CN106279959A - 一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法，以环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠、二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、石墨烯、玻璃纤维、白炭黑、促进剂D、分散剂、防老剂为原料，配合研磨、喷雾干燥、酸化、混炼、超声、挤出、拉伸、热定型等工艺，使得制备而成的磁性导电的石墨烯电池材料导电效果优良，且具备超顺磁性，韧性强，整体成本较低，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

Description

一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合石墨烯材料技术领域，特别涉及一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展，人们对能源的需求量越来越大，煤、石油、天然气等化石能源依然是目前能源供应的主体，但化石能源是不可再生能源，化石能源的日益枯竭是人类社会发展面临的一大挑战。同时这些燃料也是环境污染的主要来源，寻找新型可再生的清洁能源成为当今世界的主旋律。化学电源替代原始的化石能源能够有效地缓解能源问题及环境污染问题，其中二次电源的发展有效地推进了化学电源的发展。
锂离子电池是一种二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正负两个电极之间往返嵌入和脱嵌。锂电池内部采用螺旋绕制或叠结构结构，由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳组成。电池内充有有机聚合物电解质溶液。构成整个聚合物锂电充放电循环系统。锂离子电池中正极材料占有较大比例，正负极材料的质量比为3:1 ～ 4 ：1。锂离子电池正极材料在锂电池中占据核心地位，锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的的各项性能指标，锂电池的正极材料的成本也直接决定电池成本高低。目前商用锂例子电池的正极材料大多为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂，镍钴锰酸锂以及镍钴锰酸锂( 三元材料) 中加入少量锰酸锂。该些材料能量密度高、价格低廉、安全性优异，特别适用于动力电池的发展。但是这些正极材料的电阻率大、电极材料利用率低,导致锂电池倍率低、内热高、利用率低。
石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯具有最高的电子传导速度，大约为光速的1/300。目前，对于石墨烯材料在发电和储能领域的研究主要集中于利用石墨烯作为锂电池和超级电容器的电极材料，但石墨烯材料的成本极高，导致锂离子电池的成本太高，不利于推广应用。
因此，开发一种石墨烯用量较少，但同样具有优良电子传导速度的复合材料，以降低生产成本，实现石墨烯电池的推广应用就显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种磁性导电的石墨烯电池材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了这种磁性导电的石墨烯电池材料，其导电效果优良，且具备超顺磁性，韧性强，整体成本较低，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种磁性导电的石墨烯电池材料，由下列重量份的原料制成：环己烷二甲醇酯25-35份、EVA树脂20-30份、磷酸三苯酯15-25份、马来酰亚胺10-20份、六偏磷酸钠10-15份、二甲苯8-12份、乙烯基甲醚8-10份、硼酸锌5-8份、氧化钛4-6份、石墨烯3-5份、玻璃纤维3-5份、白炭黑2-4份、促进剂D 1-3份、分散剂3-5份、防老剂3-5份。
优选地，所述的分散剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、二甲亚砜、椰油酸二乙醇酰胺、六甲基磷酸三胺中的一种或几种。
优选地，所述防老剂选自防老剂MBZ、防老剂RD、防老剂NBC、防老剂AW中的一种或几种。
磁性导电的石墨烯电池材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨3-5小时得到450-550目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应5-15分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼25-30min，混炼温度为95-100℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼5-10min；
（4）将混炼后的原料加入分散剂、防老剂，并添加20份去离子水，超声处理2.5-3h得到原料悬浮液，超声处理的频率为25-30KHz，超声处理的功率为1200-1300W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在370-390℃的温度下熔融，过滤后挤出，双螺杆挤出机的转速为180-200rpm，挤出过程中压强为15-18kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸倍率为3.2-3.5 倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
优选地，所述步骤（5）中过滤具体是用450-500目的尼龙滤膜进行真空抽滤25-30min，真空压强为15-18kPa。
优选地，所述步骤（6）中拉伸工艺的参数为：热盘温度为75-85℃，热板温度为130-135℃，拉伸倍率为3.3倍。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的磁性导电的石墨烯电池材料以环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺为主要成分，通过加入六偏磷酸钠、二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、石墨烯、玻璃纤维、白炭黑、促进剂D、分散剂、防老剂，辅以研磨、喷雾干燥、酸化、混炼、超声、挤出、拉伸、热定型等工艺，使得制备而成的磁性导电的石墨烯电池材料，其导电效果优良，且具备超顺磁性，韧性强，具有较好的应用前景。
