一种碳纳米管导电浆料的制备方法和碳纳米管导电浆料与流程

本技术涉及锂离子电池，更具体地说，它涉及一种碳纳米管导电浆料的制备方法和碳纳米管导电浆料。

背景技术：

1、随着科学技术的进步，锂离子电池的发展势在必行。锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动进行工作，其具有能量密度高、平均输出电压高、自放电小的优势，已经被广泛的认可和应用。

2、锂离子电池的制备离不开导电浆料，导电浆料一般包括导电剂、分散剂、溶剂。导电剂常常选用炭黑、乙炔黑、石墨、碳纳米管等。碳纳米管是由单层或多层石墨卷曲而成的一维管状纳米材料，可以形成完整的三维导电网络结构。与炭黑、乙炔黑、石墨相比，碳纳米管具有更高的电子导电率，有利于提升锂离子电池的容量以及循环寿命，尤其有利于提高锂离子电池大倍率的充放电能力，因此，碳纳米管在锂离子电池应用方面具有广阔的应用前景，也正因如此，碳纳米管已经成为锂离子电池发展的主要研究方向之一。

3、然而，由于碳纳米管具有大的比表面积和高的长径比，还含有较多的金属杂质，使得碳纳米管的管层之间存在很强的范德华力，并使碳纳米管在很多情况下都处于团聚形态，造成分散性差的情况，导致锂离子电池使用的碳纳米管导电浆料粘度较大，给后续加工造成不便，特别是给后续自动上料造成不便。

技术实现思路

1、为了降低碳纳米管导电浆料的金属杂质含量以及粘度，本技术提供一种碳纳米管导电浆料的制备方法和碳纳米管导电浆料。

2、第一方面，本技术提供一种碳纳米管导电浆料的制备方法，采用如下的技术方案：一种碳纳米管导电浆料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、准备原料：碳纳米管导电浆料包括以下重量份的原料：超支化聚合物改性纯化碳纳米管4-6份、分散剂1-3份、有机溶剂91-95份；

4、s2、在有机溶剂中加入分散剂，搅拌处理50-70min，获得预混料；

5、s3、在预混料中加入超支化聚合物改性纯化碳纳米管，搅拌处理80-100min，获得混合料；

6、s4、对混合料研磨处理6-8h，获得碳纳米管导电浆料；

7、其中，所述超支化聚合物改性纯化碳纳米管为超支化聚合物对纯化碳纳米管处理获得；所述纯化碳纳米管采用高温对碳纳米管处理获得。

8、通过对碳纳米管进行纯化、超支化聚合物处理后，并配合分散剂、有机溶剂，使碳纳米管导电浆料具有较低的金属杂质。而且，碳纳米管导电浆料的出料粘度＜350mpa·s、经过14d导电浆料的粘度＜2100mpa·s，此时，14d粘度增加量＜1800mpa·s，使碳纳米管导电浆料表现出优良的分散性以及分散稳定性，提高碳纳米管导电浆料存储稳定性，满足市场需求。

9、碳纳米管在制备过程中可能引入多种金属杂质，例如fe、co、ni、cr等。将碳纳米管在高温下处理，不仅可以提高碳纳米管的纯度，而且还能够提高碳纳米管的晶化程度，同时对碳纳米管进行拉直，减少碳纳米管的缠绕团聚，增强纯化碳纳米管的分散性以及稳定性。进一步的，对纯化碳纳米管进行超支化聚合物处理，使碳纳米管表面含有多种基团，增强超支化聚合物改性纯化碳纳米管的分散性，降低碳纳米管导电浆料粘度，也降低长期存储粘度变化情况，从而提高碳纳米管导电浆料存储稳定性。

10、可选的，所述纯化碳纳米管采用以下方法制备：在惰性气体保护、压力为350-450kpa下，将碳纳米管升温至2100-2300℃，保温处理3-5h，冷却降温，获得纯化碳纳米管。

11、可选的，所述纯化碳纳米管制备中，首先以15-25℃/min的速率升温至800-1000℃，然后以8-12℃/min的速率升温至1500-1700℃，保温处理20-40min，之后以4-6℃/min的速率升温至2100-2300℃。

12、通过采用上述技术方案，将碳纳米管以梯度升温的方式升温至2100-2300℃，降低碳纳米管金属杂质含量，增加纯化碳纳米管的纯度。

13、可选的，所述超支化聚合物改性纯化碳纳米管采用以下方法制备：在无水乙醇中加入第一份3-丁烯酸甲酯、第一份乙二胺，搅拌处理14-16h；然后加入第二份乙二胺，搅拌处理14-16h；之后加入第二份3-丁烯酸甲酯，搅拌处理14-16h；然后加入第三份乙二胺，搅拌处理14-16h；之后加入纯化碳纳米管，超声处理20-40min，搅拌处理4-6h；然后加入第三份3-丁烯酸甲酯，搅拌处理14-16h；之后加入第四份乙二胺，搅拌处理14-16h；然后加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，搅拌处理14-16h；之后进行过滤，烘干，获得超支化聚合物改性纯化碳纳米管。

