一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米技术领域，涉及一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管抗拉强度是钢材的100倍，密度却只有钢材的六分之一，具有良好的机械性能，并且碳纳米管在导电导热方面也具有优势。因此，碳纳米管经常被应用于导电、导热等复合材料技术领域中。
[0003]早期的老式碳纳米管由于催化剂和制作方法的局限，制备的碳纳米管多为弯曲缠绕型，需经过酸化或者微波等处理进行提纯、分散，且碳纳米管在弯曲处缺陷众多，结晶度低，石墨化度低。另外老式碳纳米管由于缠绕严重，而分散困难。
[0004]碳纳米管具有优良的导电性能，可作为锂离子电池正极材料的导电添加剂或者单独作为负极使用。然而单独作为负极时，需先成膜。但成膜工艺各有短长，基于锂离子电池的制备工艺，特别开发了一种新型的晶须状碳纳米管薄膜的制备方法，便于快速简单成膜，进行锂离子电池测试。
【发明内容】
[0005]为了更加迅速、高效、大批量成膜，本发明开发了一种新型的制备晶须状碳纳米管薄膜的方法，以便大批量快速制备薄膜，作为锂离子电池负极、锂离子电池集流体替代铜箔和铝箔以及铜-碳纳米管复合膜、铝-碳纳米管复合膜、电池屏蔽薄膜。
[0006]本发明制备的晶须状碳纳米管薄膜具有厚度可调、成膜简单、成膜面积大、脱膜容易等优点，并且薄膜具有一定柔韧性，便于移动拿取。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008]本发明所述是一种新型晶须状碳纳米管薄膜成膜方法，包括以下步骤。
[0009](I)将晶须状碳纳米管(CNTs)放入石墨化炉中，3000~3500°C，保温10-64h，进行石墨化处理。
[0010](2)石墨化处理好的碳纳米管200r/min球磨2-5h，成细小密实粉体。
[0011](3)取乙醇、去离子水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或丙酮中的一种或两种作为溶剂，球磨好的CNTs为基本材料，加粘结剂和分散剂，调浆，配置成2~5%固含量的悬浮液。
[0012](4)以玻璃、铝箔、铜箔、塑料薄膜中任一种作为基底，将悬浮液均匀涂覆在其表面，控制厚度。烘干后，进行薄膜分离处理。
[0013](5)以乙醇、去离子水浸泡卜1h，然后温水浴10?30min，通过水浴热流将薄膜分离。
[0014](6)制膜后，在1300?2000°C下炭化，再3000~3500°C石墨化，取出压实，制成具有一定柔韧性和强度的碳纳米管薄膜。
[0015]步骤(3)所述的粘结剂为丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC )、聚偏氟乙烯(PVDF )的一种或几种。
[0016]步骤(3)所述的分散剂为十二烷基苯磺钠(SDBS)或者十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种或两种。
[0017]步骤(3)所述的调浆比例为碳纳米管:粘结剂:分散剂按81?96:2-9:2?10质量比。
[0018]本发明中使用的晶须状碳纳米管是经过化学气相沉积法(CVD)制备，碳纳米管(CNTs)具有直线性好，杂质少，结晶度高，石墨化度高的优点，且经过3000°C以上石墨化处理后，可达99%以上纯度。相比于老式碳纳米管，直线型晶须状碳纳米管具有更容易分散的特点。
[0019]本发明所制备的晶须状碳纳米管薄膜具有一定柔韧性和强度，厚度10?ΙΟΟμπι。成品膜可单独作为锂离子电池负极使用，也可作为锂离子电池正极和负极集流体替代铜箔和铝箔使用，扣式电池放电比容量在2000mAh/g以上，可逆容量在1000mAh/g以上。
【具体实施方式】
[0020]本发明通过以下实施例作进一步说明。
[0021 ] 本发明实施例所用的碳纳米管为中国专利ZL201210067937.UZL201210304345.7所制备的。
[0022]实施例1。
[0023](I)取10g晶须状碳纳米管，3000°C石墨化炉内保温20h，取出。
[0024](2)碳纳米管200r/min球磨4h，至细小密实粉体。
[0025](3)以NMP为溶剂，碳纳米管(CNTs)为基本材料，按CNTs: PVDF: SDS为91:5:4质量比配置，调节固含量为4%，高速剪切2h，制浆。
[0026](4)选铝箔为基底材料，取浆液10ml，涂覆成5x8cm2的区域，50°C烘干，在铝箔上形成碳纳米管薄膜。
