碳纳米管分散溶液和用于制备其的方法与流程

本发明涉及碳纳米管分散溶液和用于制备其的方法。本申请要求基于于2024年5月10日提交的韩国专利申请第10-2024-0061824号、于2024年6月5日提交的韩国专利申请第10-2024-0073599号和于2025年5月8日提交的韩国专利申请第10-2025-0059846号的优先权的权益，其全部内容作为本说明书的一部分并入。

背景技术：

1、随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能量来源的二次电池的需求正在快速增加。在这些二次电池中，具有高的能量密度和电压、长的循环寿命和低的自放电率的锂二次电池已被商业化并被广泛地使用。此外，作为用于这样的高容量锂二次电池的电极，正在积极地对改善电极密度并因此制造具有较高的每单位体积能量密度的电极的方法进行研究。

2、通常，高密度电极通过使用高压压机使尺寸为数μm至数十μm的电极活性材料颗粒成型而形成。然而，在成型过程期间，颗粒可能变形并且颗粒之间的空间可能减小，并因此可能容易降低电解液的渗透性。

3、为了解决以上问题，在电极的制造中使用具有优异的导电性和强度的导电材料。导电材料定位在电极活性材料之间，并因此，即使在经历成型过程时，其也保持活性材料颗粒之间的微孔，从而使得电解液容易地渗透，并且具有优异的导电性，从而降低电极内的电阻。在这些导电材料中，碳纳米管的使用越来越多，碳纳米管为纤维状的基于碳的导电材料，其可以通过在电极内形成导电路径来进一步降低电极电阻。

4、碳纳米管为一种类型的细的碳纤维，为直径小于1 μm的管状碳纤维。碳纳米管由于因其独特的结构而产生的其高的导电性、拉伸强度和耐热性而有望在各种领域中得到应用和商业化。然而，碳纳米管具有这样的问题：它们具有低分散性并且由于因它们的高比表面积而在它们之间的范德华引力强而倾向于团聚。

5、为了解决这些问题，提出了通过机械分散处理例如超声处理来使碳纳米管分散在分散介质中。然而，在机械分散处理方法的情况下，存在这样的问题：超声照射一结束，碳纳米管就聚集，或者在分散之后随时间再次聚集。

6、因此，需要开发用于生产可以改善碳纳米管的分散性，同时具有低粘度并抑制粘度随时间增加的碳纳米管分散溶液的方法。

7、[现有技术文献]

8、[专利文献]

9、（专利文献1）中国特许专利公开第117373750号（2024年1月9号）

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的一个目的是提供碳纳米管分散溶液，其包含：碳纳米管；第一分散剂，所述第一分散剂含有氢化丁腈橡胶；第二分散剂，所述第二分散剂含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯、聚丁二醇和聚苯乙烯中的至少一种聚合物；第三分散剂，所述第三分散剂含有基于链烷醇胺的化合物；以及溶剂，所述碳纳米管分散溶液具有优异的分散性、分散溶液的粘度低和分散颗粒的颗粒尺寸小，并且粘度随时间的变化小。

3、本发明的另一个目的是提供用于制备所述碳纳米管分散溶液的方法。

4、本发明的又一个目的是提供包含所述碳纳米管分散溶液的锂二次电池用电极浆料组合物。

5、本发明的又一个目的是提供其中使用所述锂二次电池用电极浆料组合物形成的电极混合物层的活性材料颗粒之间的结合力以及电极混合物层与集流体之间的粘合力均得到改善的锂二次电池用电极。

6、技术方案

7、本发明的一个实施方案提供了碳纳米管分散溶液，其包含：碳纳米管；第一分散剂，所述第一分散剂含有氢化丁腈橡胶；第二分散剂，所述第二分散剂含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯、聚丁二醇和聚苯乙烯中的至少一种聚合物；第三分散剂，所述第三分散剂含有基于链烷醇胺的化合物；以及溶剂。

8、第二分散剂可以含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯和聚丁二醇中的一种聚合物以及聚苯乙烯。

