本發(fā)明涉及碳納米管分散液，尤其是涉及一種水系單/多壁碳納米管復合導電分散液及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)外新能源汽車的發(fā)展極其迅速，且具有極好的發(fā)展前景，同時也存在較大的挑戰(zhàn)和難題，其中續(xù)航焦慮以及充電速度慢的問題，大大影響了新能源汽車的發(fā)展速度。鋰離子電池是目前新能源汽車的主要動力來源，鋰離子電池的正極主材，無論是磷酸鐵鋰還是ncm，均存在導電性差的缺點，因此，需要在合漿過程中添加具有強導電性的材料改進其導電性能。此外，目前鋰離子電池的負極主要以石墨等導電碳材料為主，然而石墨負極電池充放電的倍率性能尚不能完全滿足目前動力電池的快速充放要求，而在其合漿時加入導電分散液就可以大幅提升其倍率性能。另外石墨負極的鋰離子容量有限使得電池的能量密度較低，因此，目前鋰離子容量較大的硅負極越來越成為發(fā)展趨勢，但是硅負極在鋰離子嵌入脫出的過程中會導致硅晶體結(jié)構(gòu)膨脹和碎裂，進而影響鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性，在行業(yè)中，加入碳納米管導電分散液越來越成為目前解決這一問題的共識。

2、為了有效改善正負極極片的導電性能，在極片制作時加入一定量的導電物質(zhì)后，在主材之間、主材與集流體之間具有收集微電流的作用，減小電極的接觸電阻進而加速電子的遷移速率，同時也能有效提升鋰離子在電極材料中的遷移速率，從而提高電池的充放電速度。此外，碳納米管具有良好的導熱性，有利于擴散電池在使用過程中產(chǎn)生的熱量。碳納米管具有良好的力學性能，尤其是單壁碳納米管，因此，在硅負極中引入單壁碳納米管為導電劑不僅能夠有效提升負極極片的導電性能，而且能夠?qū)柝摌O顆粒形成有效的束縛，從而降低硅負極極片的膨脹甚至碎裂，確保負極極片的穩(wěn)定性。

3、目前導電劑主要有炭黑，石墨烯以及碳納米管。通常碳納米管需要利用分散劑通過機械分散的方法分散后在合漿時添加。導電性以及力學性能最佳的為單壁碳納米管，但是單壁碳納米管的成本較高，大量使用會大幅提高電池的成本。

4、因此，如何有效提高導電分散液的導電性能，降低生產(chǎn)成本，提高導電分散液的性能，成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供一種水系單/多壁碳納米管復合導電分散液及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種水性單/多壁碳納米管復合導電分散液，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種水性單/多壁碳納米管復合導電分散液，包括以下組分：單壁碳納米管、第一分散劑、第二分散劑以及多壁碳納米管；

4、優(yōu)選的，多壁碳納米管和單壁碳納米管的質(zhì)量比為(1-20):(10-1)；第一分散劑和第二分散劑的質(zhì)量比為(1-10):(10-1)。

5、優(yōu)選的，單壁碳納米管和多壁碳納米管的總量、第一分散劑和第二分散劑的總量比為(10-1):(1-10)。

6、更優(yōu)選的，單壁碳納米管和多壁碳納米管的總量、第一分散劑和第二分散劑的總量比為(5-1):(1-5)。

7、第二方面，本技術(shù)提供一種用于水性單/多壁碳納米管復合導電分散液的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

8、一種水性單/多壁碳納米管復合導電分散液的制備方法，包括以下步驟：將單壁碳納米管與第一分散劑進行混合預分散，加入第二分散劑、多壁碳納米管進行混合分散后，再進行二次分散，得到單/多壁碳納米管復合的導電分散液。

9、優(yōu)選的，第一分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸、十二烷基硫酸鈉中至少一種。

10、優(yōu)選的，單壁碳納米管的管束寬度為1-100nm，管長為5-500μm。

11、優(yōu)選的，將單壁碳納米管與第一分散劑進行混合分散時，混合分散的轉(zhuǎn)速為500-30000rpm，混合分散時間10-120min。

12、優(yōu)選的，將單壁碳納米管與第一分散劑進行混合分散得到的分散液，粘度為100-20000cp，粒徑d50為50-200μm。

13、優(yōu)選的，第二分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸、十二烷基硫酸鈉中至少一種。

