本發(fā)明涉及碳納米管導(dǎo)電材料，特別是涉及一種分散性及導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定且保質(zhì)期長的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

碳納米管是優(yōu)良的導(dǎo)電劑，其不僅能夠在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中起到導(dǎo)線的作用，還具有雙電層效應(yīng)及超級電容器的高倍率特性。同時，碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)熱性能還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。Sheem等人(Journal of power Sources,2006,158,1425-1430)對比了多壁碳納米管和傳統(tǒng)的導(dǎo)電炭黑對鋰離子電池的影響，結(jié)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(dǎo)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。

此外，現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)所用的碳納米管導(dǎo)電漿料中，碳納米管含量在2.5～5％左右，研磨時間6小時以上，工藝復(fù)雜，在研磨過程中不僅破壞了碳納米管的結(jié)構(gòu)，而且碳納米管導(dǎo)電漿料易發(fā)生團聚沉降現(xiàn)象，使其保質(zhì)期短。因此，如何簡化碳納米管導(dǎo)電漿料的制備工藝，避免破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)及發(fā)生團聚沉降現(xiàn)象以延長其保質(zhì)期就成為一種客觀需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種分散性及導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定且保質(zhì)期長的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

本發(fā)明的目的還在于提供所述碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的制備方法。

本發(fā)明的目的還在于提供所述碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的用途。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種碳納米管海綿導(dǎo)電漿料，該導(dǎo)電漿料包含以重量百分比計的如下組分：

碳納米管海綿 2～10

分散劑 0.2～5

溶劑 85～97.8。

所述碳納米管海綿是由50～500nm的碳納米管聚集形成的團聚體。

所述碳納米管海綿由氫氣、丙烯和氧化鎳碳制備而成，所述氫氣與丙烯的流量比為0.05～0.5：1。

所述氧化鎳碳由氧化鎳和重量百分含量為10～50％的檸檬酸溶液制備而成。

所述分散劑為聚乙烯基吡咯烷酮、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多種的組合。

所述溶劑為有機溶劑或無機溶劑，所述有機溶劑為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多種的組合，所述無機溶劑為水。

本發(fā)明還提供了所述碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的制備方法，該方法包括如下步驟：

a、將碳納米管海綿、分散劑、溶劑按2～10：0.2～5：85～97.8的重量比置于容器中，攪拌均勻，得到預(yù)混料；

b、將步驟a中的預(yù)混料在研磨機中以5～50米/秒的線速度研磨5～30分鐘，形成碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

步驟a中，所述碳納米管海綿的制備方法包括如下步驟：

a1、將氧化鎳置于重量百分含量為10～50％檸檬酸溶液中浸泡1～10小時，經(jīng)200～900℃干燥0.2～1小時后，得到氧化鎳碳催化劑；

a2、將步驟a1制得的氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣或惰性氣體的保護(hù)下將溫度升至500～900℃，再通入流量比為0.05～0.5：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)0.5～2小時后，自然冷卻至室溫，得到碳納米管海綿。

步驟b中，所述研磨機為裝有研磨介質(zhì)的研磨機或無研磨介質(zhì)的研磨機，所述研磨介質(zhì)為陶瓷氧化鋯球、三氧化二鋁球或鋼球的一種或多種的組合。

本發(fā)明還提供了所述碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的用途，該碳納米管海綿導(dǎo)電漿料可作為鋰離子電池正負(fù)極材料的導(dǎo)電劑。

本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，其有效解決了現(xiàn)有碳納米管導(dǎo)電漿料分散性能差、易團聚沉降、保質(zhì)期短、工藝復(fù)雜的問題。本發(fā)明通過以氧化鎳碳為催化劑，丙烯為碳源、氫氣為生長促進(jìn)劑制備出分散性能及導(dǎo)電性能良好，且分散過程中碳納米管結(jié)構(gòu)不被破壞的碳納米管海綿。由碳納米管海綿、分散劑及溶劑制備的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的分散性及導(dǎo)電性好，不易團聚沉降且制備工藝簡單。碳納米管海綿導(dǎo)電漿料作為鋰離子電池正負(fù)極材料的導(dǎo)電劑，具有導(dǎo)電性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好，保質(zhì)期長的特點。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的碳納米海綿的成像圖。

圖2是本發(fā)明的碳納米管海綿的掃描電子顯微鏡圖。

圖3是本發(fā)明的碳納米海綿漿料的掃描電子顯微鏡圖。

【具體實施方式】

下列實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和補充，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。

實施例1

將2千克檸檬酸溶解于8千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡5小時，經(jīng)500℃干燥0.8小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將10克的氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至700℃，再通入流量比為0.2：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。由本實施例形成的碳納米管海綿的外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，碳納米管海綿的形態(tài)如圖2所示。

將0.5千克碳納米管海綿，0.1千克聚乙烯基吡咯烷酮和9.5千克的N-甲基吡咯烷酮置于容器內(nèi)攪拌5分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)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(zhì)為1mm的陶瓷氧化鋯球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。由本實施例形成的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的形態(tài)如圖3所示。

