一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种导电浆料，特别涉及一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法。该导电浆料碳纳米管不容易重新团聚分层，稳定性、导电性都极好，可广泛应用于锂电池正极材料以及涂料上面。


背景技术：

2.目前我们市面上使用最多的导电浆料是碳纳米管或者石墨烯导电浆，因为碳纳米管和石墨烯都有很强的范德华力，因此导电浆中的碳纳米管或石墨烯都很容易重新团聚和分层，碳纳米管和石墨烯重新团聚后的浆料导电性变差，不能最大程度上发挥碳纳米管和石墨烯超强的导电性能，在后端使用中需要重新分散才能发挥其最佳的性能。


技术实现要素：

3.本发明涉及一种导电浆料，特别涉及一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法。本发明利用碳纳米管以及石墨烯优异的特性，碳纳米管是很好的一维导电导热材料，石墨烯是很好的二维导电导热材料，他们复配后可以形成复杂的导电网络结构，最大程度地发挥该材料的导电导热性能。利用超声工艺以及先进的配方所得浆料稳定性好，碳纳米管和石墨烯都不容易重新团聚。
4.为了实现以上优点，本发明通过以下技术方案予以实现：
5.一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，按质量百分比计算包含：0.2～10份碳纳米管、0.1～1份石墨烯、0.05～0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.2～1.5份聚乙烯基吡咯烷酮、0.1～2份二乙烯二胺、0.1～1份硅烷耦合剂、0.05～0.5份十二烷基硫酸钠、84～99份溶剂；其制备步骤如下：
6.(1)按比例秤取聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺、碳纳米管和n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
7.(2)将上述步骤(1)中所得浆料，按比例依次加入十二烷基硫酸钠、硅烷耦合剂和石墨烯，并在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
8.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入分散机上进行充分的搅拌，其中分散机的转速是500rpm～2000rpm，分散时间为0.5～2h；
9.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，其中纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
10.(5)将上述步骤(4)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um，即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料。
11.有益效果：本发明提供了一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方
法，该导电浆料通过超声工艺以及先进的配方，使碳纳米管和石墨烯形成了复杂的导电网络结构，相比常规的碳纳米管导电浆，该浆料更稳定，不容易重新团聚分层，导电性也更好。
具体实施方式
12.如下结合一些具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
13.实施例1基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
14.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管和93.1份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
15.(2)按比例秤取0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
16.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
17.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
18.(5)将上述步骤(4)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料。
19.实施例2基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
20.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管和93.15份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
21.(2)按比例秤取0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
22.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
23.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h，
24.(5)将上述步骤(4)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料。
25.实施例3基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
26.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、5份碳纳米管和93.2份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
27.(2)按比例秤取0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
28.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
29.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
30.(5)将上述步骤(4)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料。
31.实施例4基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
32.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管和93.15份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
33.(2)按比例秤取0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
34.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
35.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
36.(5)将上述步骤(4)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料。
37.对比例1基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
38.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管、93.1份n-甲基吡咯烷酮溶剂、0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，先把n-甲基吡咯烷酮溶剂加入高速分散机中，把分散机的转速调为500rpm～2000rpm后依次加入聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺、碳纳米管、石墨烯、十二烷基硫酸钠和硅烷耦合剂，充分搅拌0.5～2h；
39.(2)将上述步骤(1)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
40.(3)将上述步骤(2)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
41.对比例1与实施例1的区别在于，实施例1的碳纳米管和石墨烯均经过超声分散，对比例1的碳纳米管和石墨烯没有经过超声工艺就直接放进分散机中分散。
42.对比例2基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
