆料成品。但该方法所述高压分散装置对碳管的破坏程度更大，高压下碳纳米管的结构破坏更为严重，对导电浆料的导电性能存在一定的影响。因此，开发一种克服研磨对碳纳米管结构造成的不利影响，且分散效果好，分散时间短，制备得到的导电浆料的粘度低、导电性能优良的碳纳米管导电浆料的制备方法，对电极材料的制备以及提升锂离子电池的性能具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途，该制备方法操作简单，通过初步预混合分散、深度预混合分散与高速离心分散相互配合，改变混合过程中的工艺参数以及加料方式，提高了导电浆料的分散效果，缩短了制备导电浆料所需的分散时间，且该工艺无需使用研磨工艺，降低了对碳纳米管结构的破坏，制备得到的导电浆料的粘度低，导电性能优良，有利于导电浆料的后续应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)混合表面活性剂与溶剂，进行初步预混合分散，得到混合溶液；
(2)真空条件下将碳纳米管加入步骤(1)所得混合溶液中，进行深度预混合分散，得到混合浆料；
(3)高速离心分散步骤(2)所得混合浆料，得到碳纳米管导电浆料。
本发明通过首先对表面活性剂与溶剂的混合液进行初步预混合分散处理，然后在真空条件下将碳纳米管加入步骤(1)所得到的混合溶液中，真空条件能够除去碳纳米管之间的空气，从而提高碳纳米管在混合溶液中的分散程度，从而保证了后续高速离心分散处理的分散效果，提高了碳纳米管导电浆料的导电性能。
优选地，步骤(1)所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或羟甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇的组合，聚乙烯醇与聚乙二醇的组合，聚乙烯醇、聚乙二醇与羟甲基纤维素的组合或聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇与羟甲基纤维素的组合。
优选地，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、去离子水、乙醇或N-环己烷吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括N-甲基吡咯烷酮与乙醇的组合，去离子水与乙醇的组合，去离子水、乙醇与N-环己烷吡咯烷酮的组合或N-甲基吡咯烷酮、去离子水、乙醇与N-环己烷吡咯烷酮的组合。
优选地，所述表面活性剂与溶剂的质量比为1:(27-98)，例如可以是1:27、1:35、1:45、1:50、1:55、1:65、1:75、1:85、1:95或1:98，优选为1:(27-96)。
优选地，步骤(1)所述初步预混合分散为真空分散。
优选地，所述真空分散的转速为500-2000r/min，例如可以是500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min，优选为1000-1500r/min。
优选地，步骤(1)所述真空分散的流量为50-1000L/min，例如可以是50L/min、100L/min、200L/min、300L/min、400L/min、500L/min、600L/min、700L/min、800L/min、900L/min或1000L/min，优选为200-600L/min。
本发明所述真空分散时，表面活性剂缓慢地加入到循环流动的溶剂中，本发明所述真空分散的流量为溶剂循环流动的流量。
优选地，所述真空分散的绝对压力为0.01-0.02MPa，例如可以是0.01MPa、0.012MPa、0.014MPa、0.016MPa、0.018MPa或0.02MPa，优选为0.012-0.018MPa。
优选地，所述真空分散的时间为10-120min，例如可以是10min、15min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min，优选为15-60min。
优选地，步骤(1)所述真空分散的温度不高于70℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃，真空分散过程中，混合溶液的温度不断上升，温度升高时可以提高碳纳米管的分散效果，但过高的温度易破坏碳纳米管的结构，对碳纳米管导电浆料的性能产生不利影响，因此本申请步骤(1)所述真空分散的温度设定为不超过70℃。
优选地，步骤(2)所述碳纳米管的管径为5-80nm，例如可以是5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm或80nm，比表面积为50-300m2/g，例如可以是50m2/g、60m2/g、70m2/g、100m2/g、150m2/g、200m2/g、250m2/g或300m2/g。碳纳米管的管径较小时，比表面积较大，小管径、大比表面的碳纳米管的固含量越高，制备得到的导电浆料的粘度越大，不利于后续应用；碳纳米管的管径较大时，比表面积较小，同样的，大管径、小比表面积的碳纳米管的固含量越高，制备得到的导电浆料的粘度越大，同样不利于后续应用。本发明所述碳纳米管在本发明提供的制备方法下制备导电浆料，能够在保证提高固含量的前提下，降低粘度，不仅提高了导电浆料的导电性能，还降低了后续加工应用的难度。
优选地，所述碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(6-30)，例如可以是1:6、1:7、1:9、1:12、1:13、1:15、1:18、1:20、1:25或1:30。例如，当碳纳米管的管径为5-15nm，比表面积为250-300m2/g时，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(20-30)，例如可以是1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28、1:29或1:30；当碳纳米管的管径为16-30nm，比表面积为125-240m2/g时，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(13-30)，例如可以是1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28、1:29或1:30；当碳纳米管的管径为31-80nm，比表面积为50-120m2/g时，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(6-13)，例如可以是1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12或1:13，优选为1:(7-12)。
