本技術(shù)要求基于于2023年7月31日提交的韓國專利申請第10-2023-0099704號、于2023年7月31日提交的韓國專利申請第10-2023-0099719號、于2023年7月31日提交的韓國專利申請第10-2023-0099741號、于2023年7月31日提交的韓國專利申請第10-2023-0099761號、于2024年7月29日提交的韓國專利申請第10-2024-0100228號、于2024年7月29日提交的韓國專利申請第10-2024-0100234號、于2024年7月29日提交的韓國專利申請第10-2024-0100254號、以及于2024年7月29日提交的韓國專利申請第10-2024-0100258號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，它們?nèi)績?nèi)容作為本說明書的一部分并入本文。本發(fā)明涉及碳納米管分散體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著移動設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和需求增加，對作為能量來源的二次電池的需求快速增加。在這些二次電池中，具有高的能量密度和電壓、長循環(huán)壽命和低自放電率的鋰二次電池已被商業(yè)化并被廣泛地使用。此外，正在積極地對通過改善電極密度來制造作為高容量鋰二次電池用電極的具有較高的每單位體積能量密度的電極的方法進(jìn)行研究。

2、通常，通過使用高壓壓制使尺寸為數(shù)μm至數(shù)十μm的電極活性材料顆粒成型來形成高密度電極。然而，在成型過程期間，顆?？赡茏冃尾⑶翌w粒之間的空間可能減小，這可能容易降低電解質(zhì)溶液滲透性。

3、為了解決以上問題，在電極的制造期間使用具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和強(qiáng)度的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料定位在電極活性材料之間，并且即使在經(jīng)歷成型過程時(shí)，它們也保持活性材料顆粒之間的微孔，從而使得電解質(zhì)溶液容易滲透，并且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，從而降低電極內(nèi)的電阻。在這些導(dǎo)電材料中，為可以通過在電極內(nèi)形成導(dǎo)電路徑來進(jìn)一步降低電極電阻的纖維型基于碳的導(dǎo)電材料的碳納米管的使用正在增加。

4、碳納米管為一種類型的微碳纖維，為直徑為1μm或更小的管狀碳纖維，并且由于因其特定結(jié)構(gòu)而引起的其高的導(dǎo)電性、拉伸強(qiáng)度和耐熱性而有望應(yīng)用于各種領(lǐng)域并在各種領(lǐng)域中商業(yè)化。然而，碳納米管具有這樣的問題：它們具有低分散性并且由于因它們的高比表面積而在它們之間的范德華引力強(qiáng)而發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。

5、為了解決這些問題，提出了通過機(jī)械分散處理例如超聲波處理使碳納米管分散在分散介質(zhì)中的方法。然而，在機(jī)械分散處理方法的情況下，存在這樣的問題：一旦超聲照射結(jié)束，碳納米管就團(tuán)聚，或者在分散之后隨時(shí)間再次團(tuán)聚。

6、因此，需要開發(fā)用于制備可以改善碳納米管的分散性同時(shí)具有低粘度并抑制粘度隨時(shí)間增加的碳納米管分散體的方法。

7、[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

8、[專利文獻(xiàn)]

9、(專利文獻(xiàn)1)美國特許專利公開第2017-0129804號(2017.05.11)

10、(專利文獻(xiàn)2)中國特許專利公開第001699155號(2005.11.23)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本發(fā)明的一個目的是提供碳納米管分散體，其包含碳納米管、含有氮原子的第一分散劑、含有由下式1表示的化合物的第二分散劑和溶劑，其具有優(yōu)異的分散性，并因此具有低的分散體粘度和小的分散顆粒的顆粒尺寸，并且具有小的粘度隨時(shí)間的變化。

3、[式1]

4、

5、其中，

6、ar1和ar2各自獨(dú)立地為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c30芳基，以及

7、l1為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c30亞芳基。

8、本發(fā)明的另一個目的是提供用于制備所述碳納米管分散體的方法。

9、技術(shù)方案

10、本發(fā)明的一個實(shí)施方案提供了碳納米管分散體，其包含碳納米管、含有氮原子的第一分散劑、含有由下式1表示的化合物的第二分散劑和溶劑。

11、[式1]

12、

13、其中，

14、ar1和ar2各自獨(dú)立地為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c30芳基，以及

15、l1為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c30亞芳基。

16、式1中的ar1和ar2可以分別由以下式2或式3表示。

17、[式2]

18、

19、[式3]

20、

21、在式2中，

22、r1至r8彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷氧基；或者與式2連接的部分，條件是r1至r8中的任一者為與式1中的偶氮基連接的部分，以及

