一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及电池材料领域，具体是一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.纳米碳管是由呈六边形排列的碳原子构成单层或多层一维管状纳米材料，具有许多优异的力学、电学和化学性能。纳米碳管导电浆料比传统导电浆料(导电石墨，导电炭黑，导电碳纤维等)具有更高的导电率，用量也相对较少。纳米碳管导电浆料的加入使锂离子电池具有更优异的性能，具体表现在循环寿命更长、电池容量更大、倍率更高，适合新能源汽车动力电池、储能电池、数码电子产品电池与固态电池。
3.然而，由于纳米碳管相互之间具有较强的范德华力，使得纳米碳管在很多情况下都相互缠结团聚在一起，难以均匀地分散到材料中，从而影响纳米碳管在导电浆料中导电率等各方面性能的发挥。为使其分散性能符合要求，通常采用其它碳基材料(如石墨烯、炭黑等)与纳米碳管复合形成纳米碳管复合导电浆料，而在非碳基导体方面的尝试十分少见。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明提供一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料及其制备方法与应用，该导电浆料集合了“点线面”三维协同导电网络的搭建，分散性好、导电率高。
5.本发明提供的技术方案：一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，由以下按质量百分含量计的原料制成：纳米碳管1.0％-10.0％、mte2纳米片0.1％-0.5％、黑磷量子点0.001％-0.008％、分散剂0.2％-1.0％、粘结剂2％-5％，余量为溶剂，溶剂为水或n-甲基吡咯烷酮(nmp)，总质量以100％计。
6.进一步的，所述纳米碳管为单壁纳米碳管或多壁纳米碳管，纳米碳管的长度为10-400μm，直径为3-80nm。
7.进一步的，所述mte2纳米片选自nite2、wte2、mote2中的任意一种或几种。
8.进一步的，所述分散剂选自羧甲基纤维素(cmc)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)和聚乙二醇(peg)中的至少一种。
9.进一步的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptee)、聚丙烯腈(pan)、丁苯橡胶(sbr)中的至少一种。
10.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的制备方法，按照原料的配比将纳米碳管、分散剂、mte2纳米片、黑磷量子点和溶剂进行混合处理，通过分散机分散，加入粘结剂搅拌均匀，然后将混合溶液转移至高压均质机中，分散均匀制得导电浆料。
11.进一步的，分散机的转速为6000-10000rpm，分散机的分散时间为20
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6-min，高压
均质机的操作压力设置为600-1000bar，连续分散5-10遍。
12.进一步的，所述mte2纳米片的制备方法：mte2单晶分散在溶剂中，超声30-60min，使分散均匀，得到mte2纳米片。
13.进一步的，所述黑磷量子点采用溶剂分子插层方法制备，即在n-甲基吡咯烷酮溶剂中分解黑磷得到黑磷量子点：
14.(1)取5-20mg黑磷晶体，研磨20-60min后，分散到10-50ml nmp溶剂中；
15.(2)将步骤(1)中分散液置入超声仪中进行超声分散1-5h，静置1-2h后，取上层液体离心分离，离心机转速1000-2500r/min，分离时间5-30min；
16.(3)取步骤(1)中离心上清液至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，反应温度100-150℃，升温速率5-10℃/min，时间6-12h，得到黑磷量子点。
17.非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的应用，用于制作新能源汽车电池、储能电池、数码电子产品电池、固态电池的正极与负极。
18.本发明的有益效果：
19.(1)本发明中的纳米碳管导电浆料中加入了一定量的mte2(如：nite2、wte2、mote2)纳米片。mte2是一类新型狄拉克或外尔半金属，具有和石墨烯相似的能带结构，它展现出高电导率、高电子迁移率等优良的电学性质，有利于增强纳米碳管导电浆料的电子传导能力。
20.(2)本发明中的纳米碳管导电浆料中加入了一定量的黑磷量子点。黑磷具有良好的电导率，大的li
+
扩散常数，其储锂理论比容量较石墨烯高7倍。黑磷量子点不仅可以缩短锂离子扩散路径，且可以有效减缓光激发/放电过程中电极材料的体积膨胀问题。零维的黑磷量子点与一维纳米碳管和二维nite2纳米片共同构建“点线面”三维协同导电网络，使导电浆料的导电性和分散性更优。
21.(3)本发明采用高纯度高长径比纳米碳管，与普通纳米碳管相比，具有较大的长径比、较好的导电性、电池配比中添加量较少的优点，可进一步降低相应电池的内阻并提高倍率性能。
附图说明
22.图1是本发明制备的导电浆料的透射电镜图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
24.以下实施例中，所述mte2纳米片的制备方法：mte2单晶分散在乙醇或nmp中，超声30-60min，使分散均匀，得到mte2纳米片。
25.所述黑磷量子点采用溶剂分子插层方法制备，即在n-甲基吡咯烷酮溶剂中分解黑磷得到黑磷量子点：
26.1)取5-20mg黑磷晶体，研磨20-60min后，分散到10-50ml nmp溶剂中；
27.2)将步骤1)中分散液置入高功率超声仪中进行超声分散1-5h，静置1-2h后，取上层液体离心分离，离心机转速1000-2500r/min，分离时间5-30min；
28.3)取步骤2)中离心上清液至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，反应温度100-150℃，升温速率5-10℃/min，时间6-12h，得到黑磷量子点。
29.实施例1
30.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
31.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径3nm)、0.2g pva分散剂、0.15g nite2纳米片、0.003g黑磷量子点和36.647gnmp溶剂进行混合处理，通过分散机6000rpm分散溶液20min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力600bar，连续分散5遍，制得新型非碳基导体/2.0％纳米碳管共复合导电浆料。
32.实施例2
33.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