优选地，步骤(2)所述真空条件的绝对压力为0.01-0.02MPa，例如可以是0.01MPa、0.012MPa、0.014MPa、0.016MPa、0.018MPa或0.02MPa，优选为0.012-0.018MPa。
优选地，所述深度预混合分散为离心分散。
优选地，所述离心分散的转速为1000-2500r/min，例如可以是1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min、2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min或2500r/min，优选为1200-1800r/min。
优选地，所述离心分散过程中，步骤(1)所得混合溶液循环流动。
优选地，所述混合溶液循环流动的流量为50-1000L/min，例如可以是50L/min、100L/min、200L/min、300L/min、400L/min、500L/min、600L/min、700L/min、800L/min、900L/min或1000L/min，优选为200-600L/min。
优选地，所述离心分散的时间为30-90min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min，优选为50-70min。
优选地，所述离心分散的温度不超过70℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃。离心分散过程中，混合浆料的温度不断上升，温度升高时可以提高碳纳米管的分散效果，但过高的温度易破坏碳纳米管的结构，对碳纳米管导电浆料的性能产生不利影响，因此本申请所述离心分散的温度设定为不超过70℃。
本发明通过离心分散的方式进行深度预混合分散，并具体限定了离心分散时的转速、混合溶液的循环流动流量，离心分散的时间以及离心分散的温度，不仅克服了现有技术所用研磨对碳纳米管结构的破坏，还能保证碳纳米管在混合溶液中的分散程度，从而制备出分散效果良好的混合浆料。
优选地，步骤(2)所述加入的步骤包括：分散成雾状的碳纳米管加入到步骤(1)所述混合溶液中。
优选地，步骤(3)所述高速离心分散时，步骤(2)所得混合浆料循环流动。
优选地，所述混合浆料循环流动的流量为3-20L/min，例如可以是3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min、10L/min、11L/min、12L/min、13L/min、14L/min、15L/min、16L/min、17L/min、18L/min、19L/min或20L/min，优选为10-15L/min。
本发明混合浆料循环流动，当混合浆料循环的流量较低时，混合浆料单次离心分散的时间较长，对碳纳米管的破坏程度较大；当混合浆料循环的流量较高时，混合浆料单次离心分散的时间较短，不利于提高分散程度，从而不利于降低碳纳米管导电浆料的粘度。
本发明中，分散成雾状的碳纳米管在真空环境下与混合溶液混合，碳纳米管在与混合溶液混合之前，雾状碳纳米管内部的空气被吸出，与流动的混合溶液接触后，能够更好地分散在混合溶液中。当混合有碳纳米管的混合浆料循环流动到常压区时，混合溶液能够更好地浸入到碳纳米管之间的空穴中，提高了均匀分散的效果，从而提高了所得混合浆料的稳定性。
优选地，所述高速离心分散的转速为2000-3000r/min，例如可以是2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min或3000r/min，优选为2400-2800r/min。
优选地，所述高速离心分散的时间为10-60min，例如可以是10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min，优选为30-50min。
本发明所述高速离心分散的时间为混合浆料高速离心分散的时间，当混合浆料的循环流量不变时，混合浆料的循环次数随着高速离心分散时间的增加而提高。本发明通过对经初步预混合分散以及深度预混合分散处理后的混合浆料进行高速离心分散，混合浆料中的碳纳米管在搅拌桨带动下不断撞击器壁，而高速转动带来的真空又使撞击器壁后的碳纳米管返回搅拌桨的搅拌区域，混合浆料在高速转动的情况下循环流动，进而提高了分散效果。
优选地，步骤(3)所述高速离心分散的温度为不超过80℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃。高速离心分散过程中，导电浆料的温度不断上升，温度升高可以提高碳纳米管的分散效果，但过高的温度易破坏碳纳米管的结构，对碳纳米管导电浆料的性能产生不利影响，因此本申请所述高速离心分散的温度设定为不超过80℃。
优选地，所述高速离心分散在氮气保护下进行。
优选地，本发明还可以通过在高速离心分散时在混合浆料中通入氮气，使氮气与高速离心相结合，氮气在混合浆料中鼓出的空泡在搅拌桨的带动下与碳纳米管撞击混合，提高了碳纳米管在导电浆料中的分散效果，且从导电浆料中连续溢出的氮气还起到了氮气保护的作用。
优选地，步骤(3)所述碳纳米管导电浆料的粒径为D50≤1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，优选为D50≤0.8μm。
优选地，所述导电浆料的固含量为4-20wt.％，例如可以是4wt.％、5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％、16wt.％、17wt.％、18wt.％、19wt.％或20wt.％，优选为6-10wt.％。
优选地，所述导电浆料的粘度≤10000cps，例如可以是1000cps、2000cps、3000cps、4000cps、5000cps、6000cps、7000cps、8000cps、9000cps或10000cps，优选为≤5000cps。
当碳纳米管的管径与比表面积确定时，导电浆料的固含量越高，导电浆料的粘度越高，应用不同的分散条件，得到的导电浆料的粘度也不相同，本发明通过初步预混合分散、深度预混合分散以及高速离心分散工艺的结合，能够得到低管径、高比表面积碳纳米管的高固含量导电浆料，且粘度较低，有利于有序制作锂离子电池正负极材料的应用。
