一种碳纳米管薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域。
【背景技术】
[0002]碳纳米管薄膜是碳纳米管衍生产物的其中之一，是一种环境友好型、无毒、无害的基础性材料。由于碳纳米管薄膜具有柔性可弯曲的特点，因此可用于透明导电薄膜，制成柔性显示器、触摸屏等高造价现代电子产品的部件。另外碳纳米管薄膜密度低、质量轻、导电性好，也可作为电池集流体，降低电极整体重量，提升电池的能量密度。
[0003]目前碳纳米管薄膜的制备方法包括:化学气相沉积法，和溶液/过滤成膜法，层层自组装制膜法，电泳法，丝网印刷法等。其中化学气相是直接在基底上生长，其余为粉体间接制备薄膜法。制备碳纳米管薄膜的工艺较多，申请号200910309105.4的“碳纳米管薄膜的制备方法”中提及了一种通过超声、搅拌或高压均质处理制作碳纳米管分散液，然后抽滤沉淀在滤膜上，用脱除液去分散剂，最后用基底和碳纳米管薄膜相结合，分离出碳纳米管薄膜的方法。申请号:201110311780.8设计了一种碳纳米管薄膜制造设备，可连续大批量制得碳纳米管薄膜。申请号:201210304671.8涉及了一种碳纳米管薄膜板的制造方法及碳纳米管薄膜板。
[0004]碳纳米管是一维纳米碳材料，其长径比和比表面积较大，因而碳纳米管也具有较好吸附性能。但也因此碳纳米管大多堆叠吸附、相互缠绕在一起，使得碳纳米管的分散问题成了一大难点。但是晶须状碳纳米管是一种直线型较好的碳纳米管，相对来说大大降低了分散的难度，使得碳纳米管分散液的制备更加容易。
[0005]此外，在一些电化学实验中为了研究一些和碳纳米管薄膜相关的电子装置和设备(超级电容器和锂离子电池集流体)，需快速且大量制备碳纳米管薄膜以满足自需，基于此，特别开发了一种简单、快速制备碳纳米管薄膜方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了能更加简易、快捷、高效的制备碳纳米管薄膜，提出了一种新型制备碳纳米管薄膜的方法，并进行了薄膜改性处理，以此提高碳纳米管薄膜的使用性能。
[0007]本发明所述的碳纳米管薄膜制备方法，可以调节碳纳米管结构膜的厚度和密度，同时具备一定的强度以保证其使用时的完整性。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤包括如下。
[0009]( I)将碳纳米管进行石墨化处理。
[0010]将碳纳米管置于石墨化炉中，抽真空且升温至2800°C以上，保温一段时间后冷却至室温。目的是消除碳纳米管缺陷，提高结晶度和纯化碳纳米管。
[0011](2)以石墨化处理的碳纳米管、分散剂、粘结剂和N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液为原料，经过超声、高速剪切或球磨等，制备碳纳米管悬浊液。
[0012]本发明所述的碳纳米管悬浊液先是由碳纳米管、分散剂和NMP按5-10:1-1.5:84-100的质量比配制成分散液，再由分散液和粘结剂按90-100:1-1.2的质量比配制而成。
[0013]所述的碳纳米管分散剂是指十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或者十二烷基硫酸钠(SDS)等离子分散剂中的一种。
[0014]所述的粘结剂是聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或两种以上。
[0015](3)将制作好的碳纳米管悬浊液滴加在平铺的基底上，65°C烘干，最后分离基底便可制得碳纳米管薄膜。
[0016]所述的基底是指柔性塑料薄膜、铜箔或者铝箔三种材料中的一种。
[0017]所述的分离基底的方法是指通过水或者酒精的润湿，用镊子夹住基底材料一角，开始反向缓慢拉动，最终分离基底。
[0018](4)碳纳米管薄膜的改性处理，将碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1300-1500°C碳化，保温0.5-2h，冷却至室温取出。
[0019]本发明所制备的碳纳米管薄膜厚度在10-20 μm左右，较容易分离基底。经高温碳化改性，去除碳纳米管薄膜中杂质，使碳纳米管薄膜具有更好的使用性能。在锂离子电池中，可代替铝箔铜箔作为集流体使用，也可以单独作为负极放电，具有较高的初始比容量。
【附图说明】
[0020]图1为实施例碳纳米管薄膜图。
[0021]图2为实施例碳纳米管薄膜做锂离子电池负极时，0.1c倍率下电池的充放电图。其中，I为第一次放电曲线，2为第二次放电曲线，3为第三次放电曲线。
【具体实施方式】
[0022]本发明通过以下实施例做进一步说明。
[0023]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。
[0024]实施例1。
[0025](I)石墨化处理。用坩祸将碳纳米管填装好，置于石墨化炉内并抽真空，缓慢升温至2800 °C。保温24h，冷却至室温取出。
[0026](2)碳纳米管悬浊液制备。将石墨化处理的碳纳米管、SDBS分散剂、NMP以5:1:84的质量比称取置于烧杯中，用封口膜密封，再超声lh，再换封闭容器高速剪切lh，制作成分散液。分散液和PVDF粘结剂以95:1.1的质量比配制，于封闭容器中高速剪切2h，制备碳纳米管悬浊液。
[0027](3)在玻璃板上，先用酒精润湿表面，将洁净的铝箔铺展其上，并紧密贴合。四周用窄边透明胶布贴紧固定，围成封闭矩形。中间滴加碳纳米管悬浊液，65°C烘干。
