一種晶須狀碳納米管薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種晶須狀碳納米管薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管抗拉強(qiáng)度是鋼材的100倍，密度卻只有鋼材的六分之一，具有良好的機(jī)械性能，并且碳納米管在導(dǎo)電導(dǎo)熱方面也具有優(yōu)勢。因此，碳納米管經(jīng)常被應(yīng)用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱等復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域中。
[0003]早期的老式碳納米管由于催化劑和制作方法的局限，制備的碳納米管多為彎曲纏繞型，需經(jīng)過酸化或者微波等處理進(jìn)行提純、分散，且碳納米管在彎曲處缺陷眾多，結(jié)晶度低，石墨化度低。另外老式碳納米管由于纏繞嚴(yán)重，而分散困難。
[0004]碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，可作為鋰離子電池正極材料的導(dǎo)電添加劑或者單獨(dú)作為負(fù)極使用。然而單獨(dú)作為負(fù)極時，需先成膜。但成膜工藝各有短長，基于鋰離子電池的制備工藝，特別開發(fā)了一種新型的晶須狀碳納米管薄膜的制備方法，便于快速簡單成膜，進(jìn)行鋰離子電池測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了更加迅速、高效、大批量成膜，本發(fā)明開發(fā)了一種新型的制備晶須狀碳納米管薄膜的方法，以便大批量快速制備薄膜，作為鋰離子電池負(fù)極、鋰離子電池集流體替代銅箔和鋁箔以及銅-碳納米管復(fù)合膜、鋁-碳納米管復(fù)合膜、電池屏蔽薄膜。
[0006]本發(fā)明制備的晶須狀碳納米管薄膜具有厚度可調(diào)、成膜簡單、成膜面積大、脫膜容易等優(yōu)點(diǎn)，并且薄膜具有一定柔韌性，便于移動拿取。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明所述是一種新型晶須狀碳納米管薄膜成膜方法，包括以下步驟。
[0009](I)將晶須狀碳納米管(CNTs)放入石墨化爐中，3000~3500°C，保溫10-64h，進(jìn)行石墨化處理。
[0010](2)石墨化處理好的碳納米管200r/min球磨2-5h，成細(xì)小密實(shí)粉體。
[0011](3)取乙醇、去離子水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或丙酮中的一種或兩種作為溶劑，球磨好的CNTs為基本材料，加粘結(jié)劑和分散劑，調(diào)漿，配置成2~5%固含量的懸浮液。
[0012](4)以玻璃、鋁箔、銅箔、塑料薄膜中任一種作為基底，將懸浮液均勻涂覆在其表面，控制厚度。烘干后，進(jìn)行薄膜分離處理。
[0013](5)以乙醇、去離子水浸泡卜1h，然后溫水浴10?30min，通過水浴熱流將薄膜分離。
[0014](6)制膜后，在1300?2000°C下炭化，再3000~3500°C石墨化，取出壓實(shí)，制成具有一定柔韌性和強(qiáng)度的碳納米管薄膜。
[0015]步驟(3)所述的粘結(jié)劑為丁苯橡膠(SBR)、羧甲基纖維素(CMC )、聚偏氟乙烯(PVDF )的一種或幾種。
[0016]步驟(3)所述的分散劑為十二烷基苯磺鈉(SDBS)或者十二烷基硫酸鈉(SDS)中的一種或兩種。
[0017]步驟(3)所述的調(diào)漿比例為碳納米管:粘結(jié)劑:分散劑按81?96:2-9:2?10質(zhì)量比。
[0018]本發(fā)明中使用的晶須狀碳納米管是經(jīng)過化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備，碳納米管(CNTs)具有直線性好，雜質(zhì)少，結(jié)晶度高，石墨化度高的優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)過3000°C以上石墨化處理后，可達(dá)99%以上純度。相比于老式碳納米管，直線型晶須狀碳納米管具有更容易分散的特點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明所制備的晶須狀碳納米管薄膜具有一定柔韌性和強(qiáng)度，厚度10?ΙΟΟμπι。成品膜可單獨(dú)作為鋰離子電池負(fù)極使用，也可作為鋰離子電池正極和負(fù)極集流體替代銅箔和鋁箔使用，扣式電池放電比容量在2000mAh/g以上，可逆容量在1000mAh/g以上。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0021 ] 本發(fā)明實(shí)施例所用的碳納米管為中國專利ZL201210067937.UZL201210304345.7所制備的。
[0022]實(shí)施例1。
[0023](I)取10g晶須狀碳納米管，3000°C石墨化爐內(nèi)保溫20h，取出。
[0024](2)碳納米管200r/min球磨4h，至細(xì)小密實(shí)粉體。