14、可选的，所述纯化碳纳米管、第一份3-丁烯酸甲酯、第一份乙二胺、第二份乙二胺、第二份3-丁烯酸甲酯、第三份乙二胺、第三份3-丁烯酸甲酯、第四份乙二胺、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱的重量配比为20:(2.8-3.2):(0.4-0.5):(1.6-2.0):(5.5-6.5):(3-4):(11-13):(6.5-7.5):(60-70)。

15、首先第一份乙二胺和第一份3-丁烯酸甲酯发生加成反应，且两者摩尔比为1:4，并形成支链。然后产物a和第二份乙二胺发生酰胺化反应，且两者摩尔比为1:4，增加支链长度。然后产物b和第二份3-丁烯酸甲酯发生加成反应，且两者摩尔比为1:8，进一步增加支链数量。然后产物c和第三份乙二胺发生酰胺化反应，且两者摩尔比为1:8，进一步增加支链长度。之后加入纯化碳纳米管，产物d在分子间作用力下吸附到纯化碳纳米管表面。之后产物d和第三份3-丁烯酸甲酯发生加成反应，且两者摩尔比为1:16，再进一步增加支链数量。之后产物e和第四份乙二胺发生酰胺化反应，且两者摩尔比为1:16，再进一步增加支链长度。最后产物f和甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱发生加成反应，且两者摩尔比为1:32，形成超支化聚合物，并在超支化聚合物的末端引入磺酸基、季铵盐，增加超支化聚合物改性纯化碳纳米管分散稳定性。

16、本技术的超支化聚合物改性纯化碳纳米管，分步骤使乙二胺和3-丁烯酸甲酯发生反应并获得产物d，此时产物d中含有较多的活性基团，能够有效的增加产物d和纯化碳纳米管结合稳定性。进一步的，分步骤使乙二胺和3-丁烯酸甲酯发生反应，并增加产物的支链数量以及支链长度，最后加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，在超支化聚合物改性纯化碳纳米管的末端引入阴离子基团、阳离子基团，并通过其之间的协同增效，提高超支化聚合物改性纯化碳纳米管分散稳定性，降低碳纳米管导电浆料的粘度，提高碳纳米管导电浆料存储稳定性。

17、可选的，所述纯化碳纳米管、无水乙醇的重量配比为2:(15-25)。

18、通过采用上述技术方案，对无水乙醇的添加量进行优化，便于纯化碳纳米管分散，也便于3-丁烯酸甲酯、乙二胺、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱之间反应，降低无水乙醇添加量过少而影响超支化聚合物改性纯化碳纳米管的性能，也降低无水乙醇添加量过多而增加成本。

19、可选的，所述碳纳米管的平均直径为5-12nm、平均长度为10-30μm。

20、通过采用上述技术方案，对碳纳米管的平均直径、平均长度进行优化，进而实现对长径比的控制，增强碳纳米管导电浆料的电学性能，提高适应性和应用范围。

21、可选的，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、甲基乙基酮中的一种或几种。

22、通过采用上述技术方案，对有机溶剂进行优化，原料易得，便于加工。且，有机溶剂在上述中进行选择时，都能够使碳纳米管导电浆料具有良好的存储稳定性。

23、可选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。

24、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠均具有良好的分散性，且分散剂在上述中进行选择时，均能够起到增加分散稳定性的效果。

25、第二方面，本技术提供一种碳纳米管导电浆料，采用如下的技术方案：

26、一种碳纳米管导电浆料，其采用上述所述的碳纳米管导电浆料的制备方法制备获得。

27、综上所述，本技术至少具有以下有益效果：

28、1、本技术制备方法获得的碳纳米管导电浆料，将碳纳米管依次进行纯化处理、超支化聚合物处理，然后配合分散剂、有机溶剂，使碳纳米管导电浆料的出料粘度＜350mpa·s、14d粘度增加量＜1800mpa·s，从而使碳纳米管导电浆料表现出优良的分散性以及分散稳定性，提高碳纳米管导电浆料存储稳定性。同时，碳纳米管导电浆料金属杂质fe含量＜0.8ppm、金属杂质co含量＜0.3ppm，金属杂质ni、金属杂质cr、金属杂质zn、金属杂质cu未检出，使碳纳米管导电浆料具有较低的金属杂质，满足市场需求。

29、2、超支化聚合物改性纯化碳纳米管制备方法中，先利用第一份3-丁烯酸甲酯、第一份乙二胺、第二份乙二胺、第二份3-丁烯酸甲酯、第三份乙二胺分步骤发生反应，然后将产物d对纯化碳纳米管进行改性，之后利用第三份3-丁烯酸甲酯、第四份乙二胺、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱进一步分步骤发生反应，从而获得超支化聚合物改性纯化碳纳米管。利用分步骤反应，不断增加支链数量以及支链长度，并在超支化聚合物改性纯化碳纳米管的末端引入磺酸基阴离子、季铵盐阳离子，通过其之间的协同增效，提高超支化聚合物改性纯化碳纳米管分散稳定性，降低碳纳米管导电浆料的粘度，提高碳纳米管导电浆料存储稳定性。