CN108649227A - 一种石墨烯导电浆料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯导电浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯导电浆料的制备方法，包括：以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理。本发明的石墨烯导电浆料的制备方法过程简单，操作方便，生产效率高，适于规模化生产；与炭黑导电剂相比，以采用上述方法制得的石墨烯导电浆料作为导电剂应用于动力电池时，可以有效地通过增加正极活性材料的添加量来提高电池的克容量且降低内阻。

Description

一种石墨烯导电浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池专用的石墨烯导电浆料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，具有优异的机械性能、电性能和热性能等，是改善锂电池正极材料的导电性能的理想材料之一。锂离子电池正极材料均为由过渡族金属氧化物组成，导电性能较差，即正极材料的内阻较高。正极材料的高内阻导致电池在放电过程中电量内耗较大，并产生大量的反应热。由于锂电池电解液多为有机溶剂所组成，有机溶剂的散热性能较差，反应过程产生的热量无法迅速散开，这就造成热量在电池内部不断累积，最终可能会导致电池发生燃烧甚至爆炸的现象，严重危害锂离子电池使用者人身安全，并影响锂动力电池汽车的推广。
可见，现有技术中至少存在以下缺陷：正极材料的内阻较高，电池在放电过程中电量内耗较大，并产生大量的反应热。
因此，有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供一种石墨烯导电浆料的制备方法，目的是获得小内阻值的适用于锂电池正极材料的石墨烯导电浆料。
一种石墨烯导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；
(2)对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；
(3)混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，制得石墨烯导电浆料。
优选地，石墨烯由如下重量份数的原料制成：鳞片石墨10-15份、浓硫酸30-60份、冰乙酸10-20份、过氧化物5-20份；
其中，过氧化物为过硫酸钠和/或过硫酸钾中的一种或两种；
鳞片石墨的粒径为10-100微米。
优选地，石墨烯导电浆料由如下重量份数的原料制成：石墨烯5份、有机溶剂94份；
其中，有机溶剂包括基体溶剂，该基体溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选地，有机溶剂还包括分散剂；
分散剂为吐温-30、吐温-90、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和/或聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种；
分散剂的添加量为石墨烯重量的0.1-0.2倍。
优选地，步骤(1)中的制备石墨烯前驱体的步骤为：
混合鳞片石墨和过氧化物得到第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸得到第二混合物；
将第一混合物加入第二混合物中进行反应，制得石墨烯前驱体。
优选地，在步骤(2)中的对石墨烯前驱体进行煅烧处理之前，还包括：
通过鼓风干燥箱对石墨烯前驱体进行干燥处理，其中，干燥温度为50-80摄氏度，干燥时间为0.5-3小时。
优选地，在通过鼓风干燥箱对石墨烯前驱体进行干燥处理之前，还包括：
对浸渍石墨烯前驱体的溶液进行抽滤处理；
对抽滤处理后的石墨烯前驱体进行洗涤。
优选地，步骤(2)为：通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，其中，保护气体为高纯氮气，煅烧温度为500-1000摄氏度，煅烧时间为1-30秒。
优选地，步骤(3)中的对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理的步骤为：
通过超声破碎仪对石墨烯与有机溶剂的混合物进行10-60分钟的分散处理，或，通过压强为20-100兆帕的均质机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行处理1-5次。
优选地，所述步骤(3)中的将石墨烯与有机溶剂的混合物在超声破碎仪或均质机上进行分散处理的步骤之前，还包括：
通过行星式球磨机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行球磨处理。
综上，一种石墨烯导电浆料的制备方法为：以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，制得小内阻值的适用于锂电池正极材料的石墨烯导电浆料。
与现有技术相比，本发明提供的石墨烯导电浆料的制备方法过程简单，操作方便，生产效率高，适于规模化生产。与传统的炭黑类导电剂相比，本发明制备的石墨烯导电浆料中的石墨烯充分分散，形成了完整的导电通路，石墨烯导电浆料的导电性能好，这有助于降低动力电池中导电剂的使用量，从而实现增加正极活性材料的添加量及提高电池能量密度的目的。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例提供的一种石墨烯导电浆料的制备方法的流程图。
