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邹小姐：13326633089 -
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作为一种结构特(te)殊的新型碳(tan)材(cai)料，碳(tan)纳米(mi)管具有(you)优(you)异的机械性能和电(dian)化学性能，一直在各(ge)领域备受关注(zhu)。在锂电(dian)池的应用中，碳(tan)纳米(mi)管作为导(dao)电(dian)剂时，其独特(te)的网络结构不仅能够有(you)效地连(lian)接更(geng)多的活性物质，出(chu)色的电(dian)导(dao)率也可以大幅降(jiang)低阻抗。此外，较大长径比的碳(tan)纳米(mi)管具有(you)更(geng)大的比表面积，与(yu)传统导(dao)电(dian)剂 Super P、石墨相比，它只需很少的添加量便足以在电极内组建高效的三维高导电网络并达到提升电池能量密度的目标。
因此，更(geng)深入的研发新型碳纳米管导电剂(ji)是未来重(zhong)点关注的方(fang)向。据权威部门(men)统计，到2023年碳纳米管导电剂在中国锂离子动力电池市场的渗透率将达到 82.2%
碳纳米管的类型(xing)
从结构上看，碳(tan)纳(na)米(mi)管是(shi)蜂(feng)巢状的(de)一(yi)维纳(na)米(mi)空(kong)心管，其中(zhong)每层的(de)碳(tan)纳(na)米(mi)管的(de)侧壁(bi)是(shi)由(you)碳(tan)原子通过sp2杂化，与周围3个碳原子键合成在一个平面的六边形。
根据石墨(mo)层数量，碳纳(na)米管可以分成单(dan)壁碳纳米管（SWCNT）和(he)多壁碳纳(na)米管（MWCNT）。单(dan)壁碳纳米管是由(you)单(dan)层石(shi)墨(mo)烯构成(cheng)，多壁碳纳米管则是由(you)两层及以上石(shi)墨(mo)烯组成(cheng)，层与(yu)层之(zhi)间由(you)范德华力连接。
单壁碳纳(na)米(mi)管（SWCNT）和多壁碳纳(na)米(mi)管（MWCNT）
大多数SWCNT的直径范围在0.4~3 nm之间，约为人类头发的1/50000，而长度则可以扩展到其直径的几百万倍。碳纳米管的形貌对其性能有着巨大的影响，其直径、管壁(bi)数、长(zhang)度、缺陷(xian)程度等一直(zhi)是行(xing)业内制备研究的重点。
碳纳米管的制备
迄今为(wei)止，工厂合(he)成的(de)碳(tan)(tan)纳(na)米管产品大多数(shu)仍以多壁碳(tan)(tan)纳(na)米管为(wei)主，但不同厂家的(de)生产技(ji)术却(que)大不相同。现阶段(duan)几种常(chang)见的(de)碳(tan)(tan)纳(na)米管制备技(ji)术包(bao)括：电弧放电法、激(ji)光蒸发法、化(hua)学气相沉积法和火焰(yan)法。
1. 电(dian)弧法
碳纳米管最(zui)开始的出现是在用石墨电(dian)弧(hu)法(fa)制(zhi)备富勒烯的过程意外所(suo)得(de)，其(qi)后研(yan)究(jiu)者便使用石墨电(dian)弧(hu)法(fa)制(zhi)备碳纳米管，其(qi)后又改进开发出了(le)催化电(dian)弧(hu)法(fa)。
电(dian)弧(hu)法是在惰性气氛的腔体中施加高压，通入电(dian)流使两极激发出电(dian)弧(hu)，电(dian)弧(hu)放电(dian)产(chan)生高温，不(bu)断消耗阳极石墨棒，含(han)碳纳(na)米管的样品沉(chen)积在阴极上。
电弧(hu)法(fa)制备碳纳米管
电弧法的特点是(shi)简单,制得的碳纳米管结晶度高，但产量较低(di)，且由于电弧温度高，形成的碳纳米(mi)管烧结后会形成束, 其中存在很多难分离的杂质。
2. 激光蒸发法
