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碳纳米管及其应用介绍三顺中科 深圳市三顺中科新材料有限公司 深圳市三顺中科新材料有限公司 主要内容 三顺公司简介 碳纳米管简介 碳纳米管的制备 碳纳米管的性能及应用 碳纳米管做锂离子电池导电剂的优势 深圳市三顺中科新材料有限公司 深圳市三顺中科新材料有限公司 深圳市三顺中科新材料有限公司成立于2011年3月 坐落于深圳市龙华新区观澜镇 是以中国科学院为技术依托从事新材料的民营高科技企业 深圳市新材料行业协会会员单位 公司秉承先进的技术研发优势 以服务新能源为目标 重点开发 生产高性能二次电池原材料 主要产品碳纳米管 CNT 可应用于锂电池导电剂 工程塑料 透明导电膜 场发射等 公司聚集一批材料科学 电化学等领域高端人才 集研发 生产 销售 管理的优秀团队 人员共计50人 其中技术研发人员20人 目前公司采用连续化的碳纳米管生产技术 年产能可达百吨以上 在此基础上 开发出了一系列应用品种 碳纳米管复合导电剂 碳纳米管油性浆料 碳纳米管水性浆料等 产品性能优良 品质稳定 与国内外多家碳纳米管应用商密切合作 在短时间内 已迅速打开国内外市场 国内外著名客户有三星 LG 比亚迪 万向 光宇 微宏动力 邦凯等 三顺中科是国内最早将碳纳米管应用于电池的生产厂家之一 产品通过了RoHS认证 并于2012年6月取得ISO9001 2008质量管理体系认证 在未来三年 三顺中科将重点研发各种碳纳米管及其应用技术 凭借自身发展优势 以市场和资本为驱动力 稳健扩大 力争成为行业的领跑者 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管简介 1991年 日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛 Iijima 在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时 意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子 这就是现在被称作的 Carbonnanotube 即碳纳米管 又名巴基管 随后其在 Nature 发表文章公布了他的发现成果 这是碳的又一同素异型体 按照层数划分 碳纳米管可分为 1 单壁碳纳米管 Single wallednanotubes SWNTs 由一层石墨烯片组成 单壁管的直径和长度分别为0 75 3nm和1 50 m 2 多壁碳纳米管 Multi wallednanotubes MWNTs 含有多层石墨烯片 形状象个同轴电缆 其层数从数层到几百层不等 层间距为0 34nm 与石墨层间距 0 335nm 相当 多壁管的直径和长度分别为3 100nm和0 5 50 m 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管简介 又叫巴基管 碳的同素异形体由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝 中空纳米管 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管的制备 采用CVD法制备碳纳米管 CVD法是目前工业上大批量制备CNT的唯一方法 其制备碳纳米管的工艺流程图如下 说明 原料气在高温下分解成碳和氢 碳附着在催化剂上形成碳纳米管 把催化剂和碳纳米管分离就可得到碳纳米管成品 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管的性能及应用 碳纳米管的强度是钢的100倍 而密度只有钢的1 6 可以承受约100万个大气压的压力而不破裂 这一结果比类似的纤维高两个数量级 碳纳米管的韧性很好 经过多次反复大幅度的弯曲后不会发生明显的断裂 碳纤维在弯曲约1 时就会断裂 而碳纳米管要到约18 才会断裂 碳纳米管的纳米尺度 高强度和高韧性特征 使其可以广泛应用于微米甚至纳米机械 DAI成功地制备出用于原子显微镜 AMF 的碳纳米管针尖 这种针尖可以避免损害被观察的样件 碳纳米管增强复合材料具有较高强度 其机械冲击性能 热冲击性能都得到了改善 断裂韧性也有大幅度提高 例如 碳纳米管强化陶瓷材料 断裂韧度是常规氧化铝的5倍 在碳纳米管 高子复合材料方面 已经制备了PC 碳纳米管复合材料 改善了碳纳米管与PC的相容性 使其拉伸强度及冲击强度都得到了提高 1 力学性能及应用 深圳市三顺中科新材料有限公司 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同 所以具有很好的电学性能 理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角 当CNTs的管径大于6nm时 导电性能下降 当管径小于6nm时 CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线 作为锂离子电池导电剂 碳纳米管的导电性能远远优于传统的导电炭黑 极少的添加量就能达到较多的炭黑所表现出来的效果 2 电学性能及应用 碳纳米管的性能及应用 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管具有非常大的长径比 因而大量热能是沿着长度方向传递的 通过合适的取向 这种管子可以合成高导热性能材料 虽然在管轴平行方向的热交换性能很高 但在其垂直方向的热交换性能较低 纳米管的横向尺寸比多数在室温至150 电介质的晶格振动波长大一个量级 这使得弥散的纳米管在散布声子界面的形成中是有效的 同时降低了导热性能 适当排列碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导材料 3 热学性能及应用 碳纳米管的性能及应用 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管的独特结构使其具有不同于常规材料的光学性能 由于是纳米尺寸 可吸收一定波长的光 因此可应用于隐形材料等领域 4 光学性能及应用 碳纳米管的性能及应用 深圳市三顺中科新材料有限公司 碳纳米管做锂离子电池导电剂的优势 良好的导电性能电阻率只有0 8 10 3 m 能极大提高电极的导电性能大长径比的纤维状结构具有100 1左右的长径比 能更好的连接电极活性材料 添加很少的量就能在电极中形成连续的三维导电网络 并同时可以适量减少粘结剂的使用量 为活性物质的添加提供更多空间具有较大的比表面积可以改善电极片吸收和保持电解液的能力 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 优异的机械强度和力学性能能有效增强活性材料的韧性和抗应变能力 使得活性物质颗粒在充放电过程中始终能够保持良好的电接触 从而提高电池的循环寿命优异的热传导性热传导率室温下可达6000w m k 能高效传递电极在充放电尤其是高倍率充放电过程中聚集的热量 提高电池的安全性能良好的化学稳定性 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 0 5wt 不同碳材料分散到矿物油中电阻率的比较图 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 SuperP导电剂电极 CNT导电剂电极 颗粒状导电剂易产生 孤岛 效应 活性材料逐渐被孤立 电池容量降低 CNT有强的桥连作用 可避免 孤岛 出现 延长电池循环寿命 CNTs 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 LiCoO2电极 LiFePO4电极 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 LiMn2O4电极 人造球型石墨电极 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 正极为LiCoO2 负极为人造球型石墨 正 负极同时添加CNTC 常温1C 1C条件下循环2700次 容量保持率为78 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 正极为LiCoO2 负极为人造球型石墨 正极添加CNTC 常温1C 40C放电曲线如上图所示 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 正极为LiFePO4 负极为MCMB 正 负极同时添加CNTC 常温1C 10C条件下循环1000次 容量保持率为88 如左图所示 常温1C 3C条件下放电容量为初始容量的95 8 如右图所示 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 2025型扣式电池LFP CNT PVDF 85 5 10 30 深圳市三顺中科新材料有限公司 CNT做锂离子电池导电剂的优势 CNT与VGCF性能比较 磷酸亚铁锂 人造石墨CNTs40L添加量为1