小尺寸材料经由空化的分散制造技术

提供了用于通过使处理物质空化来解团聚和解附聚小尺寸材料比如碳纳米管的方法和系统。该处理物质可以是能够进行相变的物质，比如CO2。系统必须能够承受高压，并且空化可以通过超声、机械搅拌、喷射流的喷射或其他方法进行。经由本发明专利技术的方法处理的材料可以被去除而不需要使用化学表面活性剂或其他化学改性手段，并且可以进一步用于电池组中。并且可以进一步用于电池组中。并且可以进一步用于电池组中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】小尺寸材料经由空化的分散
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请权利要求2018年11月19日提交的美国临时专利申请号62/769,015的优先权权益。


[0003]本专利技术涉及比如碳纳米管等小尺寸材料的分散方法，并且涉及用于进行这种方法的系统。
[0004]更具体地，本专利技术涉及用于提供碳纳米管/电极基材基体以便改善能量存储装置的性能的方法。

技术介绍

[0005]微米和纳米尺寸范围内的小尺寸材料被用于许多应用中。更具体地，碳纳米管(CNT)是已被卷成圆柱形管的石墨片材。由于其高长宽比，CNT被认为是几乎一维的物体。CNT可以是单壁或多壁管，它们都具有低密度、高刚性(1TPa量级的杨氏模量)、高拉伸强度、以及高导热性和导电性。
[0006]单壁和/或多壁CNT被用作复合材料以增加材料、涂层、膜、和微电子的机械和导电性能。在能量存储装置领域，CNT以非常低的质量百分比提高了商业阴极材料的导电性。另外，CNT的机械性能可以在例如锂离子电池组的充电/放电循环期间缓冲电极的体积变化。
[0007]尽管CNT具有优异的电、热和机械性能，但是由于CNT的使用需要控制CNT材料的微观结构，因此限制了其提高超级电容器和电池组性能的潜在用途。由于CNT之间的强相互作用力，CNT以基体形式的分散和排列的形成仍然具有挑战性。范德华相互作用导致所生成的CNT中的束或簇形成。这种团聚或附聚形成导致其机械和电气性能的降低。MWCNT的解团聚已通过机械方法实现，比如例如，将分散在液体、有机物或水溶液中的MWCNT的剪切混合、剪切研磨和超声处理，或者通过与化学方法(包括表面官能化)组合，以及添加表面活性剂，在某些情况下，与离心步骤组合。与MWCNT相比，SWCNT的解团聚需要更高的能量水平，这只能通过超声处理获得。
[0008]一些技术表明，在分散和声波处理之后，CNT可以被干燥和再分散。然而，关于CNT在电化学电池中的应用，常用技术改变了表面化学或引入了额外的不需要的异物，或者损坏了CNT结构，任何或所有这些都会降低导电性和/或导热性并降低电化学电池的质量。
[0009]因而，需要一种没有上述局限性的分散小尺寸材料的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术，在其实施方式中，涉及用于解团聚和解附聚小尺寸材料的方法。小尺寸材料在本文中限定为具有微米和纳米尺寸范围内的颗粒的材料，并且可以包括，例如，无机颜料比如TiO2、Fe2O3，来自罗丹明组、来自酞菁组的有机荧光颜料，磨料粉比如刚玉、金刚石，和碳纳米管(CNT)。本专利技术的方法涉及这些小尺寸材料及其分散以及与电极基材颗粒的物
理网络的形成。更具体地，本专利技术涉及碳纳米管经由空化的解团聚和解附聚。更具体地，本专利技术涉及在致密相流体中基于空化器比如超声探头的应用对碳纳米管进行解团聚和解附聚，并且更具体地，涉及在液体CO2或超临界条件下的CO2中使用超声处理对碳纳米管进行解团聚和解附聚。更具体地，本专利技术涉及使用用碳纳米管制备的电极材料的颗粒来改善能量存储装置的性能，该能量存储装置包括但不限于，水性或有机溶剂电解质类型的超级电容器、Ni/金属氢化物电池组、铅酸电池组、和锂离子和锂离子聚合物电池组。本专利技术使用在不使用表面活性剂或碳纳米管或基材颗粒的共价改性的情况下产生碳纳米管与基材颗粒的3D网络的工艺。
[0011]术语电极基材颗粒是指用作电极材料的纳米和微米颗粒。
[0012]术语电池组在本文中是指由串联或并联或组合连接的至少一个电池或多个电池组成的电池组或超级电容器。
[0013]根据本专利技术的实施方式，提供了用于分散小尺寸材料比如碳纳米管的方法。方法包括将小尺寸材料粉末放置到处理室，将处理物质引入到处理室，该处理物质能够进行空化，并且对处理物质进行空化以引起小尺寸材料的分散。
[0014]根据本专利技术的实施方式中的进一步的特征，小尺寸材料可以是TiO2、Fe2O3、来自罗丹明组的有机荧光颜料、来自酞菁组的有机荧光颜料，刚玉粉末、金刚石粉末、或碳纳米管、或其他合适的材料。
[0015]根据本专利技术的实施方式中的进一步的特征，将干燥的碳纳米管粉末与电极基材材料混合并一起放置到处理室中。碳纳米管对电极基材材料具有电亲和力，使得分散的碳纳米管与电极基材材料建立稳定的接触，从而形成分散的CNT/电极基材基体。
[0016]在本专利技术的实施方式中，处理物质可以是液态或超临界形式的二氧化碳，或者是二氧化碳与其他气体或其他合适的材料的混合物。在处理之前或期间，处理物质可发生相变。通过在高压下(例如，对于超临界CO2大于或等于74巴或者在室温下对于液态CO2大于或等于40