激(ji)光(guang)蒸(zheng)发技术和电弧(hu)放电方法的原理和机(ji)理相似，但(dan)是输入的能(neng)源不同，在激(ji)光(guang)蒸(zheng)发方法中，所(suo)需能(neng)量由激(ji)光(guang)提供。
激光束的热量(liang)使(shi)石(shi)墨靶(ba)蒸发生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)气态碳(tan)，气态碳(tan)在催化剂的作用机制下，激发产生(sheng)(sheng)碳(tan)原子或原子团在保(bao)护性气体中(zhong)相互碰(peng)撞(zhuang)而形成(cheng)(cheng)碳(tan)纳(na)米管(guan)。
激光蒸发法示意图
与(yu)电弧(hu)法比(bi)较(jiao),激光蒸发法纯度更高,制备的碳纳米管很少有无定形碳存在，管径分布更加均匀,产率也比电弧法高，更容易实现碳纳米管的可控操作。利用激光蒸发法可大规模地(di)生成碳纳米管,但其能耗高，设备昂贵，这极大地制约了它的应用。
3. 化学气相沉积法(fa)
化(hua)学气相沉积法(CVD)，是(shi)采用Fe、Co、Ni等金属及(ji)混合物(wu)为催化(hua)剂(ji)，在惰(duo)性气(qi)体(ti)和(he)碳(tan)(tan)源气(qi)体(ti)的气(qi)氛(fen)条件下加(jia)热到一(yi)定(ding)温(wen)度后(hou)生长碳(tan)(tan)纳米管(guan)，大致过程(cheng)为碳(tan)(tan)源在催化(hua)剂(ji)表(biao)面(mian)裂解，沉积析(xi)出的碳(tan)(tan)原子再扩散形(xing)成碳(tan)(tan)纳米管(guan)。
根据制(zhi)备过程(cheng)中催化(hua)剂状(zhuang)态(tai)的不同，化(hua)学气相沉(chen)积法可分(fen)为固定(ding)床(chuang)与流化(hua)床(chuang)两种，固定床(chuang)生长方法中反应(ying)温度(du)和催化剂的(de)(de)还(hai)原(yuan)程度(du)对(dui)碳纳米管的(de)(de)生长存在显著的(de)(de)影(ying)响，其他因素包括气体(ti)组分与流(liu)量等。固定床(chuang)与流(liu)化床(chuang)法并没有(you)本(ben)质的(de)(de)区别，只是催化剂由于载体(ti)的(de)(de)稳化作用而(er)处(chu)于固态。
化学气相沉积法(fa)示意图：a)流(liu)化床(chuang)；b)固定床(chuang)
该技术的(de)优势在于制(zhi)备的(de)碳(tan)纳(na)米管纯(chun)度(du)和产(chan)率(lv)都比较高，流化(hua)床生(sheng)长法(fa)具有碳(tan)源(yuan)和催化(hua)剂可连续供给的(de)特点，容易(yi)进行大规模的(de)生(sheng)产(chan),产率较高，因此商业化的多壁碳纳米管大部分均为流化床化学(xue)气相沉积(ji)法(fa)制(zhi)得。
4. 火焰(yan)法(fa)
在火(huo)(huo)焰合(he)成(cheng)方(fang)法中(zhong)，催化剂(ji)和碳(tan)源在高燃(ran)的(de)火(huo)(huo)焰中(zhong)进行成(cheng)核(he)并(bing)快(kuai)速生(sheng)长碳(tan)纳(na)米(mi)管(guan)，整个(ge)操(cao)作过(guo)程简单且用时短，在该方(fang)法中(zhong)最特别(bie)的(de)是只需(xu)通(tong)过(guo)调(diao)节火(huo)(huo)焰参(can)数就能(neng)获得所需(xu)的(de)碳(tan)纳(na)米(mi)管(guan)，然而，对火(huo)(huo)焰法的(de)研究周(zhou)期并(bing)不长，故目前(qian)还(hai)局限于(yu)实验室(shi)研发未能(neng)投入到工(gong)业化生(sheng)产(chan)。
碳(tan)纳米管的(de)应(ying)用问题
