一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料及其制备方法与应用。以所述碳纳米管-石墨烯复合导电浆料的总重量为100％计，该浆料包括2wt％-6wt％的分散质和94wt％-98wt％的分散剂；优选所述分散质包括碳纳米管和石墨烯的混合物。本发明专利技术的碳纳米管-石墨烯复合导电浆料的制备方法简单，工艺成本低，适合大规模工业化生产与应用。本发明专利技术的碳纳米管-石墨烯复合导电浆料可以用作正极、负极材料的导电剂，具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料及其制备方法与应用
本专利技术提供了一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料及其制备方法与应用，属于能源

技术介绍
碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)自1991年由日本电镜学家Iijima首次发现以来，其作为一种一维碳纳米材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能，引起了人们广泛的关注。近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。CNTs的导电性和高长径比决定了其可能是一种理想的导电剂，与传统导电剂如导电碳黑等相比，碳纳米管具有更高的电子导电率，所需用量也相对较低，有利于提升电池容量、提高电池循环寿。然而，由于通常CNTs的比表面积比较小，与活性物质的接触面积有限，限制了电子在活性物质与碳纳米管之间的转移，因此其作为导电剂在锂离子电池方面的应用受到了一定的限制。石墨烯作为一种新型碳纳米材料，自发现以来即引起了国内外研究者的极大兴趣，石墨烯即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；其作为一维(1D)和二维(2D)碳纳米材料的代表者，其与碳纳米管既有区别也有联系，二者在结构和性能上具有互补性。从结构上来看，碳纳米管是碳材料的一维晶体结构；石墨烯由单层碳原子层构成，是真正意义上的二维晶体结构。碳纳米管铺展开来就形成石墨烯，而石墨烯卷曲起来就形成碳纳米管；从性能上来看，石墨烯具有可与碳纳米管相媲美甚至更优异的性能，例如它具有超高的电子迁移率、热导率、高载流子迁移率、自由的电子移动空间、高弹性、高强度等；在几何形状上，碳纳米管和石墨烯可以抽象地看作线、面，它们与电极活性物质的导电接触界面不同，碳纳米管作为一种新型的碳纤维状导电剂，可以形成完整的三维导电网络结构。与碳纳米管一样，石墨烯的片状结构决定了电子能够在二维空间内传导，也被看作理想的导电剂，然而其二维结构及高比表面积的局限性也导致了它在活性材料之间不能像碳纳米管一样构建完美三维导电网络。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料。本专利技术的目的还在于提供上述碳纳米管-石墨烯复合导电浆料的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述碳纳米管-石墨烯复合导电浆料作为电极材料导电剂的应用。为达到上述目的，本专利技术提供了一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料，以所述碳纳米管-石墨烯复合导电浆料的总重量为100％计，该浆料包括2wt％-6wt％的分散质和94wt％-98wt％的分散剂。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述分散质包括碳纳米管和石墨烯的混合物。根据本专利技术所述的浆料，优选地，以分散质的总重量为100％计，所述分散质包括5wt％-90wt％的石墨烯和10wt％-95wt％的碳纳米管。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述碳纳米管的制备方法为现有技术，其详细的制备方法请参考文献Y.Wang,F.Wei,G.Luo,H.Yu,andG.Gu,Chem.Phys.Lett.,2002,364,568。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述石墨烯为采用超临界流体法制备得到的石墨烯，上述石墨烯的详细制备方法请参考中国专利CN102115078A所公开的内容；更优选地，以所述石墨烯的总重量为100％计，该石墨烯中的氧含量小于10wt％。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述分散剂包括氮甲基吡咯烷酮或水。根据本专利技术所述的浆料，优选地，当所述分散剂为水时，所述碳纳米管为掺硫碳纳米管、掺磷碳纳米管或掺硫、磷碳纳米管。根据本专利技术所述的浆料，优选地，当所述碳纳米管为掺硫碳纳米管时，以所述掺硫碳纳米管的总重量为100％计，该掺硫碳纳米管中硫的含量为0.01-5wt％；当所述碳纳米管为掺磷碳纳米管时，以所述掺磷碳纳米管的总重量为100％计，该掺磷碳纳米管中磷的含量为0.01-2wt％；当所述碳纳米管为掺硫、磷碳纳米管时，以所述掺硫、磷碳纳米管的总重量为100％计，该掺硫、磷碳纳米管中硫的含量为0.01-5wt％，磷的含量为0.01-2wt％。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述掺硫碳纳米管的制备方法包括以下步骤：1)将碳纳米管与硫酸盐粉末固相混合，或将碳纳米管浸渍于硫酸盐溶液后烘干，得到碳纳米管和硫酸盐的混合物；更优选所述碳纳米管与硫酸盐粉末的质量比为1:0.1-5；更优选所述硫酸盐溶液的浓度为0.1-100g硫酸盐/100g水；更优选所述烘干的温度为80-120℃，烘干的时间为1-12h；2)将所述碳纳米管和硫酸盐的混合物在氮气或氩气气流中煅烧，得到经煅烧后的产物；更优选所述煅烧的温度为400-1000℃，煅烧的时间为10-600min；更优选所述硫酸盐包括硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸锰中的一种或几种的组合；3)将所述经煅烧后的产物进行酸洗纯化后，烘干；得到经酸洗纯化并烘干的产物；更优选所述酸洗为用盐酸酸洗；更优选所述烘干的温度为80-120℃，烘干的时间为1-12h；4)将所述经酸洗纯化并烘干的产物在惰性气体气氛下煅烧除去水分，得到所述掺硫碳纳米管；更优选所述煅烧的温度为200-300℃，煅烧的时间为10-600min。