本发明涉及电化学材料
技术领域：
，更具体的说是涉及一种碳纳米管色浆及其制备方法和在锂电池中的应用。
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。因此，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，由于其结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。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。但是，一方面，碳纳米管表面缺陷少、缺乏活性基团，在水中及溶剂中的分散能力较低；另一方面，碳纳米管中碳原子之间主要是以sp2杂化方式形成高度离域化的大π键，导致碳纳米管之间存在较强的范德华力，会相互缠结团聚体在一起，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色浆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色浆。因此，如何寻求开发一种导电性能良好且性能稳定应用于锂电池的碳纳米管色浆是本领域技术人员亟需解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种碳纳米管色浆及其制备方法和在锂电池中的应用。该碳纳米管色浆固含量高，具有优良的导电性，性质稳定，将本发明制得的碳纳米管色浆应用于锂电池，能够使其具有比容量大、电阻率小等优良的电化学性能。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种碳纳米管色浆，其特征在于，由以下重量份的原料制得：碳纳米管20-30份、填料10-20份、分散剂5-10份、粘结剂5-10份、表面活性剂5-8份和水60-100份。本发明的有益效果在于：1、本发明在导电填料的基础上添加了碳纳米管，能够在导电网络中充当“导线”作用，同时还具有双电层效应，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；2、本发明还添加了分散剂、粘结剂和表面活性剂，在不破坏碳纳米管结构和导电性的同时，使碳纳米管均匀地分散在体系中，所制得的碳纳米管色浆固含量高，具有优良的导电性，性质稳定。进一步，上述填料为碳黑、乙炔黑、碳纤维、导电石墨中的任一种或几种的混合物，优选为碳黑。采用上述进一步的有益效果在于，以上填料能够与正负极活性材料有效接触，形成良好的导电网络，从而进一步改善电池的倍率性能。进一步，上述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐、植物多酚聚氧乙烯醚磺酸盐、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、羟甲基纤维素中的任一种或几种的混合物，优选为烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐或植物多酚聚氧乙烯醚磺酸盐。采用上述进一步的有益效果在于，以上分散剂中的磺酸盐具有很好的水溶性，使分散剂和碳纳米管的结合体能够充分分散在水中。进一步，上述粘结剂为褐藻胶、n-甲基吡咯烷酮、n-二甲基酰胺、二甲基亚砜中的任一种或几种的混合物，优选为褐藻胶。采用上述进一步的有益效果在于，褐藻胶含亲水性的分子，具有较强的水合性、粘结性，能有效改善碳纳米管在溶剂中的分散性，易于与活性物质形成良好的导电网络，从而提高导电色浆的稳定性能，使电池具有比容量大、电阻率小等优良的电化学性能。进一步，上述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯中的任一种或几种的混合物，优选为十二烷基苯磺酸钠。采用上述进一步的有益效果在于，以上表面活性剂具有显著的增溶、乳化、润湿、气泡和消泡的作用，有利于体系中各原料的互溶分散。上述碳纳米管色浆的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)按上述碳纳米管色浆的重量份数称取各原料；(2)将分散剂、粘结剂、表面活性剂和水加入分散机中混合分散，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和填料并充分搅拌，然后加入分散机中混合分散，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散，然后超声分散，即得碳纳米管色浆。本发明的有益效果在于：1、本发明分散碳纳米管色浆采用的超声波分散装置由多个超声波发生器有序地排列成多层，且每层由多个超声波发生器等距排列，实现了碳纳米管色浆的规模化超声分散，可超声分散高粘度的碳纳米管色浆。2、本发明经过混合分散、研磨、超声波分散处理得到的水性碳纳米管色浆具有良好的储存稳定性，且制备方法效率高，实现了规模化、自动化、连续化及一体化生产。进一步，上述步骤(2)中，混合分散的转速为100-200r/min，优选为150r/min；时间为15-30min，优选为20min。进一步，上述步骤(3)中，混合分散的转速为300-500r/min，优选为350r/min；时间为0.5-1h，优选为45min。进一步，上述步骤(4)中，研磨分散的时间为2-5h，优选为3h；超声分散的时间为1-2h，优选为1.5h。本发明还提供了上述碳纳米管色浆在锂电池中的应用，具体的，上述碳纳米管色浆在锂电池中作为正负极配料，与正负极活性材料有效接触，形成良好的导电网络，从而改善电池的电化学性能。