除了(le)生产过程中需要严(yan)格(ge)控制形貌以获(huo)得(de)符(fu)合要求性能的碳(tan)纳(na)米(mi)(mi)管产品外，碳(tan)纳(na)米(mi)(mi)管在实(shi)际使用中，往往表现出(chu)纳(na)米(mi)(mi)材料的共性——极易团聚。
碳纳米管团聚的原因(yin)主要有两种(zhong)，分别是(shi)纳(na)米颗粒间的团(tuan)聚效应和(he)一(yi)维(wei)材料间的缠绕团(tuan)聚现象。前(qian)者指的(de)(de)是(shi)当(dang)颗粒(li)材料达到纳米尺(chi)寸其团(tuan)聚效应(ying)显(xian)著增(zeng)加，团(tuan)聚体(ti)内颗粒(li)的(de)(de)相互吸引力也明显(xian)增(zeng)大，从(cong)而导致碳管难以分散；后者指的(de)(de)是(shi)由于碳纳米管较(jiao)大的(de)(de)长径比容易(yi)纠(jiu)缠(chan)粘结在(zai)一(yi)起，形成(cheng)很大的(de)(de)团(tuan)聚体(ti)。
从团(tuan)聚机理出发，目前主流的分散方法(fa)都满足(zu)二个充分必要条(tiao)件(jian)：①破坏(huai)碳管(guan)纠缠粘结状态(tai)：一般使用物理或(huo)化学(xue)的方法例(li)如(ru)高能(neng)球磨和强酸洗涤将碳(tan)纳米管(guan)剪短，从而去除碳(tan)管(guan)纠缠粘结状态。②克服团聚体(ti)(ti)之间的强吸附(fu)力(li)：通(tong)过添加(jia)合适的分散剂(ji)，可以使(shi)碳纳米管团聚(ju)体分散开(kai)。
生产应用中(zhong)碳(tan)纳米管产品往往制成浆料形式，以提高碳(tan)纳米管导电剂的分散性。
碳纳(na)米管浆(jiang)料
目前大(da)部分工厂制备的碳(tan)(tan)纳米(mi)(mi)(mi)管(guan)都是缠绕状的，尽管(guan)能通过一定(ding)(ding)的分散手(shou)段(duan)(duan)能适当(dang)降低团聚现象，但终究会影响一定(ding)(ding)的使用效(xiao)果(guo)，添加量也受到限制，现阶段(duan)(duan)大(da)部分企业生产的团聚碳(tan)(tan)纳米(mi)(mi)(mi)管(guan)已很难满足人类纳米(mi)(mi)(mi)科技(ji)产品迅速发(fa)展的需求，因此(ci)消除碳(tan)(tan)纳米(mi)(mi)(mi)管(guan)之间的团聚从而继(ji)续(xu)扩(kuo)展碳(tan)(tan)纳米(mi)(mi)(mi)管(guan)的应用领(ling)域，研发整齐(qi)排(pai)列(lie)的碳纳米(mi)管(guan)已成(cheng)为未来研究中重点关注的方向(xiang)。
总结
关于(yu)碳纳米管做(zuo)为导电(dian)剂的研(yan)究(jiu)已经取(qu)得了诸多成果(guo)，在锂离子电(dian)池材料迅猛发展的今天(tian)，碳纳米管在电(dian)极材料中的使(shi)用一定会越来越广泛，同时也会有更
多的问题出现，为了应对这些(xie)潜在的问题，需要(yao)有新的理(li)念和工艺不断拓宽对碳(tan)
纳(na)米管导(dao)电剂的研(yan)究。
参考来(lai)源：
1. 碳纳(na)米管（CNTs）作(zuo)为锂离子电池负极和(he)导电剂的(de)应用，高红旭（天(tian)津大学材(cai)料学院）；
2. 碳纳米管的合成及其作(zuo)为导电剂在锂离(li)子(zi)电池正极材料(liao)中的应用研究，田丰（江(jiang)西(xi)理工大学(xue)）；
3. 新型碳纳(na)米管的(de)制备及其在锂离子电(dian)池导电(dian)剂方面(mian)的(de)应(ying)用研究，杜轩（华中(zhong)科技(ji)大(da)学）。
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