[0027](5)将铝箔置于去离子水溶液中浸泡8h，再于温水浴中浸20min，通过流动的热水流，使CNTs和铝箔分离，取出正空烘干。
[0028](6)将制备的CNTs膜1600°C炭化，再3000°C石墨化，取出压实，制成具有一定的柔韧性和强度的碳纳米管薄膜。
[0029]实施例2。
[0030](I)取10g晶须状碳纳米管，3300°C石墨化炉内保温16h，取出。
[0031](2)碳纳米管200r/min球磨3h，至细小密实粉体。
[0032 ] (3 )以乙醇为溶剂，碳纳米管(CNTs )为基本材料，按CNTs: PVDF: SDBS为96:2:2质量比配置，调节固含量为2%，高速剪切Ih，制浆。
[0033](4)选玻璃为基底材料，取浆液1ml，涂覆成5x8cm2的区域，50°C烘干，成膜。
[0034](5)将玻璃模块置于乙醇溶液中浸泡5h，再于温水浴中浸30min，通过流动的热水流，使CNTs和玻璃分离，小心取出晾干。
[0035](6)将制备的CNTs膜1300°C炭化，再3300°C石墨化，取出压实，制成具有一定的柔韧性和强度的碳纳米管薄膜。
[0036]实施例3。
[0037](I)取10g晶须状碳纳米管，3500°C石墨化炉内保温12h，取出。
[0038](2)碳纳米管200r/min球磨2h，至细小密实粉体。
[0039](3)以去离子水为溶剂，碳纳米管(CNTs)为基本材料，按CNTs:CMC:SBR: SDBS为81:4.5:4.5:10质量比配置，调节固含量为3%，高速剪切3h，制浆。
[0040](4)选铜箔为基底材料，取浆液1ml，涂覆成5x8cm2的区域，50°C烘干，成膜。
[0041](5)将铜箔模块置于去离子水溶液中浸泡8h，再于温水浴中浸30min，通过流动的热水流，使CNTs和玻璃分离，小心取出晾干。
[0042](6)将制备的CNTs膜1800°C炭化，再3500°C石墨化，取出压实，使制成具有一定的柔韧性和强度的碳纳米管薄膜。
【主权项】
1.一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征是包括以下步骤: (1)将晶须状碳纳米管放入石墨化炉中，3000?3500°C，保温10-64h，进行石墨化处理； (2)石墨化处理好的碳纳米管200r/min球磨2-5h，成细小密实粉体； (3)取乙醇、去离子水、N-甲基吡咯烷酮或丙酮中的一种或两种作为溶剂，球磨好的碳纳米管为基本材料，加粘结剂和分散剂，调浆，配置成2~5%固含量的悬浮液； (4)以玻璃、铝箔、铜箔、塑料薄膜中任一种作为基底，将悬浮液均匀涂覆在其表面，控制厚度;烘干后，进行薄膜分离处理； (5)以乙醇、去离子水浸泡I?10h，然后温水浴10~30min，通过水浴热流将薄膜分离； (6)制膜后，在1300?2000°C下炭化，再3000?3500°C石墨化，取出压实，制成纯晶须状碳纳米管薄膜； 步骤(3)所述的粘结剂为丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯的一种或几种； 步骤(3)所述的分散剂为十二烷基苯磺钠或者十二烷基硫酸钠中的一种或两种； 步骤(3)所述的调浆比例为碳纳米管:粘结剂:分散剂按81?96:2-9:2?10质量比。
【专利摘要】一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法，包括以下步骤：将晶须状碳纳米管进行石墨化处理；球磨成细小密实粉体；取乙醇、去离子水、N-甲基吡咯烷酮或丙酮中的一种或两种作溶剂，碳纳米管为基本材料，加粘结剂和分散剂，调浆，配置成悬浮液；以玻璃、铝箔、铜箔、塑料薄膜中任一种作基底，将悬浮液涂覆在其表面，烘干，薄膜分离处理；以乙醇、去离子水浸泡，通过水浴热流将薄膜分离；炭化，再石墨化，取出压实，制成碳纳米管薄膜；本发明制备的碳纳米管薄膜具有一定柔韧性和强度，厚度10~100μm。可单独作锂离子电池负极使用，也可作锂离子电池正极和负极集流体使用，扣式电池放电比容量≥2000mAh/g，可逆容量≥1000mAh/g。
【IPC分类】H01M4/1393, H01M4/583, H01M10/0525, H01M4/66
【公开号】CN105514434
【申请号】CN201610034108
【发明人】孙晓刚, 陈珑, 吴小勇, 聂艳艳, 岳立福, 刘珍红, 邱志文, 蔡满园, 庞志鹏
【申请人】南昌大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月19日