9、基于链烷醇胺的化合物可以为含有至少一个羟基（-oh）和至少一个胺基（-nh2）的c3至c10线性或支化饱和烃。

10、基于100重量份的分散溶液，碳纳米管可以以0.1重量份至10重量份的量包含在内。

11、基于100重量份的碳纳米管，碳纳米管分散溶液可以包含10重量份至50重量份的第一分散剂。

12、基于100重量份的碳纳米管，碳纳米管分散溶液可以包含1重量份至30重量份的第二分散剂。

13、基于100重量份的碳纳米管，碳纳米管分散溶液可以包含1重量份至30重量份的第三分散剂。

14、相对于碳纳米管分散溶液中的碳纳米管的含量，第一分散剂至第三分散剂的总含量（sop）可以为20重量%至100重量%。

15、碳纳米管分散溶液的在25℃和1 rpm下测量的初始粘度可以为0.1 pa•秒至10pa•秒。

16、碳纳米管分散溶液的由以下等式（1）表示的粘度增加率可以为60%或更小。

17、[等式1]

18、粘度增加率（%）={(在25℃下放置2周之后测量的粘度-初始粘度)/初始粘度}×100

19、本发明的另一个实施方案提供了用于制备碳纳米管分散溶液的方法，其包括以下步骤：（1）将碳纳米管、第一分散剂、第二分散剂、第三分散剂和溶剂混合以制备碳纳米管的初级分散溶液，所述第一分散剂含有氢化丁腈橡胶，所述第二分散剂含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯、聚丁二醇和聚苯乙烯中的至少一种聚合物，所述第三分散剂含有基于链烷醇胺的化合物的；以及（2）使将碳纳米管的初级分散溶液分散以制备碳纳米管的次级分散溶液。

20、本发明的又一个实施方案提供了锂二次电池用电极浆料组合物，其包含如上所述的碳纳米管分散溶液和电极活性材料。

21、本发明的又一个实施方案提供了锂二次电池用电极，其包括通过使用如上所述的锂二次电池用电极浆料组合物形成的电极混合物层。

22、有益效果

23、根据本发明的碳纳米管分散溶液除了含有氢化丁腈橡胶的第一分散剂以及含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯、聚丁二醇和聚苯乙烯中的至少一种聚合物的第二分散剂之外还包含含有基于链烷醇胺的化合物的第三分散剂，并因此即使使用具有大比表面积的碳纳米管，也通过使碳纳米管均匀且有效地分散而具有这样的特性：粘度随时间的变化小，以及粘度相对低，以及分散颗粒的颗粒尺寸小。

24、此外，当在用于电极的浆料组合物中使用本发明的碳纳米管分散溶液时，使用该电极浆料组合物形成的锂二次电池用电极混合物层的活性材料颗粒之间的结合力以及该电极混合物层与集流体之间的粘合力均得到改善。

1.一种碳纳米管分散溶液，包含：

2.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中所述第二分散剂含有选自聚乙二醇、聚(1,2-丙二醇)、聚(1,3-丙二醇)、聚己内酯和聚丁二醇中的一种聚合物以及聚苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中所述基于链烷醇胺的化合物为含有至少一个羟基（-oh）和至少一个胺基（-nh2）的c3至c10线性或支化饱和烃。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中基于100重量份的所述分散溶液，所述碳纳米管以0.1重量份至10重量份的量包含在内。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中基于100重量份的所述碳纳米管，所述碳纳米管分散溶液以10重量份至50重量份的量包含所述第一分散剂。

6.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中基于100重量份的所述碳纳米管，所述碳纳米管分散溶液包含1重量份至30重量份的所述第二分散剂。

7.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中基于100重量份的所述碳纳米管，所述碳纳米管分散溶液包含1重量份至30重量份的所述第三分散剂。

8.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中相对于所述碳纳米管分散溶液的碳纳米管含量，所述第一分散剂至所述第三分散剂的总含量（sop）为20重量%至100重量%。

9.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中所述碳纳米管分散溶液的在25℃和1rpm下测量的初始粘度为0.1 pa•秒至10 pa•秒。

10.根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液，其中所述碳纳米管分散溶液的由以下等式（1）表示的粘度增加率为60%或更小：

11.一种制备根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液的方法，包括以下步骤：

12.一种锂二次电池用电极浆料组合物，包含根据权利要求1所述的碳纳米管分散溶液和电极活性材料。

13.一种锂二次电池用电极，包括使用根据权利要求12所述的锂二次电池用电极浆料组合物形成的电极混合物层。