[發明專利]用于獲得碳納米管在固體或粘性基體中的混合物的工藝

在審

• 申請號: 201480013214.0
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN105051930A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 貝尼·卡哈納;多倫·奧爾巴克;大衛·雅各布
• 申請（專利權）人: 福爾甘汽車工業有限公司;巴伊蘭大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01M4/583;B82Y40/00;H01M4/16;H01M4/36;H01M4/57;H01M4/68;C01B31/02;H01M10/12
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 胡秋玲;高瑜

技術領域

本發明涉及用于獲得碳納米管在固體或粘性基體中的均勻分布的工藝和由此產生的產品。

背景

鉛酸電池已經是成功的二次電池持續一個多世紀。這些電池的優點是它們的低成本、穩定的電壓曲線、高可靠性和安全性。這樣的富液式構造的主要缺點是低比能和隨后正極活性材料(PAM)的差利用率。這些電池的循環壽命和容量二者由于正極板中的活性材料的性質而受限。相比于負極板，正極板在深度放電(高DOD)中具有低性能并且因此已進行許多研究以改進鉛酸電池的性能。

PAM的低利用率源于活性材料的相關的硫酸化和破碎?；钚圆牧系钠扑樵从赑bO₂和PbSO₄的密度之間的顯著差異，所述差異導致在放電過程期間發生的活性材料的膨脹。在放電期間，形成PbSO₄的非導電性晶體。當這些電絕緣晶體作為片狀或立體晶體生長時，它們阻止鉛離子氧化回至活性PbO₂材料或達到穩定的晶體大小(直徑大于1-1.5微米)，這種晶體大小不能經由常見的溶解沉淀機制再充電。

含碳添加劑主要被研究用于閾控鉛酸(VRLA)蓄電池的負極活性材料。它們的貢獻尤其是可以與以下相關：提高活性材料的總電導率，利于容易溶解的小的分離的PbSO₄顆粒的形成，以及碳用作利于酸擴散在活性材料的內體積中(特別地以高的充電和放電速率)的電滲泵的能力。

Pavlov等人[1]表明負極活性材料中含碳添加劑的作用的機制。根據提出的機制，硫酸鉛溶解并且擴散至導電位點(即，純鉛，極其薄的硫酸鉛層或含碳添加劑表面)，在導電位點中硫酸鉛由于其充足的導電性可以被還原成金屬鉛。在以后的階段，由于晶格(crystallattice)參數中的失配，還原的鉛從碳表面擴散，在含碳表面上釋放電活性位點以對進一步還原可用。

在各種碳同素異形體中，碳納米管(CNT)由于其杰出的特征(包括高機械性質和優良的導電性和導熱性)，似乎是突出的添加劑。通過將CNT并入復合材料最好地開發許多這些特性[2]。CNT的極其高的長寬比(多達10⁶)使分散體的形成變成挑戰，因為存在對克服所有趨于保持CNT宏觀尺度束完整的局部范德華相互作用的需求。

利用CNT的主要挑戰之一源于難以獲得CNT在給定基體中的均勻分布。目前使用的常見技術主要包括通過將超聲波引入到液體介質中形成懸浮液，從而利于CNT從束的分離。然而，當需要將CNT分布在固體、固體混合物或粘性液體介質中時，此技術難以使用。通過多種技術，諸如將CNT功能化以利于其分布[3]或通過球磨CNT與鉛的氧化物顆粒[4]，進行嘗試以將CNT包含到用于鉛酸電池的鉛的氧化物糊狀物中。

然而，仍然存在對能夠將CNT均勻分布在可以被容易地在線應用于電極的生產工藝的這樣的基體中的工藝的需求。

參考文獻

[1]Pavlov,D.；Rogachev,T.；Nikolov,P.；Petkova,G.,J.PowerSources2009,191,58-75。

[2]Vaisman,L.；Wagner,H.；Marom,G.,Adv.ColloidandInterf.Sci.2006,128-130,37-46。

[3]WO2013/011516

[4]PCT申請號PCT/IB2013/000161

發明概述

將CNT分散在活性基體中已經是大的挑戰并且在科學世界中在開發用于可重復分散CNT的工藝方面已經做出大量工作。一種來自本領域的已知的方法是通過使用表面活性劑或化學功能化改變CNT的表面能以便改進基體中高疏水性CNT的潤濕性。另一種方法是通過強力的工藝諸如降低CNT束中的纏結的高剪切混合，形成機械分散體。兩種工藝是不利的，因為它們需要使用需要通過復雜的且成本高的清潔工藝從最終產物中被消除的非期望的化學品。通過利用也可能損害(即破壞或碎裂)CNT的高能耗分散工藝(諸如，高剪切混合)招致另外的成本。

因此，本發明目的是提供用于將CNT有效分散在基體中的工藝(和由此產生的產品)，所述工藝是成本效益好的并且不使用可被認為是最終產品中的非期望的雜質的化學物質。