作为本发明第一方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:(27-98)混合表面活性剂与溶剂，绝对压力0.01-0.02MPa下进行真空分散，转速为500-2000r/min，流量为50-1000L/min，时间为10-120min，温度不高于70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.01-0.02MPa下，将管径为5-80nm，比表面积为50-300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为50-1000L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(6-30)，进行离心分散，转速为1000-2500r/min，时间为30-90min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为3-20L/min，高速离心分散的转速为2000-3000r/min，时间为10-60min，温度不超过80℃，得到粒径D50≤1μm碳纳米管导电浆料，导电浆料的固含量为4-20wt.％，导电浆料的粘度≤10000cps。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述制备方法制备得到的碳纳米管导电浆料。
第三方面，本发明提供了如第二方面所述碳纳米管导电浆料用于制备锂离子电池正负极材料的用途。
本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过初步预混合分散、深度预混合分散与高速离心分散的相互配合，提高了碳纳米管的分散效果，当碳纳米管的管径为5-15nm、比表面积为250-300m2/g，且导电浆料的固含量为4％时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至4063cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至50Ω·m；当碳纳米管的管径为16-30nm、比表面积为125-240m2/g，且导电浆料的固含量为7.1％时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至2254cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至89Ω·m；当碳纳米管的管径为31-80nm、比表面积为50-120m2/g时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至1816cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至83Ω·m，导电性能良好，从而提高了导电浆料的导电性能，有利于导电浆料的后续应用。
附图说明
图1为实施例1制备得到的导电浆料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本发明所得导电浆料的粘度由旋转黏度计测定，测定温度为25℃。
实施例1
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:95混合羧甲基纤维素与N-甲基吡咯烷酮，绝对压力0.01MPa下进行真空分散，转速为1200r/min，流量为400L/min，时间为40min，温度不高于70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.01MPa下，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为400L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:24，进行离心分散，转速为1600r/min，时间为60min，温度不高于70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为12L/min，高速离心分散的转速为2600r/min，时间为40min，温度不高于80℃，得到粒径D50＝0.6μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为4wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为4063cps，所得碳纳米管导电浆料的扫描电镜图如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:94混合聚乙烯吡咯烷酮与N-甲基吡咯烷酮，绝对压力0.012MPa下进行真空分散，转速为1500r/min，流量为600L/min，时间为60min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.012MPa下，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为600L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:20，进行离心分散，转速为1800r/min，时间为70min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为10L/min，高速离心分散的转速为2800r/min，时间为30min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝0.8μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为4.7wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为4318cps。
实施例3