[0028](4)干燥好后，以水润湿，用镊子轻轻夹住边角，反向缓慢拉动，以分离铝箔基底。
[0029](5)将碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1300°C碳化，保温1.5h，冷却至室温取出。
[0030]实施例2。
[0031](I)石墨化处理。用坩祸将碳纳米管填装好，置于石墨化炉内并抽真空，缓慢升温至2900 °C。保温30h，冷却至室温取出。
[0032](2)碳纳米管悬浊液制备。将石墨化处理的碳纳米管、SDS分散剂、NMP以6:1.1:90的质量比称取置于烧杯中，用封口膜密封，再超声lh，再换封闭容器高速剪切lh，制作成分散液。分散液和SBR粘结剂以90:1的质量比配制，于封闭容器中球磨4h，制备碳纳米管悬浊液。
[0033](3)在玻璃板上，先用酒精润湿表面，将洁净的铜箔铺展其上，并紧密贴合。四周用窄边透明胶布贴紧固定，围成封闭矩形。矩形中滴加碳纳米管悬浊液，65°C烘干。
[0034](4)干燥好后，以酒精润湿，用镊子轻轻夹住边角，向反向缓慢拉动，以分离基底。
[0035](5)将碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1450°C碳化，保温0.5h，冷却至室温取出。
[0036]实施例3。
[0037](I)石墨化处理。用坩祸将碳纳米管填装好，置于石墨化炉内并抽真空，缓慢升温至3000°C。保温25h，冷却至室温取出。
[0038](2)碳纳米管悬浊液制备。将石墨化处理的碳纳米管、SDBS分散剂、NMP以10:1.3:100的质量比称取置于烧杯中，用封口膜密封，再超声2h，再换封闭容器高速剪切1.5h，制作成分散液。分散液和CMC粘结剂以93:1.2的质量比配制，于封闭容器中高速剪切3h，制备碳纳米管悬浊液。
[0039](3)在玻璃板上，先用酒精润湿表面，将洁净的柔性塑料薄膜铺展其上，并紧密贴合。四周用窄边透明胶布贴紧固定，围成封闭矩形。矩形中滴加碳纳米管悬浊液，65°C烘干。
[0040](4)干燥好后，以酒精润湿，用镊子轻轻夹住边角，向反向缓慢拉动，以分离基底。
[0041](5)将碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1460°C碳化，保温lh，冷却至室温取出。
【主权项】
1.一种碳纳米管薄膜的制备方法，其特征是包括如下步骤: (1)将碳纳米管置于石墨化炉中，抽真空且升温至2800°c以上，保温一段时间后冷却至室温; (2)以步骤(I)的碳纳米管、分散剂、粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶液为原料，经过超声、高速剪切或球磨等，制备碳纳米管悬浊液； 所述的碳纳米管悬浊液是先由碳纳米管、分散剂和N-甲基吡咯烷酮按5-10:1-1.5:84-100的质量比配制成分散液，再由分散液和粘结剂按90-100:1-1.2的质量比配制而成； (3)将步骤(2)的碳纳米管悬浊液滴加在平铺的基底上，65°C烘干，最后分离基底便可制得碳纳米管薄膜； (4)将步骤(3)的碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1300-1500°C碳化，保温0.5-2h，冷却至室温取出。2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜的制备方法，其特征是所述的分散剂是指十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠离子分散剂中的一种。3.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜的制备方法，其特征是所述的粘结剂是聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或两种以上。4.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜的制备方法，其特征是所述的基底是指柔性塑料薄膜、铜箔或者铝箔中的一种。
【专利摘要】一种碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）将碳纳米管置于石墨化炉中，抽真空且升温至2800℃以上，保温一段时间后冷却至室温；（2）以步骤（1）的碳纳米管、分散剂、粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶液为原料，经过超声、高速剪切或球磨等，制备碳纳米管悬浊液；（3）将步骤（2）的碳纳米管悬浊液滴加在平铺的基底上，65℃烘干，分离基底；（4）将步骤（3）的碳纳米管薄膜置于真空炉内随炉升温至1300-1500℃碳化，保温0.5-2h，冷却至室温取出。本发明所制备的碳纳米管薄膜厚度在10-20μm左右，较容易分离基底；经高温碳化改性，具有更好的使用性能；在锂离子电池中，可代替铝箔铜箔作为集流体，也可单独作为负极，具有较高的初始比容量。
【IPC分类】B82Y40/00, B82Y30/00, H01M4/1393, H01M4/66
【公开号】CN105047940
【申请号】CN201510330909
【发明人】孙晓刚, 吴小勇, 庞志鹏, 岳立福, 聂艳艳, 刘珍红
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月16日