碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的管状一维纳米材料,具有高纯度、良好的分散性、稳定性以及优异的导电性、力学性能等,碳纳米管粉体是由碳纳米管组成的粉末状材料。
碳纳米管粉体一般应用新能源领域:
在锂离子电池中作为导电剂,能显著降低电池内阻、提高充放电倍率、增加电池容量和延长循环寿命,也可用于光伏和风力发电站的储能电池、氢燃料电池等。
复合材料领域:可作为导电导热耐磨填料用于塑料制品、橡胶制品行业,如在汽车轮胎中取代现有炭黑材料,能极大提高轮胎的耐磨、减震和附着性能;还可用于制造高强度碳纤维材料。同时,由于其具有高导电、导热率和高的热辐射率,也是导电、散热涂料的良好功能填料,可应用于隐形涂料和船舶防腐涂料等领域。
电子领域:可制成纳米天线,用于光电视等设备,提高电视信号的效率和图像品质。还可用于提高复合材料的导电性,在纳米电子学领域有重要应用。
医疗领域及生物工程:可用于制造微型机器人,进入血管疏通血栓;也可用于制造纳米芯片、人体组织及器官等。
环境保护领域:可利用其特性发展新的保湿材料,提升土壤保水能力,提高绿化成功率与速度;还可用于生产疏水外墙涂料,使涂层外表不沾水、不积灰,节省高层建筑外墙清洁费用,降低高空作业风险。
那艾仪器喷雾干燥机制备碳纳米管粉体的案例:
一、在锂电池中,硅基负极材料具有较高的理论比容量,但存在体积膨胀等问题,而碳纳米管具有优异的导电性和力学性能,可与硅纳米颗粒复合来改善性能。那艾离心喷雾干燥机能够制备出粒度均匀、分散性良好的粉末材料,适合用于制备硅碳复合负极材料。 工艺细节:以 Si 纳米颗粒、碳纳米管分散液、蔗糖及 CMC 为原料,采用喷雾干燥法进行制备。通过调整原料配比和喷雾干燥过程中的参数,如雾化条件、干燥温度等,分析影响硅碳复合材料形貌的因素。 应用效果:制备出的多孔球形 Si/MWCNT@C 负极材料具有良好的性能,干燥后的多孔结构有利于电解液浸润,有效提升离子扩散速率,从而增强了电池的倍率性能和循环稳定性。
二、为了获得性能优良的复合材料,需要对聚丙烯进行改性。碳纳米管具有高强度、高导电性等特性,粉末丁苯橡胶具有良好的弹性和韧性,将二者复合后用于改性聚丙烯,有望提高聚丙烯的综合性能。 工艺细节:利用辐射交联和喷雾干燥法,先制备全硫化交联碳纳米管(CNTs)/粉末丁苯橡胶(SBR)复合材料。将碳纳米管和粉末丁苯橡胶在适当的溶剂中混合均匀,形成悬浮液,然后通过喷雾干燥过程,使溶剂迅速挥发,得到碳纳米管 / 粉末丁苯橡胶复合材料粉末。 应用效果:当 SBR、CNTs 和苯甲酸钠(相对于纯 PP 的质量)用量分别为 15%、2%和 2%时,改性后 PP 的冲击韧性提高了 120%,拉伸强度提高了 6%,扯断伸长率提高了 55%,弯曲强度提高了 20%,显著改善了聚丙烯的性能。
三、在锂离子电池干法电极制备过程中,导电添加剂的均匀分散是一个挑战,而单壁碳纳米管具有优异的导电性,将其与正极材料 LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂(NCM)复合,有望解决这一问题,提高电池性能。 工艺细节:首先将 NCM 和单壁碳纳米管在 NMP 溶液中进行预分散,形成混合分散液。随后,将该混合物使用喷雾干燥机在约 210℃的条件下干燥,形成单壁碳纳米管 / NCM 复合材料(SW - SPD)。 应用效果:尽管与使用炭黑相比,SW - SPD 电极中的导电添加剂用量减少了 10 倍,但仍展现出优异的电导率和电化学性能。在 2C 放电倍率下能保持 137.39mAh/g 的高比容量,在电极面容量高达 7mAh/cm² 的情况下,经过 100 个循环后仍能保持 89.4%的容量,经过 500 个循环后仍能保持 52.2%的容量,为干法电极制备过程中导电添加剂分散难题提供了创新解决方案。