一种碳纳米管分散液及其制备方法技术

一种碳纳米管分散液及其制备方法，按照质量份分散剂：1

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管分散液及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池制作材料
，具体涉及一种碳纳米管分散液及其制备方法，尤其适用于锂电池，3C消费、倍率型、储能型和动力型电池的生产制作。

技术介绍

[0002]碳纳米管应用于锂电池时，由于碳纳米管高度极化、表面光滑且管之间存在较强的范德华力、比表面积高、长径比大，导致碳管之间容易团聚和缠结。因此，碳管用于浆料和电极时，通常需要先预分散。碳纳米管预分散溶液包括分散剂或表面活性剂，以防止碳纳米管的自聚集，增强碳纳米管的溶剂化作用，并获得适当的流体性能，以增强分散稳定性。
[0003]各种表面活性剂和分散剂，包括聚乙烯吡啶酮(PVP)、丁腈橡胶(NBR)、胺类、丙烯酸类和其他π共轭基团连接的两亲和分子，已被用于改善碳纳米管在溶剂中的分散。
[0004]因HNBR在性能上是最接近PVDF的高分子材料，并且具有优异的离子通过性能，是未来最有可能取代其他分散剂的材料，所以目前被广泛研究。然而，HNBR单独用于碳纳米管分散时，仍然存在一些不足，首先HNBR与PVDF不相容，这会导致与PVDF浆料混合时，当使HNBR用量高时，会出现类凝胶聚集体及非均相现象，从而导致分散不均，涂覆不均，电性能差等。
[0005]此外，HNBR作为橡胶大分子材料，其溶解过程和固态低分子材料有明显的差别。溶解的过程极其缓慢，不能像低分子材料那样快速分散溶解。
[0006]其次，整个过程分成两个阶段—溶胀、后溶解，而非一步到位。因此时间非常漫长，传统生产工艺，都是采用开炼机塑炼，薄通下片，然后将片置于溶剂中浸泡溶解；或者与其他助剂混炼后，下片切割成比较大的块状或片状后进行溶剂，工序复杂，时间冗长。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种良好碳纳米管分散性，并且降低了体系粘度的碳纳米管分散液及其制备方法。
[0008]具体技术方案如下：一种碳纳米管分散液：
[0009]按照质量份分散剂：1
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10份；分散助剂：1
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5份；溶剂：85
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98份；
[0010]其中分散剂为氢化丁腈，分散助剂为高度甲基醚化三聚氰胺甲醛树脂。
[0011]氢化丁腈橡胶(HNBR)，不仅可以改善碳纳米管的分散，而且可以改善复合材料的机械、化学、物理和热性能；
[0012]为了弥补HNBR作为分散剂的不足，我们引入多功能化分散助剂MF，一种高度甲基醚化三聚氰胺甲醛树脂，该树脂具有多种官能基团(
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OH，
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COON，
‑
CONH2等)。分散助剂MF的引入，增加了相容性，克服了类凝胶及非均相问题，提高了碳纳米管分散性。
[0013]作为优化：所述分散剂与分散助剂的比列为1:1
‑
2:1。单一的采用主分散剂，HNBR与PVDF不相容，这会导致与PVDF浆料混合时，会出现类凝胶聚集体及非均相现象，从而导致分散不均，涂覆不均，电性能差等。加入了助分散剂，因其多种功能基团与PVDF及HNBR的相
互作用，克服了非均相问题。只有将HNBR与MF的比例可控制在一定范围，才能有效避免非均相问题，MF太少，相互作用基团少，仍会有非均相问题，导致分散性差；MF太多，会导致多出的MF会与合浆后的碳管等相互作用，导致分散性变差。)
[0014]作为优化：所述氢化丁腈残留双键含量为0.5％
‑
20％，ACN含量为15
‑
60。氢化丁腈橡胶的残留双键关系到电池充放电过程中的抗氧化性能，双键不稳定，过多的双键在会发生电化学氧化，从而影响电性能；而ACN含量关系到耐油性能，作为油性分散剂，希望分散剂的耐油性能优异，从而保持稳定性，后续使用过程中，不会发生溶胀，过低的ACN耐油性能差，过高的ACN耐低温性能差，且极性增大，分子链的柔性下降，作为分散剂对CNT的包裹作用下降。因此HNBR的残留双键及ACN含量需要选择一个合适的范围。
