[发明专利]一种碳纳米管/颗粒状碳复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及含碳纳米管复合物领域，特别涉及一种碳纳米管/颗粒状碳复 合物的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)是由石墨烯片沿轴线卷曲而成的无缝圆筒层层嵌套而 形成的一种具有“同心圆柱结构”的管状物质。依据石墨烯层数不同，分为单 壁管和多壁管，单壁管可呈金属导电性或半导体导电性，多壁管呈金属导电 性，并具有优异的导热性和机械强度，很大的长径比(可达1000以上)，较大 的比表面积和介孔结构。这些优良的电学和力学性能使它具有奇异的物理化 学性能，被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，非常适于作为 电池(锂离子电池、镍-金属氢电池、锌-空气电池、铅酸电池等)导电剂，或 者与高聚物、橡胶及涂料等材料混合，增加它们的导电性、导热性和力学性 能。

由于自身的团聚和相互缠绕作用，成品的碳纳米管很难均匀分散在各种 材料中。申请号为200410022459.8的专利公开了将碳纳米管用混酸处理(浓 硝酸和浓硫酸体积比3∶1)，在碳纳米管上引入活性基团，来增加碳纳米管 的分散能力。存在的缺点是：破坏了碳纳米管的结构，降低了碳纳米管的导 电性；这种分散方法不利于大规模应用，同时浓酸处理容易造成环境污染。

纤维状的碳纳米管与颗粒状碳的导电剂(如乙炔黑、Super P和石墨粉 等)混合以后，两者的复合物综合了两种碳材料的优势，碳纳米管均匀的分 散在颗粒状导电材料中，不但降低了导电渗阈值，具有更优秀的导电性能， 而且碳纳米管的团聚被有效地阻止，克服了使用时不易分散的难题，便于工 业化生产，并且减少了碳纳米管的用量，降低了材料成本。申请号为 200510021505.7的专利公开了在高分子分散剂的作用下，采用超声波处理碳 纳米管和乙炔黑制得复合物导电剂，使用这种复合物导电剂，得到了较好的 结果，电池性能优于便用单一导电剂。但是超声波处理的方法不利于大规模 制备复合物，由于噪音等因素，也不利于在工业上推广使用，而且该方法使 用的原料是经过纯化的碳纳米管成品，成本很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种制备碳纳米管/颗粒状碳复合物 的方法，该方法工艺简便、碳纳米管易于均匀分散、成本低廉、易于产业化 大规模生产。

本发明人经过研究发现，使用现有碳纳米管制备工艺初步制得的含有催 化剂的碳纳米管粗品，即碳纳米管初产物(CNTs/Catal)作为原料，该与颗粒 状碳混合并纯化除去催化剂，由于碳纳米管初产物中的碳纳米管疏松、没有 团聚、分散性好，可以制得碳纳米管均匀分散的碳纳米管/颗粒状碳复合物。 且该方法操作简便，可以使用传统的混合工艺和设备，除去金属催化剂的传 统纯化工艺如酸-碱法，以及将混合物喷雾干燥或过滤后干燥等常规后处理 方法等。

因此，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纳米管/ 颗粒状碳复合物的制备方法，其可以采用含有催化剂的碳纳米管初产物 (CNTs/Catal)，与颗粒状碳混合并纯化除去催化剂，制得碳纳米管/颗粒状碳 复合物。

根据本发明，所述的含有催化剂的碳纳米管初产物(CNTs/Catal)碳纳米 管可以是采用现有碳纳米管制备工艺，诸如化学气相沉积法、电弧法、激光 烧灼法或者催化裂解法制备的，未经过纯化处理的碳纳米管初产物，或称粗 品。优选的，所述的碳纳米管初产物可以是用催化裂解法制备的，其将烃类 气体(如天然气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等)、含氧化合物(如甲醇、二 甲醚、甲酸甲酯等)或一氧化碳等为原料，以Fe、Co、Ni等金属、含或不 含稀土元素作为催化剂，在反应床(如固定床、沸腾床、移动床等)中进行 反应，例如可参见专利号为01111561.0(即CN1317446A)的中国专利中所 公开的方法。

其中，所述的纯化除去催化剂的步骤可在该含有催化剂的碳纳米管初产 物和颗粒状碳混合之前或混合之后。

由于碳纳米管初产物中含有的催化剂大多为金属，故所述的纯化除去催 化剂的方法可选用传统的酸-碱法。

较佳地，本发明制备方法可以包括以下步骤：

1)将CNTs/Catal和颗粒状碳混合均匀，然后加入过量的酸除去其中的 催化剂，再加入碱溶液中和，洗涤至中性，得碳纳米管/颗粒状碳复合物悬浮 液；