（2）本发明的磁性导电的石墨烯电池材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）称取环己烷二甲醇酯25份、EVA树脂20份、磷酸三苯酯15份、马来酰亚胺10份、六偏磷酸钠10份、二甲苯8份、乙烯基甲醚8份、硼酸锌5份、氧化钛4份、石墨烯3份、玻璃纤维3份、白炭黑2份、促进剂D 1份、脂肪醇聚氧乙烯醚3份、防老剂MBZ3份；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨3小时得到450目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应5分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼25min，混炼温度为95℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼5min；
（4）将混炼后的原料加入脂肪醇聚氧乙烯醚、防老剂MBZ，并添加20份去离子水，超声处理2.5h得到原料悬浮液，超声处理的频率为25KHz，超声处理的功率为1200W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在370℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用450目的尼龙滤膜进行真空抽滤25min，真空压强为15kPa，双螺杆挤出机的转速为180rpm，挤出过程中压强为15kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为75℃，热板温度为130℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
实施例2
（1）称取环己烷二甲醇酯30份、EVA树脂25份、磷酸三苯酯20份、马来酰亚胺15份、六偏磷酸钠12份、二甲苯10份、乙烯基甲醚9份、硼酸锌6份、氧化钛5份、石墨烯4份、玻璃纤维4份、白炭黑3份、促进剂D2份、二甲亚砜4份、防老剂RD4份；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨4小时得到500目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应10分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼28min，混炼温度为98℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼7min；
（4）将混炼后的原料加入二甲亚砜、防老剂RD，并添加20份去离子水，超声处理2.8 h得到原料悬浮液，超声处理的频率为27KHz，超声处理的功率为1250W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在375℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用450目的尼龙滤膜进行真空抽滤28min，真空压强为17kPa，双螺杆挤出机的转速为190rpm，挤出过程中压强为17kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为80℃，热板温度为133℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
实施例3
（1）称取环己烷二甲醇酯35份、EVA树脂30份、磷酸三苯酯25份、马来酰亚胺20份、六偏磷酸钠15份、二甲苯12份、乙烯基甲醚10份、硼酸锌8份、氧化钛6份、石墨烯5份、玻璃纤维5份、白炭黑4份、促进剂D3份、椰油酸二乙醇酰胺5份、防老剂NBC5份；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨5小时得到550目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应15分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼30min，混炼温度为100℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼10min；
（4）将混炼后的原料加入椰油酸二乙醇酰胺、防老剂NBC，并添加20份去离子水，超声处理3h得到原料悬浮液，超声处理的频率为30KHz，超声处理的功率为1300W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在385℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用500目的尼龙滤膜进行真空抽滤30min，真空压强为18kPa，双螺杆挤出机的转速为200rpm，挤出过程中压强为18kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为85℃，热板温度为135℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
实施例4
（1）称取环己烷二甲醇酯25份、EVA树脂30份、磷酸三苯酯15份、马来酰亚胺20份、六偏磷酸钠10份、二甲苯12份、乙烯基甲醚8份、硼酸锌8份、氧化钛4份、石墨烯5份、玻璃纤维3份、白炭黑4份、促进剂D 1份、六甲基磷酸三胺5份、防老剂AW3份；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨5小时得到450目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应15分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼25min，混炼温度为100℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼5min；
（4）将混炼后的原料加入六甲基磷酸三胺、防老剂AW，并添加20份去离子水，超声处理3h得到原料悬浮液，超声处理的频率为25KHz，超声处理的功率为1300W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在390℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用450目的尼龙滤膜进行真空抽滤30min，真空压强为15kPa，双螺杆挤出机的转速为200rpm，挤出过程中压强为15kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为85℃，热板温度为130℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
对比例1
（1）称取环己烷二甲醇酯25份、EVA树脂20份、磷酸三苯酯15份、六偏磷酸钠10份、二甲苯8份、乙烯基甲醚8份、硼酸锌5份、氧化钛4份、石墨烯3份、玻璃纤维3份、促进剂D 1份、脂肪醇聚氧乙烯醚3份、防老剂MBZ 3份；
