[发明专利]一种碳纳米管导电浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管导电浆料及其制备方法，该材料可作为导电剂应用于锂离子二次电池、电容器的正极或负极。

背景技术

在锂离子二次电池和电容器的制备过程中，经常需要在正负极配料中添加一定量的导电剂。导电剂能够与正负极活性材料有效接触，形成良好的导电网络，从而改善电池的倍率性能。但是过多地添加导电剂，势必减少电极活性材料含量，降低电池的容量和能量密度。对于高性能的电子设备而言，选择合适的导电剂尤为重要。

碳纳米管是近年新兴的导电剂，它一般直径在5~60纳米左右，长度达到10~20微米，它不仅能够在导电网络中充当“导线”的作用，同时它还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还有利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命。

Liu等人（Journal of Power Sources 2008,184,522-526.）报导了多壁碳纳米管（MWNTs）和碳黑为导电剂的C-LiFePO₄/石墨电池性能。与碳黑相比，以MWNTs为添加剂的电池具有更优的电化学性能：50次循环容量保持率达到99.2%，1C放电容量为0.1C的94.6%。极化电压从0.3V降低到了0.2V，阻抗从423.2Ω降低到了36.88Ω。循环后正极材料LiFePO₄的晶型保持也更好。Jin等人（Journal of Solid State Electrochemistry 2008,12,1549-1554.）研究了采用乙炔黑与MWNTs作为正极导电剂对LiFePO₄-C正极材料电化学性能的影响。添加5wt% MWNTs的LiFePO₄-C/Li电池性能最为优异，室温下0.25C可达到142mAh/g的可逆容量。

然而，由于碳纳米管相互之间具有较强的范德华力，会相互缠结团聚体在一起（图1），难以均匀分散于正、负电极材料中，从而影响了碳纳米管导电性能的发挥。因此，如何制备均匀分散的碳纳米管导电浆料是限制其产业化应用的一个主要障碍。目前，解决碳纳米管分散问题主要有化学和物理两种方法。化学方法如强氧化性酸处理方法虽然能得到分散性能很好的碳纳米管，但强酸也会破坏碳纳米管的结构，截短碳纳米管，从而影响碳纳米管的导电性和用作导电剂的性能。物理方法如采用较多的超声处理方法效率低、分散效果差、稳定性，而且得到的碳纳米管分散液浓度低于5mg/mL，难以大规模制备碳纳米管的分散浆料。

本发明中，我们提出了一种简单易行的制备碳纳米管导电浆料的新方法，制备过程重复性好，制得的碳纳米管导电浆料固含量高，性质稳定均一，静置3个月后，浆料稳定性>90%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管导电浆料。

本发明的另一个目的在于提供一种碳纳米管导电浆料的制备方法。

本发明所提出的碳纳米管导电浆料，其特点在于该导电浆料由碳纳米管、其他导电填料、分散助剂和溶剂组成，其质量百分比组成为：碳纳米管：0.5~15%，其他导电填料0.1~2%，分散助剂：0.1~5%，其余为溶剂。

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或两种混合。

所述的其他导电填料为碳黑、乙炔黑、碳纤维或导电石墨中的一种或一种以上。

所述的分散助剂为聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）或羟甲基纤维素（CMC）中的一种或一种以上。

所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）或水。

本发明所提出的碳纳米管导电浆料的制备方法，其特点在于步骤如下：首先将分散助剂溶解在溶剂中，然后在搅拌条件下加入碳纳米管和其他导电填料，待碳纳米管和其他导电填料充分浸润后，采用砂磨机对浆料进行研磨，几小时后即可得到稳定分散的碳纳米管导电浆料。具体为，

(1)称取一定量的分散助剂，溶解在溶剂中，配置成重量百分比为0.1~5%的溶液；在机械搅拌条件下，加入重量百分比为0.5~15%的碳纳米管或碳纳米管与重量百分比为0.1~2%的其他导电填料的混合物，充分搅拌，使固体粉末完全浸润，制得碳纳米管预分散液。

(2)将碳纳米管预分散液用砂磨机研磨分散0.5~8小时，即可得到稳定分散的碳纳米管导电浆料。

所述的砂磨机所用氧化锆球的直径为0.1~3mm。