14、優(yōu)選的，多壁碳納米管的管徑為5nm-100nm，管長為1-250μm。

15、優(yōu)選的，加入第二分散劑、多壁碳納米管進行混合分散時，混合分散的轉(zhuǎn)速為100-5000rpm，分散的時間為10min-240min。

16、優(yōu)選的，加入第二分散劑、多壁碳納米管進行混合分散得到的分散液，粘度為100-20000cp，粒徑d50為1-100μm。

17、優(yōu)選的，制備得到的單/多壁碳納米管復合的導電分散液的粘度為20cp-20000cp，粒徑d90為0.1-150μm。

18、優(yōu)選的，單壁碳納米管為純化后的單壁碳納米管。

19、通過采用上述技術(shù)方案，由于單壁碳納米管和多壁碳納米管的物料特性存在差異，單壁碳納米管管長較長且通常會以管束的形式存在，而多壁碳納米管的管長較短通常會纏繞形成團聚體。因此，前期選擇不同的分散劑以及分散工藝對單壁管進行預分散，后期添加更適合多壁碳納米管分散的分散劑，以及利用更合適的分散設備對其進行分散。以此來確保碳納米管能夠達到很好的分散效果。

20、本技術(shù)中通過將單壁碳納米管和多壁碳納米管復配，結(jié)合了二者的不同優(yōu)點，在硅基負極應用時不僅保留了單壁管較好的導電性，也可以保留多壁管較低的成本和分散液固含較高、粘度較低的特性。

21、在一個具體的可實施方案中，一種水性單/多壁碳納米管復合導電漿料的制備方法，包括以下步驟：

22、步驟一：將純化后的單壁碳納米管管束與第一分散劑混合利用膠體磨等預分散設備進行初步預分散得到第一分散液；

23、步驟二：利用砂磨機等分散設備將第二分散劑、多壁碳納米管、第一分散液進行混合分散得到第二分散液；

24、步驟三：將步驟二得到的第二分散液再次利用均質(zhì)機進行分散，最終獲得單/多壁碳納米管復合的導電分散液；

25、步驟四：將步驟三所制備的導電分散液與負極主材以及粘結(jié)劑和水按一定質(zhì)量充分混合后，涂覆在銅箔以及pet膜表面，涂覆濕料厚度200μm，在100℃下烘干1h后，利用四探針電阻測試儀測試其體電阻以及膜電阻。

26、進一步的，步驟一中預分散設備包括但不限于膠體磨、乳化機、高速剪切機等；第一分散劑包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、海藻酸鈉(sa)、羧甲基纖維素鈉(cmc-na)、聚丙烯酸(paa)、十二烷基硫酸鈉(sds)等一種或者多種復配。

27、進一步的，步驟二中，砂磨機的轉(zhuǎn)速為100-5000rpm，砂磨介質(zhì)包括但不限于碳化硅珠、氧化鋯等，砂磨介質(zhì)的尺寸在0.3mm-1.5mm；第二分散劑包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、海藻酸鈉(sa)、羧甲基纖維素鈉(cmc-na)、聚丙烯酸(paa)、十二烷基硫酸鈉(sds)等一種或者多種復配。

28、進一步的，步驟三中，均質(zhì)機包括但不限于高壓均質(zhì)機和微射流均質(zhì)機，均質(zhì)壓力在5-250mpa之間，均質(zhì)次數(shù)在1-50次之間。

29、本技術(shù)公開了一種水系單/多壁碳納米管復合導電分散液及其制備方法，通過將單壁碳納米管和多壁碳納米管復合分散制備成復合的水性導電分散液，不僅提升傳統(tǒng)多壁碳納米管導電分散液導電性的同時，也通過降低單壁管的使用量來降低使用成本，達到提高硅負極的導電性和循環(huán)穩(wěn)定性的目的。

30、本技術(shù)制備了一種性能優(yōu)異、成本低廉、狀態(tài)穩(wěn)定的水系單/多壁碳納米管復合導電分散液，該導電分散液可以在鋰離子電池石墨或硅負極合漿中使用；降低了傳統(tǒng)單壁碳納米管導電分散液的成本，有利于在鋰離子電池硅負極的推廣應用。

31、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

32、(1)本技術(shù)公開了一種水系單/多壁碳納米管復合導電分散液及其制備方法，通過將單壁碳納米管和多壁碳納米管復配，結(jié)合了二者的不同優(yōu)點，在硅基負極應用時不僅保留了單壁管較好的導電性，也可以保留多壁管較低的成本和分散液固含較高、粘度較低的特性；

33、(2)本技術(shù)中通過多壁碳納米管的引入有利于單壁碳納米管的分散，多壁碳納米管具有一定強度，加入后可以起到分散助劑的作用，有利于單壁碳納米管的分散；

34、(3)本發(fā)明通過獨特的工藝將單壁碳納米管和多壁碳納米管復合制備了復合的水性導電分散液，不僅提升了傳統(tǒng)多壁碳納米管導電分散液的導電性能，而且降低了用于硅負極的單壁碳納米管導電分散液的成本。