具体实施方式下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1碳纳米管色浆，由以下重量的原料制得：碳纳米管25g、碳黑15g、烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐8g、褐藻胶8g、十二烷基苯磺酸钠6g和水80g。制备方法，具体包括以下步骤：(1)按以上碳纳米管色浆的重量称取各原料；(2)将烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐、褐藻胶、十二烷基苯磺酸钠和水加入分散机中以150r/min的转速混合分散20min，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和碳黑并充分搅拌，然后加入分散机中以350r/min的转速混合分散45min，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散3h，然后超声分散1.5h，即得碳纳米管色浆。实施例2碳纳米管色浆，由以下重量的原料制得：碳纳米管20g、乙炔黑10g、植物多酚聚氧乙烯醚磺酸盐5g、n-甲基吡咯烷酮5g、硬脂酸5g和水60g。制备方法，具体包括以下步骤：(1)按以上碳纳米管色浆的重量称取各原料；(2)将植物多酚聚氧乙烯醚磺酸盐、n-甲基吡咯烷酮、硬脂酸和水加入分散机中以100r/min的转速混合分散15min，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和乙炔黑并充分搅拌，然后加入分散机中以300r/min的转速混合分散0.5h，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散2h，然后超声分散1h，即得碳纳米管色浆。实施例3碳纳米管色浆，由以下重量的原料制得：碳纳米管30g、碳纤维20g、聚乙烯基吡咯烷酮10g、n-二甲基酰胺10g、脂肪酸甘油酯8g和水100g。制备方法，具体包括以下步骤：(1)按以上碳纳米管色浆的重量称取各原料；(2)将聚乙烯基吡咯烷酮、n-二甲基酰胺、脂肪酸甘油酯和水加入分散机中以200r/min的转速混合分散30min，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和碳黑并充分搅拌，然后加入分散机中以500r/min的转速混合分散1h，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散5h，然后超声分散2h，即得碳纳米管色浆。实施例4碳纳米管色浆，由以下重量的原料制得：碳纳米管22g、导电石墨12g、聚乙烯醇6g、二甲基亚砜6g、聚山梨酯6g和水70g。制备方法，具体包括以下步骤：(1)按以上碳纳米管色浆的重量称取各原料；(2)将聚乙烯醇、二甲基亚砜、聚山梨酯和水加入分散机中以120r/min的转速混合分散25min，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和导电石墨并充分搅拌，然后加入分散机中以400r/min的转速混合分散40min，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散3h，然后超声分散1h，即得碳纳米管色浆。实施例5碳纳米管色浆，由以下重量的原料制得：碳纳米管28g、碳黑18g、羟甲基纤维素7g、褐藻胶7g、十二烷基苯磺酸钠7g和水90g。制备方法，具体包括以下步骤：(1)按以上碳纳米管色浆的重量称取各原料；(2)将羟甲基纤维素、褐藻胶、十二烷基苯磺酸钠和水加入分散机中以150r/min的转速混合分散20min，得到预混合液；(3)向步骤(2)得到的预混合液中加入碳纳米管和碳黑并充分搅拌，然后加入分散机中以350r/min的转速混合分散45min，得到预分散碳纳米管色浆；(4)将步骤(3)得到的预分散碳纳米管色浆加入研磨机中研磨分散3h，然后超声分散1.5h，即得碳纳米管色浆。性能检测1、碳纳米管色浆稳定性测试使用稳定性分析仪测试实施例1-5制备的碳纳米管色浆的澄清指数(instabilityindex)，并以仅由碳纳米管为原料制备的色浆为对比例，测试条件为25℃，2000转/分钟的速度离心250分钟，澄清指数越小，表明稳定性越好。测试结果如表1所示。表1碳纳米管色浆的澄清指数项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例澄清指数0.020.030.050.040.030.45由表1可知，本发明实施例1-5制备的碳纳米管色浆的澄清指数明显较低，均优于对比例，其中实施例1制备的碳纳米管色浆的澄清指数最优。碳纳米管色浆稳定性测试说明，本发明碳纳米管色浆稳定性良好。2、锂电池性能测试将实施例1-5制备的碳纳米管色浆应用于锂电池中，并以仅由碳纳米管为原料制备的锂电池为对比例，分别测定其比容量和电阻率，测试结果如表2所示。表2锂电池的比容量和电阻率由表2可知，本发明实施例1-5制备的碳纳米管色浆应用于锂电池后，其比容量大，电阻率小，且各项性能均优于对比例，其中，实施例1效果最佳。锂电池性能测试说明，将本发明制得的碳纳米管色浆应用于锂电池，能够使其具有比容量大、电阻率小等优良的电化学性能。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12