一种碳纳米管复合导电浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，主要以价格低廉的有机溶剂为碳源，利用高温水热反应一步合成了N，Cl共掺杂的碳纳米管，卤族元素原子半径较大，本发明专利技术中Cl元素的引入撑大了碳纳米管的晶格间距，将其作为锂离子的电池的负极时，有利于Li

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管复合导电浆料及其制备方法
技术背景
[0001]本专利技术属于导电浆料
，具体为一种碳纳米管导复合电浆料及其制备方法。
[0002]
技术介绍

[0003]随着能源与环境问题的日显突出，电动汽车的发展势在必行。其中，锂离子电池具有较高的能量密度及较高的比功率，被公认为是最具发展潜力的电动汽车动力电池。然而，锂离子电池的正极材料一般为过渡金属氧化物或过渡金属的磷酸盐，它们的电导率低，一般是半导体或者是绝缘体，为了改善锂离子电池的导电性，提高电极材料充电和放电的综合性能，从而提高电池充电和放电的综合性能，在电池制备的过程中必须加入导电浆料。
[0004]碳纳米管浆料产品具有高导电、高导热、易润滑、抗腐蚀、片层薄，宽厚比大等优异性能，易于分散到多种材料基体中，适用于电池，现有技术碳纳米管导电浆料通常采用长径比较小的碳纳米管，以获得更好的分散，但这会在一定程度上损失碳纳米管的本身的物理性能，降低导电性。劣质导电浆料的加入会阻碍锂离子的穿梭，降低电池的容量，破坏电池的稳定性。另外，随着人们低碳环保意识越来越强，在选择碳材料上也必须保证节能环保，物美价廉。
[0005]因此，本专利技术公开了一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，主要以价格低廉的有机溶剂为碳源，利用高温水热反应一步合成了N，Cl共掺杂的碳纳米管，卤族元素原子半径较大，本专利技术中Cl元素的引入撑大了碳纳米管的晶格间距，将其作为锂离子的电池的负极时，有利于Li
+
的穿梭，增强了锂离子电池长循环的稳定性。由于氯原子的电负性较强，普通方法，单独掺杂Cl，很难将其掺杂到碳纳米管晶格中，本专利技术则以三聚氯氰为氮源和氯源，在高温高压的环境下，巧妙的将N，Cl共同掺杂在碳纳米管上，非金属元素N和卤素Cl 在作为锂离子电池电极材料时具有协同作用，可以帮助锂离子快速在负极上入和脱出，将改性后的碳纳米管制备成导电浆料应用在锂离子电池负极材料上，显著提升了锂离子电池的稳定性和倍率性能。

