[發(fā)明專利]一種直接制備碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810213525.8
• 申請(qǐng)日: 2008-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101381080A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于作龍;周固民;張慶堂;瞿美臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;H01B1/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑的制備方法，屬于無(wú)機(jī)納米材料制 備領(lǐng)域，特別適用于采用催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管。

背景技術(shù)

具有纖維狀結(jié)構(gòu)的碳納米管用作鋰離子電池的導(dǎo)電劑具有明顯的優(yōu)勢(shì)：它結(jié)晶度高， 具有良好的導(dǎo)電性能；長(zhǎng)徑比大，直徑在納米量級(jí)，長(zhǎng)度在微米量級(jí)，有利于在電極中形 成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并且能夠固定電極活性材料以及與電極片的結(jié)合，起到物理粘結(jié)劑的 作用；比表面積大，具有多孔結(jié)構(gòu)，易于吸收持有電解液，為電極反應(yīng)提供緩沖鋰離子源。 顆粒狀導(dǎo)電劑，如乙炔黑、SuperP和石墨粉，具有較小的比表面積和較少的孔結(jié)構(gòu)，但顆 粒之間的接觸點(diǎn)多于纖維狀導(dǎo)電劑。研究表明，纖維狀的碳納米管與顆粒狀的導(dǎo)電劑復(fù)合 使用，有效發(fā)揮了碳納米管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及顆粒狀碳接觸點(diǎn)多的優(yōu)勢(shì)：碳納米管的網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)有利于降低鋰離子電池電極中導(dǎo)電劑的用量而不影響電極的導(dǎo)電性能；顆粒狀導(dǎo)電劑的 使用保證了其與電極活性材料以及碳納米管的充分接觸，使得電極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更發(fā)達(dá)和 完整。此外，顆粒狀碳和碳納米管在均勻復(fù)合后，碳納米管分散于納米顆粒狀碳之中，碳 納米管的團(tuán)聚被有效地阻止，有利于碳納米管的再次分散。價(jià)格便宜納米顆粒狀碳的使用， 還減少了碳納米管用量，降低了成本。

中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00510021505.7)報(bào)道了這種復(fù)合導(dǎo)電劑的制備方法，即在高 分子分散劑的作用下，首先將碳納米管分散在水或者有機(jī)溶劑中，然后向分散均勻的碳納 米管懸浮液中加入一定量的顆粒狀導(dǎo)電劑，混合均勻后分離出水或者有機(jī)溶劑，得到碳納 米管復(fù)合導(dǎo)電劑。這種方法的不足之處是必須首先制備充分分散的碳納米管懸浮液。由于 團(tuán)聚和相互纏繞，碳納米管很難分散，通常在分散劑存在下用超聲波分散，但由于超聲波 設(shè)備功率的限制和噪聲等原因，這一技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種直接制備碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑的方法，避免了采用超聲波技術(shù)分散 碳納米管面臨的困難，可以低成本大規(guī)模制備性能優(yōu)良的碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑，便于碳納 米管復(fù)合導(dǎo)電劑的推廣應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下原理得以實(shí)現(xiàn)：從碳納米管生產(chǎn)的源頭入手，采用原位生長(zhǎng)法 工藝實(shí)現(xiàn)。即通過(guò)在制備碳納米管的催化劑中均勻混合一定量的顆粒狀碳，再采用化學(xué)氣 相沉積法制備碳納米管，分離出制備碳納米管的催化劑，即可獲得碳納米管與顆粒狀碳均 勻復(fù)合的碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑。

本發(fā)明的顆粒狀碳為碳黑、乙炔黑、SuperP、超細(xì)石墨等鋰離子電池行業(yè)常用的導(dǎo)電 劑，目前SuperP一種導(dǎo)電碳黑，為導(dǎo)電劑的主導(dǎo)產(chǎn)品。

本發(fā)明采用的制備碳納米管的催化劑主要以Fe、Co、Ni或者其二元、三元復(fù)合物為 活性組分，以MgO、SiO₂、La₂O₃、Al₂O₃等易溶于酸溶液或者堿溶液的氧化物為載體，通 過(guò)浸漬法或者凝膠燃燒合成法制備成粉末狀催化劑。

在制備碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑時(shí)，首先將粉末狀催化劑和顆粒狀碳在機(jī)械力作用下預(yù)先 混合均勻，以這種混合物作催化劑，完全按照催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管的過(guò)程制 得帶催化劑的碳納米管與顆粒狀碳的混合物初產(chǎn)品，初產(chǎn)品用酸溶液或者堿溶液去除催化 劑的活性組分和載體，獲得碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑。

本發(fā)明所用的酸為鹽酸、硝酸、硫酸或者氫氟酸，所用的堿為氫氧化鈉和氫氧化鉀。

去除催化劑組分后的漿態(tài)碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑，采用噴霧干燥方法直接制備復(fù)合導(dǎo)電 劑，或者采用傳統(tǒng)的方法烘干制得最終產(chǎn)品。

本發(fā)明制備的復(fù)合導(dǎo)電劑可以用作鉛-酸電池、鋅-空氣電池、鎳-金屬氫電池和鋰離子 二次電池正極、負(fù)極導(dǎo)電劑，還可以作為涂料、高分子材料的導(dǎo)電填料以及作為橡膠的補(bǔ) 強(qiáng)劑。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的碳納米管與Super?P復(fù)合物的掃描電鏡照片，放大倍數(shù)為20,000 倍，表明碳納米管和Super?P在納米層次均勻地混合在一起，形成了均勻分散的復(fù)合物， 碳納米管的直徑在30～80nm范圍。

圖2為化學(xué)氣相沉積法制備的CNTs的掃描電鏡照片，放大倍數(shù)為30,000倍，表明碳 納米管相互纏繞，團(tuán)聚在一起，碳納米管直徑在30～80nm范圍。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例一