CN112499618A - 碳纳米管浆料及其制备方法和电子器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管浆料及其制备方法和电子器件，该碳纳米管浆料包括碳纳米管、降粘剂和溶剂，所述降粘剂包括二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的至少一种。相较于其他有机胺，本发明利用二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺作为降粘剂制得的浆料具有更低的粘度，同时该浆料具有较高的沸点，意味着浆料不易挥发，能够在更宽的温度范围下保持较低的粘度，还具有较高的闪点，意味着浆料不易燃、更安全，本发明提供的碳纳米管浆料有着更低的成本，在锂离子电池等领域具有更广阔的应用前景。

Description

碳纳米管浆料及其制备方法和电子器件
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是涉及一种碳纳米管浆料及其制备方法和电子器件。
背景技术
随着锂电池、导电导热涂料市场对导电剂需求不断增长，碳纳米管作为一种兼具优异导电性和导热性的一维纳米材料在近几年应用越来越广泛，不断被客户接受认可。目前商业应用时，碳纳米管分散制备成浆料采用球磨法，而球磨法会由于浆料分散时粘度偏高，导致需要球磨的遍数很多，大大影响生产的效率，得到的成品浆料粘度也会反弹凝胶成膏状，不适合客户对于产线自动上料的要求，也会增大客户使用成本，因而在保持较高固含量的同时，解决量产成本偏高，浆料粘度偏高这两个核心问题有助于推动碳纳米管在商业上更广泛的应用。
实验表明，仅加PVP类分散剂或常规的铵类碱性物质无法明显降低较高固含量的碳纳米管浆料粘度，从而导致球磨分散成一次颗粒时效率很低，或者等达到出料指标时材料本身结构遭到严重破坏，影响导电性能。因此选择采用更有效降粘助剂有利于制备固含量高，粘度低的碳纳米管浆料。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种碳纳米管浆料及其制备方法和电子器件，该碳纳米浆料具有较低的粘度，同时也具有较高的沸点和闪点，浆料能够在更宽的温度范围内保持较低的粘度、不易燃且更安全。
本发明的第一方面，提供一种碳纳米管浆料，包括碳纳米管、降粘剂和溶剂，所述降粘剂包括二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的至少一种。
根据本发明实施例的碳纳米管浆料，至少具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种碳纳米管浆料，相较于其他有机胺，利用二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺作为降粘剂制得的浆料具有更低的粘度，同时该浆料具有较高的沸点，意味着浆料不易挥发，能够在更宽的温度范围下保持较低的粘度，还具有较高的闪点，意味着浆料不易燃、更安全，本发明实施例提供的碳纳米管浆料有着更低的成本，在锂离子电池等领域具有更广阔的应用前景。
根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述碳纳米管浆料还包括分散剂。在碳纳米管浆料中加入分散剂，能够使得形成的浆料中碳纳米管颗粒分散更均匀、使得浆料使用时涂抹更均匀，并且提高了浆料的贮存稳定性。
进一步根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇中的至少一种；优选地，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为500～20000。
根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述碳纳米管：分散剂：降粘剂：溶剂的质量比为1：(0.1～2)：(0.01～0.1)：(10～50)。
根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述碳纳米管的管径为3～20nm，管长为1～50μm。
根据本发明的一些实施例的碳纳米管浆料，所述碳纳米管浆料的粘度为100～5000mPa.s。
本发明的第二方面，提供上述的碳纳米管浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取分散剂和降粘剂加入至溶剂中，搅拌溶解，然后加入碳纳米管，搅拌形成预分散液；
(2)将所述预分散液加入密闭容器中，通入氮气，球磨得到浆料。
根据本发明实施例的碳纳米管浆料的制备方法，至少具有如下有益效果：
本发明提供了一种提高固含量、降低粘度的碳纳米管浆料的制备方法，该方法通过选择小分子量的二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中作为降粘助剂和调整不同分散剂和助剂的添加比例，能够球磨得到固含为2～10％、粘度范围为100～5000mPa.s碳纳米管浆料。该方法制备的碳纳米管浆料具有工艺成本低，可量产，固含量高，粘度低，适合产线自动上料要求的优点。
根据本发明的一些实施例的制备方法，搅拌形成预分散液的剪切线速度为1～5m/s，搅拌时间为30～180min。
根据本发明的一些实施例的制备方法，所述预分散液的固含量为2～10％。
本发明的第三方面，提供一种电子器件，包含元件，所述元件由包括上述的碳纳米管浆料的原料制得。
电子器件可以例举的有锂离子电池、超级电容器、抗静电膜、导电膜或导热膜。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中使用的碳纳米管的管径为3～20nm，管长为1～50μm，溶剂以N-甲基吡咯烷酮为例，分散剂以聚乙烯吡咯烷酮为例进行说明，但本领域人员知晓替换为其他溶剂如乙二醇、异丙醇等属于常规手段，以其他常用分散剂如十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇等配制，其效果可预期。此外分散剂的作用是提高碳纳米管粉末的分散效果，从而使得浆料使用时涂抹更均匀，本领域技术人员知晓去除分散剂后、采用本发明提供的降粘剂得到的碳纳米管浆料依然会具有低粘度的效果。
实施例1
本实施例提供一种碳纳米管浆料，以二乙烯三胺作为降粘剂，按照以下步骤制备：
将10g PVP K30(聚乙烯吡咯烷酮-K30)和2g二乙烯三胺加入950g NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉(碳纳米管粉末)，在4m/s速度下高速搅拌60min，分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。
向分散罐中通入氮气保护，加入获得的碳纳米管预分散液，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
实施例2
本实施例提供一种碳纳米管浆料，以三乙烯四胺作为降粘剂，按照以下步骤制备：
将10g PVP K30(聚乙烯吡咯烷酮-K30)和2g三乙烯四胺加入950g NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉(碳纳米管粉末)，在4m/s速度下高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。
向分散罐中通入氮气保护，加入获得的碳纳米管预分散液，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
实施例3
本实施例提供一种碳纳米管浆料，以四乙烯五胺作为降粘剂，按照以下步骤制备：
将10g PVP K30(聚乙烯吡咯烷酮-K30)和2g四乙烯五胺加入950g NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉(碳纳米管粉末)，在4m/s速度下高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。
向分散罐中通入氮气保护，加入获得的碳纳米管预分散液，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
效果实施例1
对比例1：对比例1提供一种碳纳米管浆料，以醋酸铵作为降粘剂，具体制备过程为：将10g PVP K30和2g醋酸铵加入950gNMP中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉，高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。向分散罐中通入氮气保护，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
对比例2：对比例2提供一种碳纳米管浆料，以十六胺作为降粘剂，具体制备过程为：将10g PVP K30和2g十六胺加入950gNMP中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉，高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。向分散罐中通入氮气保护，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
对比例3：对比例3提供一种碳纳米管浆料，以乙醇胺作为降粘剂，具体制备过程为：将10g PVP K30和2g乙醇胺加入950gNMP中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉，高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。向分散罐中通入氮气保护，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
对比例4：对比例4提供一种碳纳米管浆料，以无水哌嗪作为降粘剂，具体制备过程为：将10g PVP K30和2g无水哌嗪加入950gNMP中，搅拌至完全溶解，再加入40g CNT粉，高速搅拌分散均匀后得到固含为4％碳纳米管预分散液。向分散罐中通入氮气保护，球磨得到分散均匀的碳纳米管浆料。
取实施例1～3和对比例1～4得到的碳纳米管浆料，使用BROOKFILED旋转粘度计测定其动力粘度，结果如表1所示：
表1实施例1～3和对比例1～3得到的碳纳米管浆料的粘度
Figure BDA0002797675900000041
Figure BDA0002797675900000051
从表中可以看出，相较于乙醇胺、无水哌嗪等其他有机胺作为降粘剂，本发明使用二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺作为降粘剂制备得到的碳纳米管浆料具有更低的粘度同时，沸点更高，意味着该碳纳米管浆料不易挥发，能在更宽温度范围下保持较低的粘度，闪点更高意味着该碳纳米管浆料不易燃、更安全，同时有着更低的应用成本，在锂离子电池等电子器件领域具有较大的应用前景。