技术实现思路

[0006]为于克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，主要以价格低廉的有机溶剂为碳源，利用高温水热反应一步合成了N，Cl共掺杂的碳纳米管，以解决上述技术背景中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方法来实现：
[0008]S1、将乙烯、乙炔、乙苯或乙腈作为碳源放入高压反应釜中，使其充满反应釜体积的 40％
‑
60％，称取适量的三聚氯氰作为氮源和氯源溶于反应釜中配制成1
‑
5mol/L的溶液，称取适量的十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基硫酸钠作为表面活性剂溶于反应釜中配制成 10
‑
30mmol/L的溶液。
[0009]S2、将步骤S1准备好的反应釜内充入Ar气，然后放到马弗炉中，以3
‑
8℃/min的升温速率加热到200
‑
500℃，并保温8
‑
32h。
[0010]S3、将步骤S2中加热完成的反应釜自然冷却到室温，用离心分离的方式，去掉多于的液体，收集离心管中下层粉体即为含杂质的N
‑
Cl共掺的碳纳米管(N
‑
Cl/CNT)，配制浓度1
‑
3mol/L的HCl，将含杂质的N
‑
Cl共掺的碳纳米管在其中浸泡10
‑
22h，离心分离，用蒸馏水将沉淀洗至中性。在60
‑
80℃的干燥24h，即可获得纯净的N
‑
Cl共掺的碳纳米管 (N
‑
Cl/CNT)。
[0011]S4、通过Mg热还原的方式精准控制N
‑
Cl/CNT中的N含量：取适量Mg粉和步骤 S3制备的N
‑
Cl共掺的碳纳米管放入石英坩埚中，在Ar/H2混合气中高温650
‑
800℃，保温 3
‑
8h，然后用1
‑
3mol/L的HCl浸泡8h，除去Mg和N反应生成的Mg3N2，离心分离，用蒸馏水洗涤至中性，即可根据需求精准除去N
‑
Cl/CNT中多于的N。
[0012]S5、将步骤S4制备的N
‑
Cl共掺的碳纳米管和石墨按一定的质量比混合均匀，高速球磨3
‑
8h后，将其加入到N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中，充分搅拌均，使其粘度达到 3000
‑
6000mPa s即可。
[0013]优选的，本专利技术步骤S1中碳源选择乙腈；
[0014]优选的，本专利技术步骤S1中碳源有机溶剂占反应釜体积的55％；
[0015]优选的，本专利技术步骤S1中选用的三聚氯氰为3mol/L
[0016]优选的，本专利技术步骤S4中Mg热反应的温度720℃；
[0017]优选的，本专利技术制备浆料的粘度应达到5500mPa s。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术中Cl元素的引入撑大了碳纳米管的晶格间距，将其作为锂离子的电池的负极时，有利于Li
+
的穿梭，增强了锂离子电池长循环的稳定性。
[0020]2、本专利技术以三聚氯氰为氮源和氯源，巧妙的将N，Cl共同掺杂在碳纳米管上，非金属元素N和卤素Cl在作为锂离子电池电极材料时具有协同作用，可以帮助锂离子快速在负极上入和脱出，将改性后的碳纳米管制备成导电浆料应用在锂离子电池负极材料上，显著提升了锂离子电池的稳定性和倍率性能。
[0021]3、本专利技术制备N
‑
Cl/CNT时，选用的一步法，水热合成，操作简单，生产成本低廉，适合批量生产。
[0022]4、本专利技术利用镁热还原反应，可以精确控制N
‑
Cl/CNT中N的含量，避免N含量过高导致的材料导电性降低。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的N
‑
Cl/CNT的XRD图。
[0024]图2为本专利技术对比例1制备的N
‑
Cl/CNT的XRD图。
[0025]图3为本专利技术实施例2制备的N
‑
Cl/CNT的透射电镜图。
[0026]图4为本专利技术对比例2制备的N
‑
Cl/CNT的透射电镜图。
[0027]图5为本专利技术对比例3制备的N
‑
Cl/CNT的透射电镜图。
[0028]图6为将本专利技术实施例2和对比例2、3制备的N
‑
Cl/CNT的浆料作为负极材料，以锂金属为正极制备成CR2032纽扣电池，测试用该浆料制备电池的容量曲线图。图7为本专利技术实施例4制备的N
‑
Cl/CNT的晶格图。图8为本专利技术实施例4制备N
‑
Cl/CNT的XPS图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，其特征在于：利用高温水热反应一步合成了N，Cl共掺杂的碳纳米管，具体步骤包括：S1、将乙烯、乙炔、乙苯或乙腈作为碳源放入高压反应釜中，使其充满反应釜体积的40％
‑
60％，称取适量的三聚氯氰作为氮源和氯源溶于反应釜中配制成1
‑
5mol/L的溶液，称取适量的十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基硫酸钠作为表面活性剂溶于反应釜中配制成10
‑
30mmol/L的溶液；S2、将步骤S1准备好的反应釜内充入Ar气，然后放到马弗炉中，以3
‑
8℃/min的升温速率加热到200
‑
500℃，并保温8
‑
32h；S3、将步骤S2中加热完成的反应釜自然冷却到室温，用离心分离的方式，去掉多于的液体，收集离心管中下层粉体即为含杂质的N
‑
Cl共掺的碳纳米管(N
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Cl/CNT)，配制浓度1
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3mol/L的HCl，将含杂质的N
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Cl共掺的碳纳米管在其中浸泡10
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22h，离心分离，用蒸馏水将沉淀洗至中性。在60
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80℃的干燥24h，即可获得纯净的N
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Cl共掺的碳纳米管；S4、通过Mg热还原的方式精准控制N
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Cl/CNT中的N含量：取适量Mg粉和步骤S3制备的N
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【专利技术属性】
技术研发人员：方飞，李军锋，张平利，张敏，卢明辉，吴增举，
申请(专利权)人：江西盛源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：