一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法与流程

1.本发明属于锂离子电池中材料含量分析的技术领域，涉及一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法。


背景技术：

2.导电浆料是将导电材料均匀地分布于热塑性或热固性材料中形成的粘稠状物。碳纳米管是由单层或多层石墨卷曲而成的一维管状纳米材料，具有诸多优越特性，将其应用于导电浆料中相比于传统的导电炭黑，导电石墨，导电碳纤维等传统导电剂，具有更高的电子导电率，所需用量也相对较低。碳纳米管导电浆料在锂离子动力电池导电剂方面具有诱人的应用前景，作为一种锂离子动力电池的新型高效导电剂，在实际应用中碳纳米管通过相互交叉叠加，搭建成交错相连的网络以传递电子，进而实现导电，在网络中碳纳米管之间相互接触，或者是碳纳米管与其他导电特性的物质复配，进而互相接触，使得碳纳米管有效提高电池的大电流放电能力，显著提高电池容量。同时，由于碳纳米管优良的导热性能还有利于电池在充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的循环寿命。并且，碳纳米管导电浆料可应用于各种电极材料中，如磷酸铁锂，钴酸锂，锰酸锂，三元镍钴锰，石墨等电极材料。
3.碳纳米管导电浆料是一种用于锂电池的新型高效导电剂，可替代传统的导电碳黑、导电石墨、导电碳纤维等传统导电剂，具有超高长径比、超大比表面积和超低体积电阻率等优越特性，可应用于各种电极材料中，比如lfp、lco、lmn、ncm或石墨等，而且其添加量仅为0.5～1％，可显著提高电芯以下性能：显著降低电池内阻；提高活性材料克容量发挥；显著降低导电剂用量、粘结剂用量；提高大电流放电功率密度；增强电解液吸收；延长使用寿命。碳纳米管拥有优异的导电性能，应用于锂离子电池中可提高极片的导电性，提高电池性能。
4.目前，对于碳纳米管导电浆料中碳纳米管含量的测试常见方法包括通过氮气保护直接用管式炉分别加热一定质量的cnt导电浆料固含残留物及分散剂，再取出冷却称重，通过计算加热前后样品质量的减少占原始质量的百分比为其失重率，再通过公式计算得cnt导电浆料中碳纳米管含量，然而这种方法因多次使用外置天平称重使测试变得繁琐、费时，外置天平的精度为0.0001g，且因多次接触空气干扰失重率计算结果，从而影响到最终碳纳米管导电浆料中碳纳米管含量的计算结果。
5.因此如何提高碳纳米管导电浆料中碳纳米管含量测试的准确性，是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法。本发明通过热重分析的方法，可排除样品接触空气水分的干扰，以热重曲线，更准确直观的得到了分散剂失重率，进而提升了测试结果的准确性。
7.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
9.(1)对待测碳纳米管导电浆料进行固含量的测试，得到待测碳纳米管导电浆料的固含量和待测碳纳米管的烘干产物；
10.(2)取与待测碳纳米管导电浆料中的分散剂种类一致的分散剂，进行热重分析测试，得到分散剂的失重率a1；
11.(3)对步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物进行热重分析测试，得到待测碳纳米管烘干产物的失重率a2；
12.(4)通过对待测碳纳米管导电浆料的固含量、分散剂的失重率a1和待测碳纳米管烘干产物的失重率a2进行计算，得到待测碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量。
13.碳纳米管导电浆料在热重测试分析的过程中，碳纳米管没有失重，且分散剂有显著失重。
14.本发明采用热重分析的测试方法，可排除样品接触空气水分的干扰，且分散剂失重率的计算可直接通过仪器得出，避免了人为计算可能出现的失误，更准确直观的得到了分散剂失重率，进而提升了测试结果的准确性，且操作简单。
15.优选地，步骤(1)所述待测碳纳米管导电浆料的固含量的测试方法包括：
16.(i)在集流体上放置待测碳纳米管导电浆料之前，得到集流体的重量m1；
17.(ii)将待测碳纳米管导电浆料置于集流体表面，得到放置有待测碳纳米管导电浆料的集流体的重量m2；
18.(iii)将放置有待测碳纳米管导电浆料的集流体烘干，得到烘干后的集流体的重量m3；
19.(iv)通过对集流体的重量m1、放置有待测碳纳米管导电浆料的集流体的重量m2和烘干后的集流体的重量m3进行计算，得到步骤(1)所述待测碳纳米管导电浆料的固含量。
20.优选地，步骤(iv)所述计算的计算公式为固含量＝(m3‑
m1)/(m2‑
m1)*100％。
21.优选地，步骤(iii)所述烘干的温度为100～150℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，时间为2～6h，例如2h、3h、4h、5h或6h等。
