新型導電劑如石墨烯,碳納米管以及復合導電劑是日前最受歡迎的導電添加劑。其中具有一維結構特性的碳納米管(CNT)自從上世紀90年代初被首次制備和報道出來就一直是納米材料界的明星材料,經過近30年的發展和研究,目前在很多領域顯示出了巨大的應用潛力。目前碳納米管最廣的應用范圍是作為導電劑加入到鋰電池材料中。產業界綜合產品性能、經濟性等因素逐步選擇用碳納米管代替炭黑。隨著技術成熟預計替代效應將會持續且更為顯著。增量角度看,受到新能源汽車產業鏈強勢驅動,導電劑市場持續爆發。
導電漿料的分散技術尤其重要,特別是在分散均勻性,穩定性等方面。電池材料的比表面積是特別重要的,比表面積對漿料的配制、極片的涂布影響較大,對電池首次庫侖效率和循環性能有較大影響,孔隙率大小對高倍率充放電也有重要影響,最終影響到電池的循環壽命(如石墨比表面積太大,造成首次容量損失過多,降低使用壽命。而且加的粘結劑會比較多,造成內阻增加),而導電漿料的分散均勻性直接影響電池的各種性能。
碳納米管的分散技術
機械輔助分散,常見的分散有超聲,研磨,球磨,高速剪切,機械攪拌等;
碳納米管表面化學改性;
碳納米管的表面活性劑處理;
強酸強堿處理。
球磨分散: 球磨分散過程有較高的能量密度,能打散大的碳納米管團聚體,打斷長的碳納米管纖維,同時也會使分散的短碳納米管粘接起來,形成小型團聚體。 高品質的球磨機可將碳納米管研磨成最小直徑100nm的納米的微粒,大大增加了材料的比表面積。球磨也可以將碳納米管添加官能團。 超聲分散: 超聲常常用于分散、乳化和剝離溶液中的微粒。超聲是納米級顆粒分散的常用手段。尤其是使用探針式超聲儀的時候,碳納米管很容易被嚴重破壞。 強酸強堿: 強酸強堿處理就是通過強酸強堿的強氧化能力,把碳納米管在缺陷處氧化溶斷,然后將短的碳納米管分散;同時是一個碳納米管的純化過程和共價功能化過程。強酸洗滌可以把團聚體表面的碳納米管絮溶斷分散,但不能進入團聚體本身,溶液中有較小的不能分散的團聚體存在,所以需要進行后續的過濾分離過程,整個工藝流程較長。 表面化學修飾: 碳納米管表面缺陷少、缺乏活性基團,在各種溶劑中的溶解度都很低。通過添加合適的表面活性劑,例如十二烷基磺酸鈉,十二烷基硫酸鈉,聚乙烯吡咯烷酮等,形成非共價鍵結合,得到非共價功能化碳納米管,同時提高溶解度,把碳納米管分散于介質中。