碳纳米管的纯化方法和碳纳米管浆料的制备方法技术

本发明专利技术公开了碳纳米管的纯化方法和碳纳米管浆料的制备方法。本申请的第一方面，提供一种碳纳米管的纯化方法，该纯化方法包括以下步骤：在950～1050℃的温度下，将碳纳米管与氯气接触反应。根据本申请实施例的纯化方法，至少具有如下有益效果：本方案在纯化前将反应环境的温度直接升高为950～1050℃，在这种条件下，碳纳米管中的金属杂质与氯气的反应，以及反应后低沸点的金属氯化物的排出同时进行，大大提高了纯化的效果，碳纳米管的纯度最高可达99.999+％，相比于现有的纯化方法处理后的纯化效率更高、成本更低，而且操作简便可以连续运行。运行。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管的纯化方法和碳纳米管浆料的制备方法


[0001]本申请涉及碳纳米管
，尤其是涉及碳纳米管的纯化方法和碳纳米管浆料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，人们对锂离子电池的需求量越来越大，特别是高功率、高能量密度的锂离子电池市场需求很大。碳纳米管与传统导电剂Super P、石墨等相比，具有超高长径比、高导电性的优势，只需极少添加量便可以在电极内组建高效的三维高导电网络，达到提升电池能量密度的目的。碳纳米管已被公认为是提升锂离子电池高倍率以及长循环性能的最佳导电剂。但是在碳纳米管的制备过程中，往往会残留过多的金属杂质，在锂离子电池的使用过程中存在着热稳定性降低、化学稳定性降低、以及电池短路等安全问题。因此，需要对碳纳米管进行纯化，提高碳纳米管纯度，从而降低在锂离子电池使用过程中由于过高的金属杂质引起的问题。
[0003]现有的纯化方法主要为化学法，包括酸处理、络合法、高温真空纯化发。用酸处理时，只能去除暴露在碳纳米管表面的金属杂质，对于碳纳米管端口及空腔内部的金属杂质去除效果很小，纯化效果有限，同时还会存在废酸污染环境及废酸处理问题；采用络合反应时，虽然此方法不会造成碳纳米管结构的破坏，但络合剂成本较高，且工艺复杂，不适合工业化量产；也可通过高温真空纯化，但能耗高，反应时间长，且不能连续运行，具有较大限制。因此，有必要提供一种纯化效率高、环境污染小、成本低、操作简便，并且能够连续运行的碳纳米管的纯化方法。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种纯化效率高、环境污染小、成本低、操作简便，并且能够连续运行的碳纳米管的纯化方法以及碳纳米管浆料的制备方法。
[0005]本申请的第一方面，提供一种碳纳米管的纯化方法，该纯化方法包括以下步骤：在 950～1050℃的温度下，将碳纳米管与氯气接触反应。
[0006]根据本申请实施例的纯化方法，至少具有如下有益效果：
[0007]本方案在纯化前将反应环境的温度直接升高为950～1050℃，在这种条件下，碳纳米管中的金属杂质与氯气的反应，以及反应后低沸点的金属氯化物的排出同时进行，大大提高了纯化的效果，碳纳米管的纯度最高可达99.999+％，相比于现有的纯化方法处理后的纯化效率更高、成本更低，而且操作简便可以连续运行。
[0008]在本申请的一些实施方式中，将碳纳米管置于多孔基板上，在950～1050℃的温度下使氯气由多孔基板的下方向上与碳纳米管接触反应。将碳纳米管置于多孔基板上，让氯气由下方向上通过从而使其能够与碳纳米管充分接触，使得纯化更为彻底。
[0009]在本申请的一些实施方式中，碳纳米管在与氯气接触反应前经过压缩并形成碳纳
米管颗粒。将蓬松的碳纳米管粉体制成稳定的颗粒状，减少粉体的飞尘污染，增加粉料的体积质量，便于储存和运输。同时利用压缩后的碳管再进行纯化也可以有效提高时空产率，并达到一定的纯化效果。
[0010]在本申请的一些实施方式中，碳纳米管颗粒的尺寸为1～20mm。其中，碳纳米管颗粒的尺寸包括碳纳米管颗粒的长度和直径，优选的，长度位1～20mm，直径为1～10mm。
[0011]在本申请的一些实施方式中，形成碳纳米管颗粒的方法为压缩造粒、挤出造粒、团聚造粒、流化造粒、喷雾造粒中的至少一种。可以理解的是，压缩造粒、挤出造粒在造粒过程中已经引入了压缩处理，提高了其表观比重；而在采用团聚造粒、流化造粒、喷雾造粒等方法时，为了进一步增加其体积质量，可以额外引入压缩步骤。
[0012]在本申请的一些实施方式中，氯气的通气量与碳纳米管的质量的比为1～100sccm/g。通过调整氯气与碳纳米管的比例，使得碳管中的金属杂质能够更有效地除去，保证纯化效率和纯化效果。