22.优选地，步骤(2)所述热重分析测试的方法包括：
23.将与待测碳纳米管导电浆料中的分散剂种类一致的分散剂置于热重分析仪上，在保护性气氛下升温，进行热重曲线的测试，依据热重曲线，得到分散剂的失重率a1。
24.优选地，步骤(2)所述热重分析测试中，所述升温后的温度为600～800℃，例如600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
25.本发明中，升温至600～800℃时，分散剂的热重曲线趋于平缓，即表示反应结束，分散剂残留组分达到恒重。
26.优选地，步骤(2)所述热重分析测试中，所述升温前的温度为25～30℃，例如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等。
27.优选地，步骤(2)所述热重分析测试，所述升温速率为5～15℃/min，例如5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min、13℃/min、14℃/min或15℃/min等。
28.本发明在热重分析测试过程中，升温速率过快，会导致失重曲线向高温方向偏移，影响失重率计算结果。
29.优选地，步骤(2)所述热重分析测试，所述保护性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。
30.优选地，步骤(3)所述热重分析测试的方法包括：
31.将步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物置于热重分析仪上，在保护性气氛下升温，进行热重曲线的测试，依据热重曲线，得到分散剂的失重率a1。
32.优选地，步骤(3)所述热重分析测试中，所述升温后的温度为600～800℃，例如600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
33.优选地，步骤(3)所述热重分析测试中，所述升温前的温度为25～30℃，例如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等。
34.优选地，步骤(3)所述热重分析测试，所述升温速率为5～15℃/min，例如5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min、13℃/min、14℃/min或15℃/min等。
35.优选地，步骤(3)所述热重分析测试，所述保护性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。
36.优选地，步骤(4)所述计算的计算公式为
37.作为优选的技术方案，所述碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法包括以下步骤：
38.(1)对待测碳纳米管导电浆料进行固含量的测试，得到待测碳纳米管导电浆料的固含量和待测碳纳米管的烘干产物；
39.(i)在集流体上放置待测碳纳米管导电浆料之前，得到集流体的重量m1；
40.(ii)将待测碳纳米管导电浆料置于集流体表面，得到放置有待测碳纳米管导电浆料的集流体的重量m2；
41.(iii)将放置有待测碳纳米管导电浆料的集流体在100～150℃烘干2～6h，得到烘干后的集流体的重量m3；
42.(iv)以固含量＝(m3‑
m1)/(m2‑
m1)*100％的计算公式进行计算，得到步骤(1)所述待测碳纳米管导电浆料的固含量；
43.(2)将与待测碳纳米管导电浆料中的分散剂种类一致的分散剂置于热重分析仪上，在保护性气氛下以5～15℃/min的升温速率从25～30℃升温至600～800℃，进行热重曲线的测试，依据热重曲线，得到分散剂的失重率a1；
44.(3)将步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物置于热重分析仪上，在保护性气氛下以5～15℃/min的升温速率从25～30℃升温至600～800℃，进行热重曲线的测试，依据热重曲线，得到待测碳纳米管烘干产物的失重率a2；
45.(4)以的计算公式进行计算，得到待测碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量。
46.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
47.本发明通过热重分析的方法，可排除样品接触空气水分的干扰，以热重曲线，更准确直观的得到了分散剂失重率，进而提升了测试结果的准确性，且操作简单。
附图说明
48.图1为实施例1中分散剂的热重曲线图。
49.图2为实施例1中待测碳纳米管烘干产物的热重曲线图。
具体实施方式
50.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
51.实施例1