34.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长400μm，管径80nm)、0.2g pvp分散剂、0.15g nite2纳米片、0.003g黑磷量子点和35.147g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机8000rpm分散溶液30min，加入12g ptee溶液(ptee:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力800bar，连续分散8遍，制得新型非碳基导体/5.0％纳米碳管共复合导电浆料。
35.实施例3
36.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
37.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长60μm，管径5nm)、0.2g cmc分散剂、0.15g wte2纳米片、0.003g黑磷量子点和36.647gnmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pna溶液(pna:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散10遍，制得新型非碳基导体/2.0％纳米碳管共复合导电浆料。
38.实施例4
39.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
40.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长100μm，管径10nm)、0.2g pvp分散剂、0.15g wte2纳米片、0.003g黑磷量子点和35.147g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机9000rpm分散溶液40min，加入12g sbr溶液(sbr:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得新型非碳基导体/5.0％纳米碳管共复合导电浆料。
41.实施例5
42.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
43.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径6nm)、0.2g peg分散剂、0.15g mote2纳米片、0.003g黑磷量子点和36.647g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液60min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得新型非碳基导体/2.0％纳
米碳管共复合导电浆料。
44.实施例6
45.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管点线面三维协同共复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
46.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长400μm，管径20nm)、0.2g pva分散剂、0.15g mote2纳米片、0.003g黑磷量子点和35.147g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得新型非碳基导体/5.0％纳米碳管共复合导电浆料。
47.对比例1
48.一种纳米碳管导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
49.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径3nm)、0.2g pvp分散剂和36.8g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机6000rpm分散溶液20min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力600bar，连续分散5遍，制得2.0％纳米碳管导电浆料。
50.对比例2
51.一种纳米碳管导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
52.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径6nm)、0.2g pva分散剂和35.3g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机8000rpm分散溶液30min，加入12g ptee溶液(ptee:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力800bar，连续分散8遍，制得5.0％纳米碳管导电浆料。
53.对比例3
54.一种nite2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
55.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长400μm，管径80nm)、0.2g peg分散剂、0.15g nite2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pan溶液(pna:nmp＝10wt％)搅拌40min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散10遍，制得nite2/2.0％纳米碳管复合导电浆料。
56.对比例4
57.一种nite2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
58.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长400μm，管径20nm)、0.2g cmc分散剂、0.15g nite2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g sbr溶液(sbr:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得nite2/5.0％纳米碳管复合导电浆料。
59.对比例5
60.一种wte2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
61.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长60μm，管径5nm)、0.2g pva分散剂、0.15g wte2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得wte2/2.0％纳米碳管复合导电浆料。
62.对比例6
63.一种wte2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
64.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长60μm，管径5nm)、0.2g pva分散剂、0.15g wte2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得wte2/5.0％纳米碳管复合导电浆料。