[0013]在本申请的一些实施方式中，氯气的通气量与碳纳米管的质量的比为20～100sccm/g。
[0014]在本申请的一些实施方式中，950～1050℃的保温时间为10～240min。通过对保温时间的控制，使得产生的金属氯化物能够及时除去。
[0015]在本申请的一些实施方式中，950～1050℃的保温时间为30～150min。
[0016]在本申请的一些实施方式中，多孔基板所在的反应器的位置构成反应器的加热部，加热部在沿其中气体流动的末端还设有多孔挡板，在阻挡碳纳米管流出的同时保证气体的正常流通。
[0017]在本申请的一些实施方式中，反应器在沿气体流通的末端还设有回收部，回收部用于回收气化的金属氯化物，具体可以是至少一个收集储存的容器。
[0018]在本申请的一些实施方式中，在与氯气接触反应时所用载气为氮气、氦气、氩气中的至少一种。
[0019]在本申请的一些实施方式中，氯气与载气的体积比为1：(10～1)。
[0020]在本申请的一些实施方式中，氯气与载气的体积比为1：(5～1)。
[0021]在本申请的一些实施方式中，氯气气瓶到反应器的连接位置设有雾化装置或者加热套，使液氯更容易气化，保证氯气气体的进气量。
[0022]在本申请的一些实施方式中，氯气与碳纳米管进行纯化时，可以根据气流量的大小控制使用固定法或者悬浮法进行纯化。
[0023]本申请的第二方面，提供一种碳纳米管浆料的制备方法，该碳纳米管浆料的制备方法包括：按照前述的纯化方法对碳纳米管纯化，纯化后的碳纳米管经分散得到碳纳米管浆料。
[0024]在本申请的一些实施方式中，分散的方式包括砂磨、微射流、均质、气流磨、球磨、粉碎中的至少一种。
[0025]在本申请的一些实施方式中，纯化后的碳纳米管与溶剂、分散剂和降粘剂混合后经分散得到碳纳米管浆料。
[0026]在本申请的一些实施方式中，溶剂为水或有机溶剂。其中，有机溶剂包括但不限于N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮等。
[0027]在本申请的一些实施方式中，分散剂包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素 (CMC)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)等。
[0028]在本申请的一些实施方式中，降粘剂包括但不限于乙醇胺、哌嗪等。
[0029]本申请实施例所提供的氯化纯化方法具有纯化效率高、环境污染小、成本低、操作简便、能够连续运行的优点，适用于工业化放大生产。通过上述方法制备得到的碳纳米管导电浆料具有高性能、易存储、高纯度的优点。其中所含的金属杂质(包含铁、钴、镍、锌、铜、铬) 的总含量小于5ppm，有效地去除了这些杂质，极大地解决常规导电碳浆在应用到锂离子电池中时所存在的热稳定性降低、化学稳定性降低、以及电池短路等问题。因而可以运用于锂离子电池、固态电池、锂金属电池、钠离子电池、锂硫电池、燃料电池、锂空气电池等。
[0030]本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纳米管的纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：在950～1050℃的温度下，将碳纳米管与氯气接触反应。2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，接触反应具体为：将所述碳纳米管置于多孔基板上，在950～1050℃的温度下使氯气由所述多孔基板的下方向上与所述碳纳米管接触反应。3.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述碳纳米管在与氯气接触反应前经过压缩并形成碳纳米管颗粒；优选的，所述碳纳米管颗粒的尺寸为1～20mm。4.根据权利要求3所述的纯化方法，其特征在于，形成碳纳米管颗粒的方法为压缩造粒、挤出造粒、团聚造粒、流化造粒、喷雾造粒中的至少一种。5.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述氯气的通气量与所述碳纳米管的质量的比为1～100sccm/g；优选的，所述氯气的通气量与所述碳纳米管的质量的比为20～100sccm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新杰，鲜丰莲，
申请(专利权)人：诺瑞深圳新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：