CN109243671A

CN109243671A - 一种石墨烯复合导电浆料的制备方法

Info

Publication number: CN109243671A
Application number: CN201811439341.3A
Authority: CN
Inventors: 佟路扬
Original assignee: Saint League (langfang) New Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Saint League (langfang) New Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本发明提出了一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，具体步骤如下：(1)制备石墨烯粉末：通过改性的Hummers法制备氧化石墨烯溶液，然后搅拌超声球磨，冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末，氮气保护下还原得石墨烯粉末；(2)制备石墨烯复合导电浆料：将石墨烯粉末添加到溶剂中，搅拌超声球磨分散，再加入分散剂，同样搅拌超声球磨进一步分散，然后用高速剪切乳化均质机进行剪切分散，最后离心取上层液，即得到分散均匀的石墨烯复合导电浆料。该方法制备简单，成本低，制备周期短，分散性好，不易发生团聚，导电性好，可以广泛应用在生产中。

Description

一种石墨烯复合导电浆料的制备方法

技术领域

本发明涉及导电浆料制备领域，特别是指一种石墨烯复合导电浆料的制备方法。

背景技术

能源推动人类社会发展的同时也给我们带来了许多严重问题，比如：能源危机、环境污染。为了解决这些问题，现在需要我们寻找可再生的清洁能源，如：太阳能、风能、生物能、潮汐能等。这些可再生清洁能源具有来源丰富、清洁、环保、无污染等优点，但是在使用过程中，存在许多问题，对环境要求高，具有依赖性；能源波动大，不能持续供应。电化学储能器件可以将这些能源储存，待使用时再输出。锂离子电池作为最理想的储能器件，具有能量密度高、自放电率低、循环寿命长、安全环保、无记忆效应等优点，目前广泛应用于我们生产和生活中。

锂离子电池主要有正极、负极、电解液、隔膜等组成，相对与其他组分，正极在整个电池中占的比例最高，且对电池性能影响也最大，所以对正极的研究最为重要。正极材料普遍存在一个问题：导电性差，这就影响了锂离子在材料之间的嵌入和脱出，从而限制整个锂离子电池的性能，通常在正极制备时要添加导电剂，从而提高正极材料的导电性。

石墨烯作为一种以碳原子sp²杂化形成的二维蜂窝状纳米晶体材料，是世界上最薄的碳材料，具有一层碳原子厚度。石墨烯作为导电剂具有几点优势：①石墨烯比较轻，做导电剂时，加入量少；②石墨烯具有优异的导电、导热性能，做导电剂时，可以很好的提高电极材料的导电性。

目前，对于石墨烯应用在导电剂上的研究有很多，普遍存在一个严重的问题：石墨烯分散性不好，做导电剂时容易发生团聚，从而影响导电性。

发明内容

本发明提出一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，该方法简单、成本低、，制备周期短，制得石墨烯复合导电浆料的分散性好，不易发生团聚，导电性好，可以广泛应用在生产中。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备石墨烯粉末：通过改性的Hummers法制备氧化石墨烯溶液，然后搅拌超声球磨，冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末，氮气保护下还原得石墨烯粉末；

(2)制备石墨烯复合导电浆料：将步骤(1)所得石墨烯粉末添加到溶剂中，搅拌超声球磨分散，再加入分散剂，同样搅拌超声球磨进一步分散，然后用高速剪切乳化均质机进行剪切分散，最后离心取上层液，即得到分散均匀的石墨烯复合导电浆料。

优选的，步骤(1)中，制备氧化石墨烯溶液的原料为天然鳞片石墨，所述天然鳞片石墨的目数为325～800目。

优选的，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～1mg/ml，搅拌转速为1000～2000rmp，搅拌时间为1～3h，超声功率为600～1000W，超声时间为1～3h，球磨转速为600～1200rmp，球磨时间为30min～1.5h，还原温度为200～500℃，还原时间为1.5～3h。

优选的，步骤(2)中，石墨烯粉末与溶剂的质量比例为1∶20～1∶10。

优选的，步骤(2)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-N二甲基乙酰胺、异丙醇中的一种或几种。

优选的，步骤(2)中，分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基溴化铵、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。

