【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纳米管浆料制备领域，尤其涉及一种水系多壁碳纳米管浆料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳纳米管作为一种新型碳材料，因其具有高的拉伸强度、良好的导电性能被广泛用于材料增强和导电材料制备领域，尤其随着新能源行业的发展，电源领域对碳纳米管导电剂的需求量持续增加。但是目前大规模量产的碳纳米管为多壁碳纳米管，且微观上为团聚体。如果直接使用团聚结构的多壁碳纳米管，材料的性能改善较小或者变差，这主要是因为团聚结构的多壁碳纳米管没有得到有效分散，或者分散好的碳纳米管又重新团聚在一起。所以如果不能解决多壁碳纳米管的分散问题和浆料稳定性问题，将极大限制多壁碳纳米管的商业应用。
2、综上可知，确有必要提供一种多壁碳纳米管分散均匀，浆料性能稳定的水系多壁碳纳米管浆料。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术人提供了一种水系多壁碳纳米管浆料及其制备方法和应用，该水系浆料中多壁碳纳米管分散均匀，多壁碳纳米管以单分散形式存在，不易团聚；该水系多壁碳纳米管浆料物化性能稳定，可长期存放，不易分层；该水系浆料可直接用于水系负极浆料的匀浆过程，涂布后制备的极片中多壁碳纳米管分布均匀；该水系浆料制备工艺简单，可大规模制备和应用。
2、由于多壁碳纳米管为团聚体，为打开其缠绕结构，需减小碳管之间的范德华力，这样可以快速解开团聚体，并有效避免碳管之间的重新聚合。为减小碳管之间的范德华力，本专利技术的碳管浆料中添加了分散剂和增稠剂，其中增稠剂为链状有机高分子，可随着机械扰动缠绕在分散
3、多壁碳纳米管分散过程中使用超声分散设备，其主要目的是通过较大的能量输入，可以从多壁碳纳米管的缺陷处，对碳管进行短切，以得到长径比小的单分散碳纳米管，长径比小的碳纳米管更容易分散。
4、为实现以上专利技术目的，本专利技术的一个方面提供一种水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，包括质量分数为1％至20％的多壁碳纳米管，质量分数为0.5％至30％的增稠剂、质量分数为0％至5％的分散剂、质量分数为45％至98.5％去离子水与酒精的混合溶剂，其中去离子水与酒精的质量比为1：1至20：1，所述增稠剂为含羟基的链状有机高分子，碳原子与羟基的个数比例为4:1至1:1。
5、在一些实施方式中，增稠剂为多糖类高分子，其中碳原子与羟基的个数比例为4:1至1:1，优选2:1至1:1，这样可以保证链状高分子与碳纳米管缠绕的同时，不至于由于羟基太多，产生较大位阻，且较多的羟基对溶剂的锁定功能太强，溶剂减少不利于多壁碳纳米管的分散。
6、在一些实施方式中，增稠剂的分子量范围为5000至100000，分子量太低，起不到缠绕碳纳米管的作用，分子量太大，浆料体系粘稠，空间位阻变大，不利于碳纳米管分散。
7、在一些实施方式中，所述的多壁碳纳米管直径范围为6nm至500nm，多壁碳纳米管的长度范围为1微米至30微米。
8、在一些实施方式中，所述的多壁碳纳米管经过预处理或表面官能化。所述的预处理或表面官能化包括酸洗、惰性气氛烧蚀、环境气氛烧蚀、氮化处理、氨化处理等。
9、在一些实施方式中，所述的分散剂选自烷基苯磺酸、苯乙烯磺酸及它们的盐，优选为十二烷基苯磺酸钠、4-苯乙烯磺酸中的至少一种。
10、在一些实施方式中，所述的增稠剂选自羧甲基纤维素及其盐，优选为羧甲基纤维素钠。
11、在一些实施方式中，增稠剂与多壁碳纳米管的质量比例在10:1至1:10，优选5:1至1:5，更优选2:1至1:2的范围内。
12、本专利技术的另一方面提供一种制备上述水系多壁碳纳米管浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
13、步骤一、将多壁碳纳米管与任选的分散剂加入去离子水中，使用机械搅拌设备进行物理混合，同时使用超声分散设备对多壁碳纳米管进行分散，得到溶液1；
14、步骤二、制备增稠剂溶液，其中使用机械搅拌设备对去离子水进行扰动，然后缓慢加入增稠剂，将分散好的增稠剂进行溶解得到溶液2；
15、步骤三、将溶液1和溶液2进行混合得到水系多壁碳纳米管浆料。
16、在一些实施方式中，所述步骤一中的多壁碳纳米管是经过预处理的，所述预处理包括酸洗、惰性气氛烧蚀、环境气氛烧蚀、氮化处理、氨化处理中的至少一种。
17、在一些实施方式中，所述步骤一中的机械搅拌转速范围为300rpm至3000rpm，超声分散功率范围为10khz至50khz，超声分散设备工作时间为5小时至24小时。
18、在一些实施方式中，所述步骤二中的溶解时间为10小时至48小时。
19、在一些实施方式中，所述步骤三中的混合时间为1小时至12小时，优选3小时至8小时。
20、本专利技术的再一方面提供上述水系多壁碳纳米管浆料在制备水系石墨负极、水系硅负极或水系硅碳负极极片中的应用。
21、本专利技术至少具有以下优势之一：
22、1、该水系浆料中多壁碳纳米管分散均匀，多壁碳纳米管以单分散形式存在，不易团聚；
23、2、该水系多壁碳纳米管浆料物化性能稳定，可长期存放，不易分层；
24、3、该水系浆料可直接用于水系负极浆料的匀浆过程，涂布后制备的极片中多壁碳纳米管分布均匀；
25、4、该水系浆料制备工艺简单，可大规模制备和应用。
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1.一种水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，包括质量分数为1％至30％的多壁碳纳米管，质量分数为0.5％至20％的增稠剂、质量分数为0％至5％的分散剂、质量分数为45％至98.5％去离子水与酒精的混合溶剂，其中去离子水与酒精的质量比为1：1至20：1，所述增稠剂为含羟基的链状有机高分子，碳原子与羟基的个数比例为4:1至1:1。
2.根据权利要求1所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，所述的多壁碳纳米管经过预处理或表面官能化。
5.一种制备如权利要求1至4中任一项所述的水系多壁碳纳米管浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的多壁碳纳米管是经过预处理的，所述预处理包括酸洗、惰性气氛烧蚀、环境气氛烧蚀、氮化处理、氨化处理中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的机械搅拌转速范围为300rpm至3000rpm，超声
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的溶解时间为10小时至48小时。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤三中的混合时间为1小时至12小时。
10.水系多壁碳纳米管浆料在制备水系石墨负极、水系硅负极或水系硅碳负极极片中的应用，其特征在于，所述水系多壁碳纳米管浆料为如权利要求1至4中任一项所述的水系多壁碳纳米管浆料。
...【技术特征摘要】
1.一种水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，包括质量分数为1％至30％的多壁碳纳米管，质量分数为0.5％至20％的增稠剂、质量分数为0％至5％的分散剂、质量分数为45％至98.5％去离子水与酒精的混合溶剂，其中去离子水与酒精的质量比为1：1至20：1，所述增稠剂为含羟基的链状有机高分子，碳原子与羟基的个数比例为4:1至1:1。
2.根据权利要求1所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的水系多壁碳纳米管浆料，其特征在于，所述的多壁碳纳米管经过预处理或表面官能化。
5.一种制备如权利要求1至4中任一项所述的水系多壁碳纳米管浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔德钰，陈强，牟瀚波，郇庆娜，孙兆勇，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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