在上述掺硫碳纳米管的制备步骤3)中，酸洗纯化的目的是除去盐或氧化物，酸洗纯化过程为本领域的常规技术手段，在本专利技术的优选实施例中，使用质量百分比为37％的浓盐酸与水的比例为1:0-3(体积比)的盐酸溶液对经煅烧后的产物进行酸洗纯化，所述盐酸溶液的用量要比理论用量(1molMgO对应2molHCl)过量5-20％(质量比)。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述掺磷碳纳米管的制备方法包括以下步骤：1)将碳纳米管与磷酸盐粉末固相混合，或将碳纳米管浸渍于磷酸盐溶液后烘干，得到碳纳米管和磷酸盐的混合物；更优选所述碳纳米管与磷酸盐粉末的质量比为1:0.1-5；更优选所述磷酸盐溶液的浓度为0.1-100g磷酸盐/100g水；更优选所述烘干的温度为80-120℃，烘干的时间为1-12h；2)将所述碳纳米管和磷酸盐的混合物在氮气或氩气气流中煅烧，得到经煅烧后的产物；更优选所述煅烧的温度为400-1000℃，煅烧的时间为10-600min；更优选所述磷酸盐包括磷酸镁、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、聚磷酸铵、磷酸钴中的一种或几种的组合；3)将所述经煅烧后的产物进行酸洗纯化后，烘干；得到经酸洗纯化并烘干的产物；更优选所述酸洗为用盐酸酸洗；更优选所述烘干的温度为80-120℃，烘干的时间为1-12h；4)将所述经酸洗纯化并烘干的产物在惰性气体气氛下煅烧除去水分，得到所述掺磷碳纳米管；更优选所述煅烧的温度为200-300℃，煅烧的时间为10-600min。在上述掺磷碳纳米管的制备步骤3)中，酸洗纯化的目的是除去盐或氧化物，酸洗纯化过程为本领域的常规技术手段，在本专利技术的优选实施例中，使用质量百分比为37％的浓盐酸与水的比例为1:0-3(体积比)的盐酸溶液对经煅烧后的产物进行酸洗纯化，所述盐酸溶液的用量要比理论用量(1molMgO对应2molHCl)过量5-20％(质量比)。根据本专利技术所述的浆料，优选地，所述掺硫、磷碳纳米管的制备方法包括以下步骤：1)将碳纳米管与磷酸盐和硫酸盐粉末固相混合，或将碳纳米管浸渍于磷酸盐和硫酸盐溶液后烘干，得到碳纳米管、磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管‑石墨烯复合导电浆料，其中，以所述碳纳米管‑石墨烯复合导电浆料的总重量为100％计，该浆料包括2wt％‑6wt％的分散质和94wt％‑98wt％的分散剂；优选所述分散质包括碳纳米管和石墨烯的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料，其中，以所述碳纳米管-石墨烯复合导电浆料的总重量为100％计，该浆料包括2wt％-6wt％的分散质和94wt％-98wt％的分散剂；所述分散质包括碳纳米管和石墨烯的混合物；当所述分散剂为水时，所述碳纳米管为掺硫碳纳米管、掺磷碳纳米管或掺硫、磷碳纳米管。2.根据权利要求1所述的浆料，其中，以分散质的总重量为100％计，所述分散质包括5wt％-90wt％的石墨烯和10wt％-95wt％的碳纳米管。3.根据权利要求1或2所述的浆料，其中，所述石墨烯为采用超临界流体法制备得到的石墨烯。4.根据权利要求3所述的浆料，其中，以所述石墨烯的总重量为100％计，该石墨烯的氧含量小于10wt％。5.根据权利要求1所述的浆料，其中，当所述分散剂为水时，所述碳纳米管为掺硫、磷碳纳米管。6.根据权利要求1所述的浆料，其中，当所述碳纳米管为掺硫碳纳米管时，以所述掺硫碳纳米管的总重量为100％计，该掺硫碳纳米管中硫的含量为0.01-5wt％；当所述碳纳米管为掺磷碳纳米管时，以所述掺磷碳纳米管的总重量为100％计，该掺磷碳纳米管中磷的含量为0.01-2wt％；当所述碳纳米管为掺硫、磷碳纳米管时，以所述掺硫、磷碳纳米管的总重量为100％计，该掺硫、磷碳纳米管中硫的含量为0.01-5wt％，磷的含量为0.01-2wt％。7.根据权利要求1、5-6任一项所述的浆料，其中，所述掺磷碳纳米管或掺硫碳纳米管的制备方法包括以下步骤：1)将碳纳米管与磷酸盐粉末或硫酸盐粉末固相混合，或将碳纳米管浸渍于磷酸盐溶液或硫酸盐溶液后烘干，得到碳纳米管和磷酸盐或硫酸盐的混合物；2)将所述碳纳米管和磷酸盐或硫酸盐的混合物在氮气或氩气气流中煅烧，得到经煅烧后的产物；3)将所述经煅烧后的产物进行酸洗纯化后，烘干；得到经酸洗纯化并烘干的产物；4)将所述经酸洗纯化并烘干的产物在惰性气体气氛下煅烧除去水分，得到所述掺磷碳纳米管或掺硫碳纳米管。8.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤(1)所述碳纳米管与磷酸盐粉末或磷酸盐粉末的质量比为1:0.1-5。9.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤(1)所述磷酸盐溶液或硫酸盐溶液的浓度为0.1-100g磷酸盐或硫酸盐/100g水。10.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤(1)所述烘干的温度为80-120℃，烘干的时间为1-12h。11.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤(2)所述煅烧的温度为400-1000℃，煅烧的时间为10-600min。12.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤(2)所述磷酸盐包括磷酸镁、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、聚磷酸铵、磷酸钴中的一种或几种的组合。13.根据权利要求7所述的浆料，其中，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁国庆，祁传磊，李永峰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11