一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法，包括：1)将粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50为10μm‑15μm，然后将得到的浆料投入砂磨机中进行砂磨，至粒径D50为3.5μm‑4μm，得到碳纳米管浆料；2)将粉末状石墨、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50<50μm，将得到的浆料投入研磨设备中处理，至粒度D50<2μm，得到石墨烯浆料；3)将碳纳米管浆料和石墨烯浆料进行高速搅拌，得到水系复合碳纳米管导电浆料。本发明专利技术解决了工厂生产碳纳米管导电浆料成本高、油系溶剂对水土污染等问题，该制备方法工艺简单，原料充足、成本低廉，适合工业化生产。

A preparation method of conductive paste for water system composite carbon nanotubes

【技术实现步骤摘要】
一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法
本专利技术属于复合材料制备方法和应用领域，涉及一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法。
技术介绍
随工业技术的发展，新型环保型能源材料越来越受到关注，锂离子电池作为现阶段的绿色能源，因其高容量，轻便安全，循环寿命长等优点，已被广泛的应用于手机电池，新能源汽车，电脑，中小储能系统等领域。而在锂离子电池中添加碳纳米管后更能增加其循环寿命并有效提高电池性能。碳纳米管具有以下优点：(1)碳纳米管具有良好的电子导电性,纤维状结构能够在电极活性材料中形成连续的导电网络；(2)添加碳纳米管后极片有较高的韧性，能改善充放电过程中材料体积变化而引起的剥落，提高循环寿命；(3)碳纳米管可大幅度提高电解液在电极材料中的渗透能力，因此多被用于锂离子电池的正/负极材料。然而，碳纳米管最主要的缺点在于不易分散，这严重影响了其优点的发挥以及实际应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法。本专利技术解决了工厂生产碳纳米管导电浆料成本高、油系溶剂对水土污染等问题，该制备方法工艺简单，原料充足、成本低廉，适合工业化生产，达到了制备出具有较高性价比的水系复合导电浆料制备要求，其在用作锂离子电池正极材料或负极材料上性能较优。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50为10μm-15μm，然后将得到的浆料投入砂磨机中进行砂磨，至粒径D50为3.5μm-4.0μm，得到碳纳米管浆料；(2)将粉末状石墨、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50<50μm，然后将得到的浆料投入研磨设备中处理，至粒度D50<2μm，得到石墨烯浆料；(3)将碳纳米管浆料和石墨烯浆料进行高速搅拌，得到水系复合碳纳米管导电浆料。本专利技术步骤(1)球磨至粒径D50为10μm-15μm，例如11μm、12μm、13μm、14μm或15μm等。本专利技术步骤(1)砂磨至粒径D50为3.5μm-4.0μm，例如3.5μm、3.6μm、3.7μm或3.9μm等。本专利技术步骤(2)球磨至粒径D50<50μm，例如47μm、46μm、45μm、42μm、40μm、35μm、32μm、28μm、25μm、20μm、15μm、13μm、10μm、8μm、7μm或5μm等。本专利技术步骤(2)处理至粒度D50<2μm，例如1.8μm、1.7μm、1.6μm、1.4μm、1.2μm、1μm或0.5μm等。本专利技术步骤(1)采用先球磨后砂磨的工艺制备碳纳米管浆料，球磨可以有效地减小粉体的粒径，再经砂磨可以形成浆料均一、稳定，粒径分布D50为3.5μm-4.0μm的浆料，碳纳米管可以稳定的分散在溶剂中，且基本无沉降或沉降不明显。步骤(2)采用先球磨后投入研磨设备中处理的工艺制备石墨烯浆料，球磨可以有效地减小粉体的粒径并将使石墨分层得到性能良好的石墨烯二维片，再经投入研磨设备中处理可以得到浆料均一、稳定，粒径分布D50＜2μm的石墨烯浆料，且经步骤(3)高速搅拌，二者复合后得到的水系复合碳纳米管导电浆料的均匀性良好，性能优异。本专利技术中，粒度D50是一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，它的物理意义是粒径大于等于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％，D50也叫中值粒径。优选地，步骤(1)碳纳米管浆料的制备过程中，以粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂的总质量为100％计，粉末状碳纳米管的质量占比为3％-6％，例如3％、3.5％、4％、5％或6％等；分散剂的质量占比为0.5％-2.5％，例如0.6％、0.8％、1％、1.1％、1.4％、1.9％或2.5％等。优选地，步骤(1)所述碳纳米管为多壁碳纳米管。优选地，步骤(1)所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。优选地，步骤(1)所述溶剂为水，优选为去离子水。优选地，步骤(1)所述球磨的频率为40HZ-60HZ，例如40HZ、43HZ、46HZ、48HZ、50HZ、52.5HZ、55HZ或60HZ等，时间为1h-2h，例如1h、1.2h、1.5h、1.7h或2h等。优选地，步骤(1)所述砂磨的转速为1000r/min-2500r/min，例如1000r/min、1200r/min、1250r/min、1300r/min、1700r/min或2500r/min等。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，步骤(2)石墨烯浆料的制备过程中，以粉末状石墨、分散剂和水性溶剂的总质量为100％计，粉末状石墨的质量占比为3％-6％，例如3％、3.5％、4％、4.5％、5％或6％等；分散剂的质量占比为0.5％-2.5％，例如0.6％、0.8％、1％、1.1％、1.4％、1.9％或2.5％等。