實施例2

將1千克檸檬酸溶解于9千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡3小時，經(jīng)200℃干燥1小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將15克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至500℃，再通入流量比為0.5：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)2小時后，自然冷卻至室溫，得到2千克碳納米管海綿。

將1千克碳納米管海綿，0.05千克羧甲基纖維素鈉和9.45千克的水置于容器內(nèi)攪拌5分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于無研磨介質(zhì)的砂磨機中研磨5分鐘，其中，砂磨機分散盤的線速度為50米/秒，得到穩(wěn)定的碳納米管海綿漿料。

實施例3

將5千克的檸檬酸溶解于5千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡10小時，經(jīng)900℃干燥0.2小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將5克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氬氣的保護(hù)下將溫度升至900℃，再通入流量比為0.05：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)2小時后，自然冷卻至室溫，得到0.8千克碳納米管海綿。

將0.2千克碳納米管海綿，0.02千克聚乙烯醇和9.78千克的N,N-二甲基甲酰胺置于容器內(nèi)攪拌15分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨15分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為25米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的三氧化二鋁球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例4

將3千克的檸檬酸溶解于7千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡8小時，經(jīng)400℃干燥0.5小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將12克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至600℃，再通入流量比為0.1：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)0.8小時后，自然冷卻至室溫，得到1.2千克碳納米管海綿。

將0.8千克碳納米管海綿，0.5千克聚乙二醇和8.7千克的N,N-二甲基甲酰胺置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨30分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為5米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的鋼球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例5

將4千克的檸檬酸溶解于6千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡8小時，經(jīng)500℃干燥0.6小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將8克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至800℃，再通入流量比為0.3：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1.5小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。

將0.5千克碳納米管海綿，0.2千克聚乙二醇和9.3千克的N,N-二甲基乙酰胺置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨10分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為20米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的鋼球及陶瓷氧化鋯球的混合物，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例6

將3千克的檸檬酸溶解于7千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡5小時，經(jīng)700℃干燥0.4小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將10克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至700℃，再通入流量比為0.2：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。

將0.6千克碳納米管海綿，0.3千克羧甲基纖維素鈉和9.1千克的N,N-二甲基乙酰胺置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于無研磨介質(zhì)的研磨機中研磨10分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為20米/秒，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例7

將3千克的檸檬酸溶解于7千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡5小時，經(jīng)500℃干燥0.5小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將10克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至700℃，再通入流量比為0.2：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。

將0.3千克碳納米管海綿，0.08千克十二烷基磺酸鈉和9.62千克的聚乙烯吡咯烷酮置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨10分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為20米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的鋼陶瓷氧化鋯球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例8

將3千克的檸檬酸溶解于7千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡5小時，經(jīng)500℃干燥0.8小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將10克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至700℃，再通入流量比為0.2：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。

將0.2千克碳納米管海綿，0.1千克十二烷基苯磺酸鈉和9.7千克的聚乙烯吡咯烷酮置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨10分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為20米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的陶瓷氧化鋯球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

實施例9

將3千克的檸檬酸溶解于7千克水中形成檸檬酸溶液，再將氧化鎳置于檸檬酸溶液中浸泡5小時，經(jīng)500℃干燥0.8小時后，得到氧化鎳碳催化劑，然后將10克氧化鎳碳催化劑置于管式爐中，在氮氣的保護(hù)下將溫度升至700℃，再通入流量比為0.2：1的氫氣和丙烯，反應(yīng)1小時后，自然冷卻至室溫，得到1.5千克碳納米管海綿。

將0.7千克碳納米管海綿，0.05千克聚乙烯基吡咯烷酮，0.1千克聚乙二醇和9.25千克的聚乙烯吡咯烷酮置于容器內(nèi)攪拌10分鐘，得到預(yù)混料，然后將預(yù)混料置于有研磨介質(zhì)的研磨機中研磨10分鐘，其中，研磨機分散盤的線速度為20米/秒，研磨介質(zhì)為1mm的鋼球，研磨后得到穩(wěn)定的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料。

籍此，本發(fā)明通過以氮氣或惰性氣體為載氣，以氧化鎳碳為催化劑，丙烯為碳源、氫氣為生長促進(jìn)劑制備出分散性能及導(dǎo)電性能良好，且分散過程中碳納米管結(jié)構(gòu)不被破壞的碳納米管海綿。由碳納米管海綿、分散劑及溶劑制備的碳納米管海綿導(dǎo)電漿料的分散性及導(dǎo)電性好，不易團聚沉降且制備工藝簡單。碳納米管海綿導(dǎo)電漿料作為鋰離子電池正負(fù)極材料的導(dǎo)電劑，具有導(dǎo)電性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好，保質(zhì)期長的特點。

盡管通過以上實施例對本發(fā)明進(jìn)行了揭示，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，對以上各成分所做的變形、替換等均將落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。