优选的，步骤(2)中，搅拌转速为1000～2000rmp，搅拌时间为1～3h，超声功率为600～1000W，超声时间为1～3h，球磨转速为600～1200rmp，球磨时间为30min～1.5h，高速剪切乳化均质机剪切分散时间为3～5h，离心转速为3000～5000rmp，离心时间为2～8min。

本发明还提供了一种利用上述方法制备的石墨烯复合导电浆料。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用改性的Hummers法制备低浓度的氧化石墨烯溶液，冷冻干燥，氮气还原得到石墨烯粉末，得到3～5层石墨烯粉末，柔韧度高；由于氧化石墨烯溶液的浓度低，复合制备导电浆料时更容易分散。

2.本发明中多次使用搅拌超声球磨，以及使用用高速剪切乳化均质机进行剪切分散，可以实现多次提高石墨烯的分散性，并且使用石墨烯作为导电材料，可以弥补各自的不足，进一步提高正极材料的导电性。

3.该方法制备简单，成本低，制备周期短，分散性好，不易发生团聚，导电性好，可以广泛应用在生产中。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，具体步骤如下：

(1)以500目的天然鳞片石墨为原料，通过改性的Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并将其浓度配制为0.1mg/ml，再在2000rmp转速下搅拌3h，在800W功率下超声1.5h，在1000rmp转速下球磨1.5h，最后在氮气保护下，在500℃还原温度下还原3h得到石墨烯粉末；

(2)石墨烯复合导电浆料的制备：将石墨烯粉末添加到溶剂中，搅拌超声球磨分散，再加入分散剂，同样搅拌超声球磨进一步分散，然后用高速剪切乳化均质机进行剪切分散，最后离心取上层液，即得到分散均匀的石墨烯复合导电浆料。

石墨烯粉末与溶剂的质量比例为1∶8，溶剂的组分为：70％N-甲基吡咯烷酮、30％N-N二甲基乙酰胺，再在2000rmp转速下搅拌3h，在800W功率下超声1.5h，在1000rmp转速下球磨1.5h；将分散剂加入到分散好的溶剂混合溶液中，分散剂为：分散剂总质量的20％十二烷基磺酸钠、20％十二烷基苯磺酸钠、10％聚偏氟乙烯、30％聚乙烯吡咯烷酮、20％羧甲基纤维素钠，同样在2000rmp转速下搅拌3h，在800W功率下超声1.5h，在1000rmp转速下球磨1.5h，再用高速剪切乳化均质机进行剪切分散5h；最后在3000rmp转速下离心5min，得到分散好的石墨烯复合导电浆料。

将制备的石墨烯复合导电浆料与磷酸铁锂电极活性材料复合制备电极片，然后组装成纽扣电池进行电化学性能测试。与没有添加石墨烯的纽扣电池相比，在相同测试条件下，循环性能提高30％。

实施例2

制备的氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/ml，其它过程同实施例1。

将制备的石墨烯复合导电浆料与磷酸铁锂电极活性材料复合制备电极片，然后组装成纽扣电池进行电化学性能测试。与没有添加石墨烯的纽扣电池相比，在相同测试条件下，循环性能提高10％。

实施例3

石墨烯粉末与溶剂的质量比例为1∶10，其它过程同实施例1。

将制备的石墨烯复合导电浆料与磷酸铁锂电极活性材料复合制备电极片，然后组装成纽扣电池进行电化学性能测试。与没有添加石墨烯的纽扣电池相比，在相同测试条件下，循环性能提高15％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，制备氧化石墨烯溶液的原料为天然鳞片石墨，所述天然鳞片石墨的目数为325～800目。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～1mg/ml，搅拌转速为1000～2000rmp，搅拌时间为1～3h，超声功率为600～1000W，超声时间为1～3h，球磨转速为600～1200rmp，球磨时间为30min～1.5h，还原温度为200～500℃，还原时间为1.5～3h。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，石墨烯粉末与溶剂的质量比为1∶20～1∶10。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-N二甲基乙酰胺、异丙醇中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基溴化铵、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌转速为1000～2000rmp，搅拌时间为1～3h，超声功率为600～1000W，超声时间为1～3h，球磨转速为600～1200rmp，球磨时间为30min～1.5h，高速剪切乳化均质机剪切分散时间为3～5h，离心转速为3000～5000rmp，离心时间为2～8min。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法制备的石墨烯复合导电浆料。