优选地，步骤(2)所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇对异辛基苯基醚中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(2)所述水性溶剂为水，优选为去离子水。优选地，步骤(2)所述球磨的频率为40HZ-60HZ，时间为4h-5h，频率例如40HZ、43HZ、45HZ、48HZ、52HZ、55HZ或60HZ等，时间例如4h、4.2h、4.3h、4.5h、4.8h或5h等。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，步骤(3)所述碳纳米管浆料的固含量≤5％，例如5％、4.5％、4％、3％或2％等，石墨烯浆料的固含量≤6％，例如6％、5.5％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％或2％等。优选地，步骤(3)所述碳纳米管浆料和石墨烯浆料的质量比为(1-10):(1-10)，例如1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:8、1:10、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、3:5、3:10、5:3或5:2等。优选地，步骤(3)所述碳纳米管浆料的质量:(碳纳米管浆料中分散剂的质量+石墨烯浆料中分散剂的质量)＝1-10，例如1、2、3、4、5、5.5、6、7、8、8.5或10等。优选地，步骤(3)所述高速搅拌的转速为1500r/min-2000r/min，例如1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min等。优选地，步骤(3)所述高速搅拌的时间为15min-60min，例如15min、18min、20min、45min或60min等。优选地，步骤(3)所述高速搅拌为循环搅拌，所述循环搅拌通过如下方式实现：搅拌产物返回搅拌设备进口继续搅拌，从而实现循环搅拌。作为本专利技术所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：(1)将粉末状多壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮和水在球磨机中进行球磨，球磨频率为40HZ-60HZ，时间为1h-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50为10μm-15μm，然后将得到的浆料投入砂磨机中进行砂磨，至粒径D50为3.5μm-4.0μm，得到碳纳米管浆料；/n(2)将粉末状石墨、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50<50μm，然后将得到的浆料投入研磨设备中处理，至粒度D50<2μm，得到石墨烯浆料；/n(3)将碳纳米管浆料和石墨烯浆料进行高速搅拌，得到水系复合碳纳米管导电浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种水系复合碳纳米管导电浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50为10μm-15μm，然后将得到的浆料投入砂磨机中进行砂磨，至粒径D50为3.5μm-4.0μm，得到碳纳米管浆料；
(2)将粉末状石墨、分散剂和水性溶剂在球磨机中进行球磨，至粒径D50<50μm，然后将得到的浆料投入研磨设备中处理，至粒度D50<2μm，得到石墨烯浆料；
(3)将碳纳米管浆料和石墨烯浆料进行高速搅拌，得到水系复合碳纳米管导电浆料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)碳纳米管浆料的制备过程中，以粉末状碳纳米管、分散剂和水性溶剂的总质量为100％计，粉末状碳纳米管的质量占比为3％-6％，分散剂的质量占比为0.5％-2.5％。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳纳米管为多壁碳纳米管；
优选地，步骤(1)所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇对异辛基苯基醚中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述溶剂为水，优选为去离子水。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨的频率为40HZ-60HZ，时间为1h-2h；
优选地，步骤(1)所述砂磨的转速为1000r/min-2500r/min。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)石墨烯浆料的制备过程中，以粉末状石墨、分散剂和水性溶剂的总质量为100％计，粉末状石墨的质量占比为3％-6％，分散剂的质量占比为0.5％-2.5％。


6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇对异辛基苯基醚中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述水性溶剂为水，优选为去离子水。


7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述球磨的频率为40HZ-60HZ，时间为4h-5h。

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鹏，何斌，冯晓彤，张广明，马洪伟，张荻，霍美婷，刘博宇，
申请(专利权)人：哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23