‑
60巴)将超声施加到处理物质来进行空化，或者可以通过机械搅拌或通过重复增大或减小处理室中的压力，或者通过喷射超临界CO2的喷射流，或者通过其他合适的方法来进行空化。方法可以包括增加空化期间处理室的温度。
[0017]在本专利技术的实施方式的进一步的特征中，方法还包括从处理室去除分散的小尺寸颗粒而不改变纳米管颗粒的化学组成。然后，可以将小尺寸材料用于电池组中。
[0018]根据本专利技术的实施方式，提供了用于对碳纳米管进行解团聚和解附聚的系统。系统包括具有处理室的AMT容器，该处理室配置为在其中容纳CNT/电极基材混合物并且配置为承受至少40
‑
60巴，并且在一些实施方式中至少70巴，并且在一些实施方式中至少100巴的压力。系统进一步包括能够进行空化的处理物质的外部源，以及用于使处理室中的处理物质空化的空化器。
[0019]在本专利技术的实施方式的进一步的特征中，AMT容器包括底部部分和可定位在底部部分上面的顶部部分，使得当顶部部分定位在底部部分上面时，顶部和底部部分形成处理室。在本专利技术的实施方式中，AMT容器包括穿过顶部部分的处理物质进料管道。
[0020]在本专利技术的实施方式的进一步的特征中，空化器可以是超声探头，并且顶部部分包括探头插入件，穿过该探头插入件可以将超声探头的至少一部分引入到处理室。在其他实施方式中，空化器可以是用于将处理物质的高速喷射流喷射到处理室的喷射器。处理室
可以是，例如，管道AMT容器。
[0021]根据本专利技术的另外的实施方式，提供了分散的CNT/电极基材基体材料，其包括碳纳米管材料和配置为与碳纳米管材料具有电亲和力的电极基材材料，其中碳纳米管材料被以稳定形式分散在电极基材材料，从而形成分散的CNT/电极基材基体。这种基体可以用在电池组中。
[0022]除非以其他方式限定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的相同含义。虽然可以在本专利技术的实施方式的时间或测试中使用类似或等同于本文所述的那些的方法和材料，以下描述了合适的方法和材料。在有冲突的情况下，将以包括定义的专利说明书为准。另外，材料、方法和实例仅是示例性的，并不旨在是限制性的。
附图说明
[0023]在本文中仅以实例的方式，参考附图来描述本专利技术。现在详细地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分散小尺寸材料的方法，所述方法包括：将小尺寸材料粉末放置到处理室中；将处理物质引入到所述处理室，所述处理物质能够进行空化；空化所述处理物质，其中所述空化引起所述小尺寸材料的分散。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述小尺寸材料包括碳纳米管。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述小尺寸材料包括以下至少一种：TiO2、Fe2O3、来自罗丹明组的有机荧光颜料、来自酞菁组的有机荧光颜料、刚玉粉末、和金刚石粉末。4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括由所分散的纳米管形成分散的CNT/电极基材基体，其中所述放置干燥的碳纳米管粉末包括将与电极基材材料混合的所述干燥的碳纳米管粉末放置到所述处理室中，所述碳纳米管对所述电极基材材料具有电亲和力，使得所述分散的碳纳米管建立与所述电极基材材料的稳定接触，从而形成所述分散的CNT/电极基材基体。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理物质是二氧化碳。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理物质能够进行相变，并且其中所述方法进一步包括诱导所述处理物质中的相变。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述引入物质包括引入超临界二氧化碳。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述空化包括机械搅拌所述超临界二氧化碳。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述机械搅拌通过旋转叶片或杯进行。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述空化进一步包括重复升高和降低所述处理室中的压力。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述空化包括将所述处理物质的喷射流喷射到所述处理室中。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述空化包括对所述处理物质进行超声处理。13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述空化期间升高所述处理室的温度。14.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：CENS材料有限公司，
类型：发明
国别省市：