43.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管、93.15份n-甲基吡咯烷酮溶剂、0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，先把n-甲基吡咯烷酮溶剂加入高速分散机中，把分散机的转速调为500rpm～2000rpm后依次加入聚乙烯基吡咯烷酮k30、二乙烯二胺、碳纳米管、石墨烯、十二烷基硫酸钠和硅烷耦合
剂，充分搅拌0.5～2h；
44.(2)将上述步骤(1)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h；
45.(3)将上述步骤(2)中所得的浆料加入高压流体纳米均质机进行均质分散，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
46.对比例2与实施例2的区别在于，实施例2的碳纳米管和石墨烯均经过超声分散，对比例2的碳纳米管和石墨烯没有经过超声工艺就直接放进分散机中分散。
47.对比例3基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
48.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、5份碳纳米管和93.2份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
49.(2)按比例秤取0.05份十二烷基硫酸钠、0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
50.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
51.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
52.对比例3与实施例3的区别在于，实施例3的浆料研磨分散后进行了均质分散，对比例3的浆料研磨分散后没有进行均质分散。
53.对比例4基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法：
54.(1)按比例秤取0.7份聚乙烯基吡咯烷酮k30、0.05份十二烷基苯磺酸钠、0.1份二乙烯二胺、5份碳纳米管和93.15份n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮k30、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；
55.(2)按比例秤取0.5份硅烷耦合剂和0.5份石墨烯，并依次加入上述步骤(1)中所得浆料，在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；
56.(3)将上述步骤(2)所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，搅拌时间为0.5～2h；
57.(4)将上述步骤(3)中所得的浆料加入纳米研磨机上研磨，纳米研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间2～4h，所得浆料的细度小于5um即为本发明的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
58.对比例4与实施例4的区别在于，实施例4的浆料研磨分散后进行了均质分散，对比例4的浆料研磨分散后没有进行均质分散。
59.实验例的具体配方(均为按质量比)如下表格1：
[0060][0061]
根据以上配方做出的浆料，测量出来的电阻率以及存储时间对浆料影响的结果如下表格：
[0062]
测试所得结果如下表格2：
[0063][0064]
从上表格2中的测试结果可以看出：
[0065]
1.从实施例1和实施例2相比，实施例2少了其中一种分散剂十二烷基苯磺酸钠，实施例1的电阻率明显优于实施例2，且实施例1浆料更稳定不容易团聚分层。
[0066]
2.从实施例1和实施例3相比，实施例3少了其中一种分散剂二乙烯二胺，实施例1
的电阻率明显优于实施例3，且实施例1浆料更稳定不容易团聚分层。
[0067]
3.从实施例1和实施例4相比，实施例4少了其中一种分散剂十二烷基硫酸钠，实施例1的电阻率明显优于实施例4，且实施例1浆料更稳定不容易团聚分层。
[0068]
4.对比例1、对比例2和实施例1、实施例2相比，没有使用超声工艺，出来的浆料电阻率和稳定性均没有经过超声工艺的好。
[0069]
5.对比例3、对比例4和实施例3、实施例4相比，没有使用均质分散，出来的浆料电阻率和稳定性均没有经过均质分散的好。
[0070]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于，所述的碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料按质量百分比计算包含：0.2～10份碳纳米管、0.1～1份石墨烯、0.05～0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.2～1.5份聚乙烯基吡咯烷酮、0.1～2份二乙烯二胺、0.1～1份硅烷耦合剂、0.05～0.5份十二烷基硫酸钠、84～99份溶剂。2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于，所述碳纳米管的管径为3～60纳米，管长为3～100微米，粉体纯度大于95％。3.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于，所述石墨烯的层数为1～10层，比表面积为100m2/g～500m2/g，片径为0.5um～50um，纯度大于85％。4.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于，所述溶剂为电子级n-甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于，聚乙烯基吡咯烷酮型号为聚乙烯基吡咯烷酮k30。6.一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备方法，其用于制备权利要求1至5中任一项所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，其特征在于包括以下步骤：步骤s1，按比例秤取聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺、碳纳米管和n-甲基吡咯烷酮溶剂，并把聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管依次放进n-甲基吡咯烷酮溶剂后在50～70℃下超声搅拌0.5～1h；步骤s2，将上述步骤s1中所得浆料，按比例依次加入十二烷基硫酸钠、硅烷耦合剂和石墨烯，并在70～90℃下超声搅拌0.5～1h；步骤s3，将上述步骤s2所述的浆料加入高速分散机上进行充分的搅拌，分散机的转速为500rpm～2000rpm，分散时间为0.5～2h；步骤s4，将上述步骤s3所述的浆料加入研磨设备上研磨2～4h，直至浆料的细度在5um以下；步骤s5，将上述步骤s4所述的浆料加入均质设备上均质分散2～5次循环。7.根据权利要求6所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备方法，其特征在于，所述研磨设备为纳米研磨机，其中研磨介质为氧化锆珠，其直径为0.2～1.2mm，研磨机的转速为500rpm～2500rpm，研磨时间为2～4h。8.根据权利要求6所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备方法，其特征在于，所述均质设备为高压流体纳米均质机，均质机的均质压力为30000psi～50000psi，分散循环为2～5次。

技术总结
本发明公开了一种基于碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料及其制备方法。该导电浆料按质量百分比计算包含：0.2～10份碳纳米管、0.1～1份石墨烯、0.05～0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.2～1.5份聚乙烯基吡咯烷酮、0.1～2份二乙烯二胺、0.1～1份硅烷耦合剂、0.05～0.5份十二烷基硫酸钠、84～99份溶剂；所述的制备方法包含如下步骤：(1)将聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、二乙烯二胺和碳纳米管加入溶剂里，超声搅拌0.5～1h；(2)将石墨烯、十二烷基硫酸钠和硅烷耦合剂加入步骤(1)所得的浆料，超声搅拌0.5～1h；(3)将上述步骤(2)中所得的浆料加入分散机搅拌0.5～2h；(4)将步骤(3)中所得的浆料研磨2～4h；(5)将步骤(4)中所得的浆料均质分散2～5次，即得本发明所述的导电浆料。即得本发明所述的导电浆料。


技术研发人员：梁业英
受保护的技术使用者：深圳中科新创纳米技术有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/7