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:96混合羧甲基纤维素与N-环己烷吡咯烷酮，绝对压力0.015MPa下进行真空分散，转速为1000r/min，流量为200L/min，时间为15min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.015MPa下，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为200L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:30，进行离心分散，转速为1200r/min，时间为50min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为15L/min，高速离心分散的转速为2400r/min，时间为50min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝0.5μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为3.2wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为3612cps。
实施例4
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:93混合羧甲基纤维素与N-环己烷吡咯烷酮，绝对压力0.018MPa下进行真空分散，转速为2000r/min，流量为1000L/min，时间为120min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.018MPa下，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为1000L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:24，进行离心分散，转速为2500r/min，时间为90min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为3L/min，高速离心分散的转速为3000r/min，时间为10min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝1μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为4wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为4238cps。
实施例5
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:97混合聚乙烯吡咯烷酮与N-甲基吡咯烷酮，绝对压力0.02MPa下进行真空分散，转速为500r/min，流量为50L/min，时间为10min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.02MPa下，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为50L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:24，进行离心分散，转速为1000r/min，时间为30min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为20L/min，高速离心分散的转速为2000r/min，时间为60min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝0.4μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为4wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为3847cps。
实施例6
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:75混合羟甲基纤维素与去离子水，绝对压力0.01MPa下进行真空分散，转速为1200r/min，流量为400L/min，时间为40min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.01MPa下，将管径为16-30nm，比表面积为240m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为400L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:13，进行离心分散，转速为1600r/min，时间为60min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为12L/min，高速离心分散的转速为2600r/min，时间为40min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝0.8μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为7.1wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为2254cps。
实施例7
本实施例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:27混合聚乙烯吡咯烷酮与乙醇，绝对压力为0.01MPa下进行真空分散，转速为1200r/min，流量为400L/min，时间为40min，温度不超过70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.01MPa下，将管径为31-80nm，比表面积为120m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为400L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:6，进行离心分散，转速为1600r/min，时间为60min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为12L/min，高速离心分散的转速为2600r/min，时间为40min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝1μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为16.7wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为1816cps。