65.对比例7
66.一种mote2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
67.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长100μm，管径10nm)、0.2g pva分散剂、0.15g mote2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得mote2/2.0％纳米碳管复合导电浆料。
68.对比例8
69.一种mote2/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
70.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长100μm，管径10nm)、0.2g cmc分散剂、0.15g mote2纳米片和36.65g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得mote2/5.0％纳米碳管复合导电浆料。
71.对比例9
72.一种黑磷量子点/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
73.将所述1.0g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径6nm)、0.2g pvp分散剂、0.003g黑磷量子点和36.797g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得黑磷量子点/2.0％纳米碳管复合导电浆料。
74.对比例10
75.一种黑磷量子点/纳米碳管复合导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
76.将所述2.5g高纯度高长径比纳米碳管(管长200μm，管径6nm)、0.2g pvp分散剂、0.003g黑磷量子点和36.797g nmp溶剂进行混合处理，通过分散机10000rpm分散溶液30min，加入12g pvdf溶液(pvdf:nmp＝10wt％)搅拌20min，将混合溶液转移至高压均质机中，设置操作压力1000bar，连续分散5遍，制得黑磷量子点/5.0％纳米碳管复合导电浆料。
77.对上述对比例和实施例的纳米碳管导电浆料进行极片电阻率测试，数据结果如表1所示。
78.表1实验结果
[0079][0080]
参考表1，对比例1、2、3、4、9、10分别与实施例1和2进行比较，可以看出，本发明导电浆料成分及纳米碳管含量对浆料导电性有影响。三种导电材料复配下，浆料导电性能显著提高。
[0081]
参考表1，对比例3-10分别与所有实施例进行比较，可以看出，本发明导电浆料中mte2的选择对浆料导电性有影响。nite2/黑磷量子点/纳米碳管点线面三维协同共复合的浆料导电性能最佳。
[0082]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，由以下按质量百分含量计的原料制成：纳米碳管1.0％-10.0％、mte2纳米片0.1％-0.5％、黑磷量子点0.001％-0.008％、分散剂0.2％-1.0％、粘结剂2％-5％，余量为溶剂，溶剂为水或n-甲基吡咯烷酮。2.根据权利要求1所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，所述纳米碳管为单壁纳米碳管或多壁纳米碳管，纳米碳管的长度为10-400μm，直径为3-80nm。3.根据权利要求1所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，所述mte2纳米片选自nite2、wte2、mote2中的任意一种或几种。4.根据权利要求1所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，所述分散剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种。5.根据权利要求1所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶中的至少一种。6.根据权利要求1所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的制备方法，其特征在于，按照原料的配比将纳米碳管、分散剂、mte2纳米片、黑磷量子点和溶剂进行混合处理，通过分散机分散，加入粘结剂搅拌均匀，然后将混合溶液转移至高压均质机中，分散均匀制得导电浆料。7.根据权利要求6所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的制备方法，其特征在于，所述分散机的转速为6000-10000rpm，分散机的分散时间为20-60min，高压均质机的操作压力设置为600-1000bar，连续分散5-10遍。8.根据权利要求6所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的制备方法，其特征在于，所述mte2纳米片的制备方法：mte2单晶分散在乙醇或nmp溶液中，超声30-60min，使分散均匀，得到mte2纳米片。9.根据权利要求6所述的非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的制备方法，其特征在于，所述黑磷量子点采用溶剂分子插层方法制备，即在n-甲基吡咯烷酮溶剂中分解黑磷得到黑磷量子点：(1)取5-20mg黑磷晶体，研磨20-60min后，分散到10-50ml nmp溶剂中；(2)将步骤(1)中分散液置入超声仪中进行超声分散1-5h，静置1-2h后，取上层液体离心分离，离心机转速1000-2500r/min，分离时间5-30min；(3)取步骤(1)中离心上清液至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，反应温度100-150℃，升温速率5-10℃/min，时间6-12h，得到黑磷量子点。10.一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料的应用，其特征在于：用于制作新能源汽车动力电池、储能电池、数码电子产品电池、固态电池的正极与负极。

技术总结
本发明提供一种非碳基量子点/纳米片杂化导体与纳米碳管共复合导电浆料及其制备方法与应用，所述导电浆料由按以下质量百分含量计的原料制成：纳米碳管1.0％-10.0％、MTe2纳米片0.1％-0.5％、黑磷量子点0.001％-0.008％、分散剂0.2％-1.0％、粘结剂2％-5％，余量为溶剂，溶剂为水或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。本发明制备的复合导电浆料分散性好、导电率高，适用于新能源汽车动力电池、储能电池、数码电子产品电池、固态电池的正极与负极。固态电池的正极与负极。固态电池的正极与负极。


技术研发人员：常海欣 李宏达 陶勃然
受保护的技术使用者：飞米（宁波）新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/28