（2）将石墨烯、玻璃纤维加入适量水，研磨3小时得到450目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应5分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、六偏磷酸钠进行混炼25min，混炼温度为95℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼5min；
（4）将混炼后的原料加入脂肪醇聚氧乙烯醚、防老剂MBZ，并添加20份去离子水，超声处理2.5h得到原料悬浮液，超声处理的频率为25KHz，超声处理的功率为1200W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在370℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用450目的尼龙滤膜进行真空抽滤25min，真空压强为15kPa，双螺杆挤出机的转速为180rpm，挤出过程中压强为15kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为75℃，热板温度为130℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
对比例2
（1）称取环己烷二甲醇酯35份、EVA树脂30份、马来酰亚胺20份、六偏磷酸钠15份、二甲苯12份、乙烯基甲醚10份、硼酸锌8份、氧化钛6份、石墨烯5份、白炭黑4份、促进剂D 3份、椰油酸二乙醇酰胺5份、防老剂NBC 5份；
（2）将石墨烯、白炭黑加入适量水，研磨5小时得到550目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应15分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼30min，混炼温度为100℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼10min；
（4）将混炼后的原料加入椰油酸二乙醇酰胺、防老剂NBC，并添加20份去离子水，超声处理3h得到原料悬浮液，超声处理的频率为30KHz，超声处理的功率为1300W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在390℃的温度下熔融，过滤后挤出，过滤是用500目的尼龙滤膜进行真空抽滤30min，真空压强为18kPa，双螺杆挤出机的转速为200rpm，挤出过程中压强为18kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸工艺的参数为：热盘温度为85℃，热板温度为135℃，拉伸倍率为3.3倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
制得的磁性导电的石墨烯电池材料测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的磁性导电的石墨烯电池材料分别进行性能测试。
表1
本发明的磁性导电的石墨烯电池材料以环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠、二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、石墨烯、玻璃纤维、白炭黑、促进剂D、分散剂、防老剂为原料，配合研磨、喷雾干燥、酸化、混炼、超声、挤出、拉伸、热定型等工艺，使得制备而成的磁性导电的石墨烯电池材料导电效果优良，且具备超顺磁性，韧性强，整体成本较低，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的磁性导电的石墨烯电池材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种磁性导电的石墨烯电池材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：环己烷二甲醇酯25-35份、EVA树脂20-30份、磷酸三苯酯15-25份、马来酰亚胺10-20份、六偏磷酸钠10-15份、二甲苯8-12份、乙烯基甲醚8-10份、硼酸锌5-8份、氧化钛4-6份、石墨烯3-5份、玻璃纤维3-5份、白炭黑2-4份、促进剂D 1-3份、分散剂3-5份、防老剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的磁性导电的石墨烯电池材料，其特征在于：所述的分散剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、二甲亚砜、椰油酸二乙醇酰胺、六甲基磷酸三胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的磁性导电的石墨烯电池材料，其特征在于：所述防老剂选自防老剂MBZ、防老剂RD、防老剂NBC、防老剂AW中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁性导电的石墨烯电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将石墨烯、玻璃纤维、白炭黑加入适量水，研磨3-5小时得到450-550目浆料，喷雾干燥得到粉状物，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃；
（3）将粉状物加入硝酸，反应5-15分钟，烘干后送入混炼机中，然后依次加环己烷二甲醇酯、EVA树脂、磷酸三苯酯、马来酰亚胺、六偏磷酸钠进行混炼25-30min，混炼温度为95-100℃，再加入二甲苯、乙烯基甲醚、硼酸锌、氧化钛、促进剂D混炼5-10min；
（4）将混炼后的原料加入分散剂、防老剂，并添加20份去离子水，超声处理2.5-3h得到原料悬浮液，超声处理的频率为25-30KHz，超声处理的功率为1200-1300W；
(5)将超声处理后的原料悬浮液进行干燥，随后投入双螺杆挤出机，在370-390℃的温度下熔融，过滤后挤出，双螺杆挤出机的转速为180-200rpm，挤出过程中压强为15-18kPa；
（6）挤出后的原料进行冷却，随后进行拉伸，拉伸倍率为3.2-3.5 倍，最后在280℃条件下热定型，得到磁性导电的石墨烯电池材料。
5.根据权利要求4所述的磁性导电的石墨烯电池材料的制备方法，其特征在于: 所述步骤（5）中过滤具体是用450-500目的尼龙滤膜进行真空抽滤25-30min ，真空压强为15-18kPa。
6.根据权利要求4或5所述的磁性导电的石墨烯电池材料的制备方法，其特征在于: 所述步骤（6）中拉伸工艺的参数为：热盘温度为75-85℃，热板温度为130-135℃，拉伸倍率为3.3倍。
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