对比例1
本对比例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，除步骤(2)中碳纳米管在常压下加入步骤(1)所得混合溶液，其余均与实施例1相同，制备得到的碳纳米管导电浆料的固含量为4wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为34915cps。
对比例2
本对比例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)常压下按质量比1:95混合羟甲基纤维素与N-甲基吡咯烷酮，得到预混合溶液，将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入预混合溶液中形成混合溶液，进行离心分散，混合溶液循环流动，流量为400L/min，转速为1600r/min，时间为100min，温度不超过70℃，得到混合浆料；
(2)氮气保护下高速离心分散步骤(1)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为12L/min，高速离心分散的转速为2600r/min，时间为40min，温度不超过80℃，得到粒径D50＝0.6μm碳纳米管导电浆料，碳纳米管导电浆料的固含量为4wt.％，碳纳米管导电浆料的粘度为45871cps。
对比例3
本对比例提供了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，所述制备方法应用CN108899544 A中实施例1提供的方法对将管径为5-15nm，比表面积为300m2/g的碳纳米管进行处理，制备得到的碳纳米管导电浆料的固含量为4％，粘度为5137cps。
对实施例1-7以及对比例1-3提供的碳纳米管导电浆料进行极片电阻率测试，将磷酸铁锂、导电炭黑、碳纳米管导电浆料、聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮按照质量比95:1:1.5:2.5:47进行匀浆，然后使用200μm的涂布刮刀将匀浆后的浆料涂布在PI膜上，140℃烘干1h，使用型号为RTS-8的四探针测试仪进行测试，对称取九个点，九个点所测电阻率的平均值即为所得数值，极片电阻率的测试数据以及碳纳米管导电浆料的粘度数据，如表1所示。
表1
粘度/cps 电阻率/Ω·m
实施例1 4063 50
实施例2 4318 58
实施例3 3612 63
实施例4 4238 66
实施例5 3847 70
实施例6 2254 89
实施例7 1816 112
对比例1 34915 83
对比例2 45817 91
对比例3 5137 77
由表1可知，本发明实施例1制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为4063cps，电阻率为50Ω·m；实施例2制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为4318cps，电阻率为58Ω·m；实施例3制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为3612cps，电阻率为63Ω·m；实施例4制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为4238cps，电阻率为66Ω·m；实施例5制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为3847cps，电阻率为70Ω·m；而对比例3采用的制备方法为高压研磨，对碳纳米管的结构造成了破坏，制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为5137cps，高于实施例1-5中的3612-4063cps；对比例3制备得到的碳纳米管导电浆料的电阻率为77Ω·m，高于实施例1-5中的50-70Ω·m。
本发明实施例6-7制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度随着碳纳米管的管径增大、比表面积的降低而降低。实施例6中碳纳米管的管径为16-30nm，比表面积为240m2/g，制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为2254cps，电阻率为89Ω·m；实施例7中碳纳米管的管径为31-80nm，比表面积为120m2/g，制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为1816cps，电阻率为112Ω·m。
对比例1提供的碳纳米管导电浆料的制备方法中，除步骤(2)中碳纳米管在常压下加入步骤(1)所得混合溶液，其余均与实施例1相同。由于碳纳米管在常压下加入步骤(1)所得混合溶液，碳纳米管在混合浆料中的分散程度不佳，影响后续的高速离心分散。对比例1制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为34915cps，高于实施例1中的4063cps；对比例1制备得到的碳纳米管导电浆料的电阻率为83Ω·m，高于实施例1中的50Ω·m。
对比例2提供的碳纳米管导电浆料的制备方法中，与实施例1相比，对比例2中没有进行初步预混合分散，而是将表面活性剂、溶剂与碳纳米管混合后进行分散。对比例2制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度为45817cps，高于实施例1中的4063cps；对比例2制备得到的碳纳米管导电浆料的电阻率为91Ω·m，高于实施例1中的50Ω·m。