23、在式3中，

24、r9至r14彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；胺基；硝基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷氧基；或者與式3連接的部分，條件是r9至r14中的任一者為與式1中的偶氮基連接的部分。

25、式1中的l1可以由以下式4或式5表示：

26、[式4]

27、

28、[式5]

29、

30、在式4中，

31、r15至r18彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；或者與式1連接的部分，條件是r15至r18中的任一者為與式1的兩個偶氮基中的ar1連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar1連接的氮原子連接的部分，以及r19至r22彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；或者與式1連接的部分，條件是r19至r22中的任一者為與式1的兩個偶氮基中的ar2連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar2連接的氮原子連接的部分，以及

32、在式5中，

33、r23至r27彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷氧基；或者與式1的兩個偶氮基中的ar1連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar1連接的氮原子連接的部分，條件是r23至r27中的任一者為與式1的兩個偶氮基中的ar1連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar1連接的氮原子連接的部分，以及r28至r32彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷氧基；或者與式1的兩個偶氮基中的ar2連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar2連接的氮原子連接的部分，條件是r28至r32中的任一者為與式1的兩個偶氮基中的ar2連接的偶氮基的兩個氮原子中的不與ar2連接的氮原子連接的部分，以及

34、z為單鍵；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10亞烯基；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10亞炔基。

35、第二分散劑可以包含由以下式1-1a至式1-1d中的任一者表示的化合物：

36、[式1-1a]

37、

38、其中，

39、r1至r5、r7至r11以及r13至r18彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；或硝基，

40、[式1-1b]

41、

42、其中，

43、r1至r7和r9至r15彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10烯基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10炔基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷氧基；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c20芳基，條件是r1至r7中的至少一者為磺酸鹽基團(tuán)，以及r9至r15中的至少一者為磺酸鹽基團(tuán)，

44、[式1-1c]

45、

46、其中，

47、r1至r5和r7至r11彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10烯基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10炔基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c20芳基；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c20雜芳基，條件是r1至r5中的至少一者為羥基，以及r7至r11中的至少一者為羥基，以及

48、r13至r20彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10烯基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c10炔基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c10烷氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c6至c20芳基；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c2至c20雜芳基，條件是r13至r16中的至少一者為磺酸鹽基團(tuán)，以及r17至r20中的至少一者為磺酸鹽基團(tuán)，

49、[式1-1d]

50、

51、其中，

52、r1至r7和r9至r15彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；或硝基，以及

53、r17至r20和r22至r25彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為氫；氘；鹵素；氰基；磺酸鹽基團(tuán)；羥基；胺基；硝基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷基；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的c1至c5烷氧基。

54、基于100重量份的碳納米管分散體，碳納米管可以以0.05重量份至5重量份的量包含在內(nèi)。

55、碳納米管的bet比表面積可以為800m2/g至2,000m2/g。

56、第一分散劑可以為選自以下中的至少一者：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酰肼、聚-n-乙烯基-5-甲基唑烷酮、n-烷基聚亞胺、n-乙?；蹃啺?、聚丙烯酰胺、聚-l-賴氨酸氫溴酸鹽、芐基-十二烷基-二甲基氯化銨和聚乙烯亞胺。

57、基于100重量份的碳納米管分散體，第一分散劑可以以0.01重量份至10重量份的量包含在內(nèi)。

58、基于100重量份的碳納米管分散體，第二分散劑可以以0.001重量份至9重量份的量包含在內(nèi)。

59、第一分散劑和第二分散劑可以以100:10至100:90的重量比包含在內(nèi)。

60、碳納米管分散體的在25℃和1rpm下測量的初始粘度可以為1pa·秒至10pa·秒。

61、碳納米管分散體的由以下等式1表示的粘度增加率可以為15％或更小。

62、[等式1]

63、粘度增加率(％)＝{(在25℃下放置1周之后測量的粘度-初始粘度)/初始粘度}×100

64、本發(fā)明的另一個實(shí)施方案提供了用于制備碳納米管分散體的方法，所述方法包括以下步驟：(1)通過將碳納米管、含有氮原子的第一分散劑、含有由式1表示的化合物的第二分散劑和溶劑混合來制備碳納米管的初級分散體；以及(2)使碳納米管的初級分散體分散以制備碳納米管的次級分散體。

65、有益效果

66、根據(jù)本發(fā)明的碳納米管分散體使用含有氮原子的第一分散劑以及含有由式1表示的化合物的第二分散劑，并因此，其具有以下特征：盡管使用具有大比表面積的碳納米管，但是分散體的粘度隨時(shí)間的變化小，粘度相對低，以及碳納米管均勻且有效地分散，并因此分散顆粒的顆粒尺寸小。