Claims (10)

1.一种碳纳米管浆料，其特征在于，包括碳纳米管、降粘剂和溶剂，所述降粘剂包括二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述碳纳米管浆料还包括分散剂。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇中的至少一种；优选地，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为500～20000。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述碳纳米管：分散剂：降粘剂：溶剂的质量比为1：(0.1～2)：(0.01～0.1)：(10～50)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述碳纳米管的管径为3～20nm，管长为1～50μm。
6.根据权利要求1至4任一项所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述碳纳米管浆料的粘度为100～5000mPa.s。
7.权利要求1至6任一项所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取分散剂和降粘剂加入至溶剂中，搅拌溶解，然后加入碳纳米管，搅拌形成预分散液；
(2)将所述预分散液加入密闭容器中，通入氮气，球磨得到浆料。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述搅拌形成预分散液的剪切线速度为1～5m/s，搅拌时间为30～180min。
9.根据权利要求7所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述预分散液的固含量为2～10％。
10.一种电子器件，其特征在于，包含元件，所述元件由包括权利要求1至6任一项所述的碳纳米管浆料的原料制得。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116535938A (zh) * 2023-06-02 2023-08-04 苏州苏环润保涂层技术有限公司 一种pi基纳米环保涂料及其制备方法

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CN102648249A (zh) * 2009-08-14 2012-08-22 Nano-C公司 具有可移除性添加剂的溶剂基和水基碳纳米管油墨

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