综上，本发明通过初步预混合分散、深度预混合分散与高速离心分散的相互配合，提高了碳纳米管的分散效果，降低了导电浆料的粘度，当碳纳米管的管径为5-15nm、比表面积为250-300m2/g，且导电浆料的固含量为4％时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至4063cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至50Ω·m；当碳纳米管的管径为16-30nm、比表面积为125-240m2/g，且导电浆料的固含量为7.1％时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至2254cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至89Ω·m；当碳纳米管的管径为31-80nm、比表面积为50-120m2/g时，由本发明提供的方法制备得到的碳纳米管导电浆料的粘度低至1816cps，且对制备得到的碳纳米管导电浆料进行极片测试的电阻率低至83Ω·m，导电性能良好。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混合表面活性剂与溶剂，进行初步预混合分散，得到混合溶液；
(2)真空条件下将碳纳米管加入步骤(1)所得混合溶液中，进行深度预混合分散，得到混合浆料；
(3)高速离心分散步骤(2)所得混合浆料，得到碳纳米管导电浆料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或羟甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、去离子水、乙醇或N-环己烷吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述表面活性剂与溶剂的质量比为1:(27-98)，优选为1:(27-96)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述初步预混合分散为真空分散；
优选地，所述真空分散的转速为500-2000r/min，优选为1000-1500r/min；
优选地，所述真空分散的流量为50-1000L/min，优选为200-600L/min；
优选地，所述真空分散的绝对压力为0.01-0.02MPa，优选为0.012-0.018MPa；
优选地，所述真空分散的时间为10-120min，优选为15-60min；
优选地，所述真空分散的温度不高于70℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碳纳米管的管径为5-80nm，比表面积为50-300m2/g；
优选地，所述碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(6-30)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述真空条件的绝对压力为0.01-0.02MPa，优选为0.012-0.018MPa；
优选地，所述深度预混合分散为离心分散；
优选地，所述离心分散的转速为1000-2500r/min，优选为1200-1800r/min；
优选地，所述离心分散过程中，步骤(1)所得混合溶液循环流动；
优选地，所述混合溶液循环流动的流量为50-1000L/min，优选为200-600L/min；
优选地，所述离心分散的时间为30-90min，优选为50-70min；
优选地，所述离心分散的温度不高于70℃；
优选地，步骤(2)所述加入的步骤包括：分散成雾状的碳纳米管加入到步骤(1)所述混合溶液中。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述高速离心分散时，步骤(2)所得混合浆料循环流动；
优选地，所述混合浆料循环流动的流量为3-20L/min，优选为10-15L/min；
优选地，所述高速离心分散的转速为2000-3000r/min，优选为2400-2800r/min；
优选地，所述高速离心分散的时间为10-60min，优选为30-50min；
优选地，所述高速离心分散的温度不高于80℃；
优选地，所述高速离心分散在氮气保护下进行。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳纳米管导电浆料的粒径为D50≤1μm，优选为D50≤0.8μm；
优选地，所述导电浆料的固含量为4-20wt.％，优选为6-10wt.％；
优选地，所述导电浆料的粘度≤10000cps，优选为≤5000cps。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1:(27-98)混合表面活性剂与溶剂，绝对压力0.01-0.02MPa下进行真空分散，转速为500-2000r/min，流量为50-1000L/min，时间为10-120min，温度不高于70℃，得到混合溶液；
(2)绝对压力为0.01-0.02MPa下，将管径为5-80nm，比表面积为50-300m2/g的碳纳米管分散成雾状后加入步骤(1)所得混合溶液中，混合溶液循环流动，流量为50-1000L/min，碳纳米管与混合溶液的质量比为1:(6-30)，进行离心分散，转速为1000-2500r/min，时间为30-90min，温度不高于70℃，得到混合浆料；
(3)氮气保护下高速离心分散步骤(2)所得混合浆料中，混合浆料循环流动，流量为3-20L/min，高速离心分散的转速为2000-3000r/min，时间为10-60min，温度不高于80℃，得到粒径D50≤1μm碳纳米管导电浆料，导电浆料的固含量为4-20wt.％，导电浆料的粘度≤10000cps。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的碳纳米管导电浆料。
10.一种如权利要求9所述的碳纳米管导电浆料用于制备锂离子电池正负极材料的用途。
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Denomination of invention: A carbon nanotube conductive paste and its preparation method and application

Effective date of registration: 20230216

Granted publication date: 20220517

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Harbin Branch

Pledgor: HARBIN WANXIN GRAPHITE VALLEY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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