52.本实施例提供一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法，所述测试方法如下：
53.(1)对待测碳纳米管导电浆料的固含量进行测试：
54.(i)取10cm*10cm铝箔一片，用分析天平称取铝箔的重量为m1；
55.(ii)将待测碳纳米管导电浆料搅拌均匀后，取4g放于铝箔上，在分析天平上称重并记录质量为m2；
56.(iii)将带有浆料的铝箔放于烘箱内，130度烘烤4h，迅速称重记录质量m3；
57.(iv)以固含量＝(m3‑
m1)/(m2‑
m1)*100％的计算公式计算得到待测碳纳米管导电浆料的固含量，平行测试3组，取平均值；
58.(2)取10mg分散剂放于70μl的氧化铝坩埚中，然后将氧化铝坩埚置于热重分析仪中，通入50ml/min的氩气，将温度以10℃/min的升温速率从30℃升温至800℃，测试得到如图1所示的热重曲线，结束后取曲线第二个台阶计算得到分散剂的失重率为a1；
59.(3)将步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物研磨成粉，取10mg，以与步骤(2)一样的热重分析过程，得到如图2所示的热重曲线图，得到待测碳纳米管烘干产物的失重率a2；
60.(4)以的计算公式进行计算，得到待测碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量。
61.实施例2
62.本实施例提供一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法，所述测试方法如下：
63.(1)对待测碳纳米管导电浆料的固含量进行测试：
64.(i)取10cm*10cm铝箔一片，用分析天平称取铝箔的重量为m1；
65.(ii)将待测碳纳米管导电浆料搅拌均匀后，取5g放于铝箔上，在分析天平上称重并记录质量为m2；
66.(iii)将带有浆料的铝箔放于烘箱内，100℃烘烤6h，迅速称重记录质量m3；
67.(iv)以固含量＝(m3‑
m1)/(m2‑
m
1)
*100％的计算公式计算得到待测碳纳米管导电浆料的固含量，平行测试3组，取平均值；
68.(2)取10mg分散剂放于70μl的氧化铝坩埚中，然后将氧化铝坩埚置于热重分析仪中，通入50ml/min的氩气，将温度以5℃/min的升温速率从30℃升温至600℃，测试得到热重曲线，结束后取曲线第二个台阶计算得到分散剂的失重率为a1；
69.(3)将步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物研磨成粉，取10mg，以与步骤(2)一样的热重分析过程，得到待测碳纳米管烘干产物的失重率a2；
70.(4)以的计算公式进行计算，得到待测碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量。
71.实施例3
72.本实施例提供一种碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量的测试方法，所述测试方法如下：
73.(1)对待测碳纳米管导电浆料的固含量进行测试：
74.(i)取10cm*10cm铝箔一片，用分析天平称取铝箔的重量为m1；
75.(ii)将待测碳纳米管导电浆料搅拌均匀后，取3g放于铝箔上，在分析天平上称重并记录质量为m2；
76.(iii)将带有浆料的铝箔放于烘箱内，150℃烘烤2h，迅速称重记录质量m3；
77.(iv)以固含量＝(m3‑
m1)/(m2‑
m
1)
*100％的计算公式计算得到待测碳纳米管导电浆料的固含量，平行测试3组，取平均值；
78.(2)取10mg分散剂放于70μl的氧化铝坩埚中，然后将氧化铝坩埚置于热重分析仪中，通入50ml/min的氩气，将温度以15℃/min的升温速率从30℃升温至700℃，测试得到热重曲线，结束后取曲线第二个台阶计算得到分散剂的失重率为a1；
79.(3)将步骤(1)所述待测碳纳米管的烘干产物研磨成粉，取10mg，以与步骤(2)一样的热重分析过程，得到待测碳纳米管烘干产物的失重率a2；
80.(4)以的计算公式进行计算，得到待测碳纳米管导电浆料中的碳纳米管含量。
81.实施例4
82.本实施例与实施例1的区别为，选取同样的待测碳纳米管导电浆料，步骤(2)中，升温速率为20℃/min。
83.其余测试方法与参数与实施例1保持一致。
84.表1中为实施例1
‑
4中各个参数的具体数值以及计算结果。
85.表1
[0086][0087]
从实施例1与实施例4的数据结果可知，热重测试过程中，升温速率过快，会导致测出失重率偏小，导致碳纳米管含量测试结果有偏差。
[0088]
综上所述，本发明通过热重分析的方法，可排除样品接触空气水分的干扰，以热重曲线，更准确直观的得到了分散剂失重率，进而提升了测试结果的准确性，且操作简单。
[0089]
申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。