[0015]一种碳纳米管分散液的制备方法：
[0016]步骤一：采用橡胶破碎机将橡胶生胶破碎成粒径0.4
‑
1.2cm之间的颗粒；
[0017]步骤二：将橡胶颗粒置于双行星真空搅拌机中，加入1/3溶剂，进行溶胀；
[0018]步骤三：加入1/3溶剂于溶胀液中，转速2000
‑
3000rpm，2
‑
4h，进行溶解；
[0019]步骤四：加入1/3溶剂于步骤(3)溶液中，转速2000
‑
3000rpm，2
‑
4h，再次进行溶解；
[0020]步骤五：加入分散助剂MF，500rpm，5
‑
30min，30℃以下进行混合；
[0021]步骤六：采用除铁器除去溶液中可能存在的铁；
[0022]步骤七：采用过滤器除去溶液中存在的杂质以及部分凝胶物质；
[0023]步骤八：完成。
[0024]作为优化：所述步骤一中，橡胶破碎机将橡胶生胶破碎成粒径0.5
‑
1cm之间的颗粒。
[0025]作为优化：所述步骤二中，初始搅拌转速为低转速300
‑
800rpm。
[0026]作为优化：所述步骤三和步骤四中，溶解搅拌转速为高转速2000
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3000rpm。
[0027]作为优化：所述步骤五中，助剂溶解为低转速短时间，低温300
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500rpm，5
‑
30min，30℃以下。
[0028]本专利技术的有益效果为：采用氢化丁腈橡胶(HNBR)，作为分散剂，不仅可以改善碳纳米管的分散，而且可以改善复合材料的机械、化学、物理和热性能；
[0029]为了弥补氢化丁腈橡胶作为分散剂的不足，采用多功能化分散助剂MF，一种高度甲基醚化三聚氰胺甲醛树脂，该树脂具有多种官能基团(
‑
OH，
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COON，
‑
CONH2等)。分散助剂MF的引入，增加了相容性，克服了类凝胶及非均相问题，提高了碳纳米管分散性。
[0030]本专利技术方法过程包括分散剂橡胶的破碎、溶胀、溶解、进一步溶解、与助分散剂的混合。通过优化橡胶溶解分散步骤，使得生产时间大大缩减；新型高分子橡胶分散剂提高了纳米管的分散性，通过引入分散助剂，进一步提高了碳纳米管溶液的分散性及相容性。
[0031]氢化丁腈橡胶作为橡胶大分子材料，其溶解过程和固态低分子材料有明显的差别。溶解的过程极其缓慢，不能像低分子材料那样快速分散溶解。本方法整个过程分成两个阶段—溶胀、后溶解，而非一步到位。因此时间非常漫长，传统生产工艺，都是采用开炼机塑炼，薄通下片，然后将片置于溶剂中浸泡溶解；或者与其他助剂混炼后，下片切割成比较大的块状或片状后进行溶剂，工序复杂，时间冗长。本专利技术方法采用橡胶破碎转子，将小粒径的橡胶，通过控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管分散液，其特征在于：按照质量份分散剂：1
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10份；分散助剂：1
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5份；溶剂：85
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98份；其中分散剂为氢化丁腈，分散助剂为高度甲基醚化三聚氰胺甲醛树脂。2.根据权利要求1所述碳纳米管分散液，其特征在于：所述分散剂与分散助剂的比列为1:1
‑
2:1。3.根据权利要求1所述碳纳米管分散液，其特征在于：所述氢化丁腈残留双键含量为0.5％
‑
20％，ACN含量为15
‑
60。4.根据权利要求1，或者权利要求2，或者权利要求3所述碳纳米管分散液的制备方法，其特征在于：步骤一：采用橡胶破碎机将橡胶生胶破碎成粒径0.4
‑
1.2cm之间的颗粒；步骤二：将橡胶颗粒置于双行星真空搅拌机中，加入1/3溶剂，进行溶胀；步骤三：加入1/3溶剂于溶胀液中，转速2000
‑
3000rpm，2
‑
4h，进行溶解；步骤四：加入1/3溶剂于步骤(3)溶液中，转速20...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，刘爱国，庄秋月，
申请(专利权)人：重庆德强化工有限公司，
类型：发明
国别省市：