[0025](3)以NMP為溶劑，碳納米管(CNTs)為基本材料，按CNTs: PVDF: SDS為91:5:4質(zhì)量比配置，調(diào)節(jié)固含量為4%，高速剪切2h，制漿。
[0026](4)選鋁箔為基底材料，取漿液10ml，涂覆成5x8cm2的區(qū)域，50°C烘干，在鋁箔上形成碳納米管薄膜。
[0027](5)將鋁箔置于去離子水溶液中浸泡8h，再于溫水浴中浸20min，通過流動的熱水流，使CNTs和鋁箔分離，取出正空烘干。
[0028](6)將制備的CNTs膜1600°C炭化，再3000°C石墨化，取出壓實(shí)，制成具有一定的柔韌性和強(qiáng)度的碳納米管薄膜。
[0029]實(shí)施例2。
[0030](I)取10g晶須狀碳納米管，3300°C石墨化爐內(nèi)保溫16h，取出。
[0031](2)碳納米管200r/min球磨3h，至細(xì)小密實(shí)粉體。
[0032 ] (3 )以乙醇為溶劑，碳納米管(CNTs )為基本材料，按CNTs: PVDF: SDBS為96:2:2質(zhì)量比配置，調(diào)節(jié)固含量為2%，高速剪切Ih，制漿。
[0033](4)選玻璃為基底材料，取漿液1ml，涂覆成5x8cm2的區(qū)域，50°C烘干，成膜。
[0034](5)將玻璃模塊置于乙醇溶液中浸泡5h，再于溫水浴中浸30min，通過流動的熱水流，使CNTs和玻璃分離，小心取出晾干。
[0035](6)將制備的CNTs膜1300°C炭化，再3300°C石墨化，取出壓實(shí)，制成具有一定的柔韌性和強(qiáng)度的碳納米管薄膜。
[0036]實(shí)施例3。
[0037](I)取10g晶須狀碳納米管，3500°C石墨化爐內(nèi)保溫12h，取出。
[0038](2)碳納米管200r/min球磨2h，至細(xì)小密實(shí)粉體。
[0039](3)以去離子水為溶劑，碳納米管(CNTs)為基本材料，按CNTs:CMC:SBR: SDBS為81:4.5:4.5:10質(zhì)量比配置，調(diào)節(jié)固含量為3%，高速剪切3h，制漿。
[0040](4)選銅箔為基底材料，取漿液1ml，涂覆成5x8cm2的區(qū)域，50°C烘干，成膜。
[0041](5)將銅箔模塊置于去離子水溶液中浸泡8h，再于溫水浴中浸30min，通過流動的熱水流，使CNTs和玻璃分離，小心取出晾干。
[0042](6)將制備的CNTs膜1800°C炭化，再3500°C石墨化，取出壓實(shí)，使制成具有一定的柔韌性和強(qiáng)度的碳納米管薄膜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶須狀碳納米管薄膜的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)將晶須狀碳納米管放入石墨化爐中，3000?3500°C，保溫10-64h，進(jìn)行石墨化處理； (2)石墨化處理好的碳納米管200r/min球磨2-5h，成細(xì)小密實(shí)粉體； (3)取乙醇、去離子水、N-甲基吡咯烷酮或丙酮中的一種或兩種作為溶劑，球磨好的碳納米管為基本材料，加粘結(jié)劑和分散劑，調(diào)漿，配置成2~5%固含量的懸浮液； (4)以玻璃、鋁箔、銅箔、塑料薄膜中任一種作為基底，將懸浮液均勻涂覆在其表面，控制厚度;烘干后，進(jìn)行薄膜分離處理； (5)以乙醇、去離子水浸泡I?10h，然后溫水浴10~30min，通過水浴熱流將薄膜分離； (6)制膜后，在1300?2000°C下炭化，再3000?3500°C石墨化，取出壓實(shí)，制成純晶須狀碳納米管薄膜； 步驟(3)所述的粘結(jié)劑為丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚偏氟乙烯的一種或幾種； 步驟(3)所述的分散劑為十二烷基苯磺鈉或者十二烷基硫酸鈉中的一種或兩種； 步驟(3)所述的調(diào)漿比例為碳納米管:粘結(jié)劑:分散劑按81?96:2-9:2?10質(zhì)量比。
【專利摘要】一種晶須狀碳納米管薄膜的制備方法，包括以下步驟：將晶須狀碳納米管進(jìn)行石墨化處理；球磨成細(xì)小密實(shí)粉體；取乙醇、去離子水、N-甲基吡咯烷酮或丙酮中的一種或兩種作溶劑，碳納米管為基本材料，加粘結(jié)劑和分散劑，調(diào)漿，配置成懸浮液；以玻璃、鋁箔、銅箔、塑料薄膜中任一種作基底，將懸浮液涂覆在其表面，烘干，薄膜分離處理；以乙醇、去離子水浸泡，通過水浴熱流將薄膜分離；炭化，再石墨化，取出壓實(shí)，制成碳納米管薄膜；本發(fā)明制備的碳納米管薄膜具有一定柔韌性和強(qiáng)度，厚度10~100μm?？蓡为?dú)作鋰離子電池負(fù)極使用，也可作鋰離子電池正極和負(fù)極集流體使用，扣式電池放電比容量≥2000mAh/g，可逆容量≥1000mAh/g。
【IPC分類】H01M4/1393, H01M4/583, H01M10/0525, H01M4/66
【公開號】CN105514434
【申請?zhí)枴緾N201610034108
【發(fā)明人】孫曉剛, 陳瓏, 吳小勇, 聶艷艷, 岳立福, 劉珍紅, 邱志文, 蔡滿園, 龐志鵬
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月19日