碳基复合导电颗粒制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115910428A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211543683.6(22)申请日2022.12.01(71)申请人深圳清研装备科技有限公司地址518000广东省深圳市光明区凤凰街道凤凰社区观光路招商局光明科技园A1栋申请人深圳清华大学研究院(72)发明人陈建军张维丽田勇(74)专利代理机构广东深田律师事务所44573专利代理师傅俏梅(51)Int.Cl.H01B1/24(2006.01)H01B13/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称碳基复合导电颗粒制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种碳基复合导电颗粒制备方法，是将不同形状和结构的石墨、导电炭黑、石墨烯和碳纳米管按配比在复合搅拌作用下充分交错、抛散、解聚、接触、分散及有序混合，形成碳基导电混合粉体；然后采用等离子体活化烧结法使粉体活化、预聚，使粉体颗粒接触面间的绝缘层并产生应变；再将有机表面改性剂加入到所述碳基导电混合粉体内，得到半杂化的有机活性碳基混合导电颗粒通过有机粘结剂进一步聚集成型，造粒撮合流化成球形颗粒，最后通过高温烧结处理使有机物进一步缩聚及碳化，得到高密度碳包覆复合导电颗粒。本发明可大大提高颗粒的导电性能，体积电阻率降低到1.0Ω.cm以下，同时可降低材料成本。本发明还提供了上述碳基复合导电颗粒的应用。CN115910428ACN115910428A权利要求书1/2页1.一种碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1将不同形状、不同结构的石墨、导电炭黑、石墨烯和碳纳米管原料按配比置于混合机内，在复合搅拌作用下使各原料充分交错、抛散、解聚、接触、分散及有序混合，形成碳基导电混合粉体；S2采用等离子体活化烧结法将所述碳基导电混合粉体通过紫外光照射，使所述碳基导电混合粉体表面产生活化自由基，击穿所述碳基导电混合粉体颗粒接触面间的绝缘层并产生应变；S3将有机表面改性剂加入到所述碳基导电混合粉体内，渗透或嵌入所述碳基导电混合粉体的表面、缝隙或隧道层内部，使所述碳基导电混合粉体表面活性点与有机分子上极性单元发生物理及化学作用，得到半杂化的有机活性碳基混合导电颗粒；S4将半杂化的所述有机活性碳基混合导电颗粒采用造粒方式通过有机粘结剂黏合成一定粒径的碳球，并通过加热干燥使所述碳球发生缩聚或醚化反应，得到致密的杂化碳基混合导电颗粒；S5将所述杂化碳基混合导电颗粒在一定温度下进行烧结处理，使得颗粒间存在的有机分子进一步缩聚、脱氧及部分碳化，得到高密度碳包覆复合导电颗粒。2.根据权利要求1所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：石墨35～55wt%；导电炭黑28～52%；石墨烯1.0～2.5wt%；碳纳米管1.0～2.5wt%；有机表面改性剂：1.5‑5.0wt%，有机粘结剂：3‑12wt%；其中所述石墨粒径2.5～10μm；所述导电炭黑粒径35～45nm，电阻率＜1.5Ω·m；所述石墨烯片径<1μm，厚度<10nm；所述多壁碳纳米管直径：12～20nm，长度：15～30μm。3.根据权利要求1或2所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，所述S1步骤中的复合搅拌是采用犁刀和飞刀剪切搅拌和强力抛散，其中所述飞刀搅拌速度为1200～1600rpm，所述犁刀搅拌速度为70～100rpm，搅拌时间20～40min。4.根据权利要求1或2所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，所述S2步骤的所述等离子体活化法是将所述碳基导电混合粉体表面暴露于高能紫外光下，采用直流脉冲电压对所述碳基导电混合粉体活化和真空加热，活化电流为750A，脉冲时间为1.0min～1.5min，加热温度为400～500℃，加热时间为4.5～5.5min。5.根据权利要求1或2所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，在复合搅拌作用下将所述有机物表面改性剂以液态雾化方式喷涂到所述碳基导电混合粉体表面、缝隙或隧道层内部，雾化喷涂时的加料速度为2～10ml/min，所述复合搅拌时的飞刀搅拌速度为1000～1500rpm，犁刀搅拌速度为50～70rpm，搅拌时间为1.0～1.5小时。6.根据权利要求5所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，所述有机物表面改性剂为TNWDIS、TNEDIS、AKN‑2076、B6090或WSG‑DD01中的至少一种。7.根据权利要求1或2所述的碳基复合导电颗粒制备方法，其特征在于，所述S4步骤中，将半杂化的所述有机活性碳基颗粒放入造粒喷雾干燥机中，通过压力泵将稀释的有机粘合剂溶液送至雾化喷嘴，并喷雾在半杂化的所述有机活性碳基颗粒表面实现有机结合，在连续喷涂和加热干燥温度为100℃～150℃气