图2为本发明一较佳实施例提供的一种石墨烯导电浆料的制备方法及应用石墨烯导电浆料的动力电池的性能检测的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域所属技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，为本发明一较佳实施例，该实施例提供一种石墨烯导电浆料的制备方法，具体包括如下六个工序，其中前五个工序是制备石墨烯的工艺，第六个是制备石墨烯导电浆料的工艺。另外，反应、煅烧处理及分散处理是本实施方案中必不可少的工序，具体地，首先，以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；然后，对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；最后，混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，制得石墨烯导电浆料。剩余的抽滤处理、洗涤处理及干燥处理均为优选工序。
1、反应
采用鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，这些原料的来源广泛。
为了保证反应充分进行，原料按合适的比例进行配料，比如鳞片石墨10-15份、浓硫酸30-60份、冰乙酸10-20份、过氧化物5-20份。
由于浓硫酸是强氧化酸，浓度太高的硫酸在使用时具有一定的安全隐患，将浓硫酸与冰乙酸混合有利于降低浓硫酸的浓度。而鳞片石墨与过氧化物混合主要是为了使原料反应完全，同时也是为了提高所制备的石墨烯前驱体的成分均匀性。鳞片石墨的粒径在10-100微米之间，粒径越小，其表面能越大，越有利于反应的进行，但是粒径太小的时候，鳞片石墨的团聚程度较大，妨碍了反应物之间的有效接触，降低反应速率。
反应在反应釜中进行，反应的顺利进行往往需要一个相对稳定的环境，比如平稳的反应温度。由于石墨烯的制备反应属于放热反应，反应时会产生大量的热量。随着反应的继续进行，反应热若不能及时传导开去，反应液的温度将不断提高，最终导致反应速率下降甚至是反应无法进行。于是，在反应釜的夹套中引入了循环冷却水，以确保反应液的温度保持在相对平稳的状态。
2、抽滤处理
抽滤处理是将制备石墨烯前驱体后剩余的反应液排出，以得到浓度较高的石墨烯前驱体。抽滤处理可通过陶瓷膜或抽滤装置如抽气泵加抽滤瓶完成。
3、洗涤处理
可采用去离子水或纯水对石墨烯前驱体进行洗涤，洗涤的主要目的是要去除掉附着在石墨烯前驱体上的杂质离子。洗涤结束的评价以洗水的电导率达到较低水平且基本不变为基准，如以μs为单位时，电导率的数值保持在个位数；也可以以石墨烯前驱体溶液的酸碱度达到pH5-7为评价标准。在本发明的优选方案中以石墨烯前驱体溶液的酸碱度达到pH5-7为评价标准。
需要说明的是，石墨烯前驱体在重复的洗涤过程中有可能会产生水解，造成石墨烯前驱体的损失。
4、干燥处理
石墨烯前驱体本质上是一种溶胶，洗涤后的前驱体溶胶中含有大量的结构配位水和物理吸附水。在干燥前期，胶态沉淀体积的缩小等于蒸发出的液体体积，由于没有出现气液界面，故不存在毛细管作用；随着水分的持续蒸发，凝胶中出现大量相当于毛细管的空隙，凝胶中剩余水分在毛细管中产生毛细管力，使得粒子逐渐相互靠近，最终紧密堆积在一起形成团聚。为了避免或减弱石墨烯前驱体团聚的同时提高石墨烯前驱体成分的均匀一致性，一般采用离心机离心处理后通过一般的烘箱或是普通鼓风干燥箱进行加热处理或是先在石墨烯前驱体中加入适量表面分散剂再采用真空干燥的方式进行脱水干燥，表面分散剂可为无水乙醇、乙二醇、聚乙二醇中的一种或多种。
需要说明的是，采用离心机处理的石墨烯前驱体的成分均匀性相对较差，原因是受到震动时石墨烯前驱体不可避免地产生组分间的相互分离或偏析。不均匀性主要表现为局部组成与整体平均组成或配方有一定的偏差，这种偏差将直接导致煅烧不充分，甚至导致杂质相的生成。烧结不完全或者杂质相存在均会对煅烧阶段产生很大的影响。相关资料表明，成分上细微的不均匀也会妨碍煅烧后石墨烯的致密化，造成材料的结构缺陷，导致石墨烯质量不稳定、可靠性低、一致性差和分散性大。另外，经表面分散剂处理后干燥所得的石墨烯前驱体在结构上比较疏松，有利于下一步的煅烧处理。
在本发明的一可选方案中，洗涤后的石墨烯前驱体通过普通鼓风干燥箱进行干燥处理，并以前后两次称重的重量差别不超过5％为干燥标准。
5、煅烧处理
煅烧温度、煅烧时间等煅烧条件对石墨烯的综合性能有重要影响，尤其是煅烧温度。温度低时不能保证石墨烯的完全氧化，而随着煅烧温度的提高，一方面石墨烯晶粒的形核速度和生长速度都会增大，温度越高，晶粒之间的碰撞运动越频繁，晶粒之间的团聚作用越明显，这直接导致了石墨烯尺寸的增大；另一方面，体系中能量够高时晶粒的成核和生长都会偏离平衡生长条件，可能导致石墨烯过烧。实际上，煅烧温度很大程度上决定了石墨烯的尺寸及结构。
石墨烯前驱体在煅烧处理过程中，在温度已确定的情况下，不同的处理时间会导致石墨烯氧含量的差别，氧含量的不同直接导致导电性能的差别。一般情况下，煅烧处理的时间越长，氧含量越低；反之。由于石墨烯前驱体的煅烧处理几乎在一瞬间就可以完成，时间很短，这就要求很精准的时间控制。
在本发明中，采用高纯氮气作为保护气体，通过高温电阻炉进行煅烧处理。
6、分散处理
将石墨烯融入有机溶剂中，再将石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，以获得石墨烯导电浆料。在分散处理前，先通过行星式球磨机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行球磨处理，球磨处理事实上也是一种主要是针对团聚性较大的石墨烯的分散处理，这有利于提高后续的分散处理的效率。在本发明中，球磨处理作为优选方案。
在这里提及的分散处理主要是针对石墨烯的精细化处理，具体为通过超声破碎仪对石墨烯与有机溶剂的混合物进行10-60分钟的分散处理，或通过压强为20-100兆帕的均质机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行处理1-5次。在本发明中，分散处理的过程中通过冰水浴控制石墨烯与有机溶剂的混合物的温度。
另外，为了评价石墨烯导电浆料的性能，以采用上述方案制得的石墨烯导电浆料作为导电剂应用于动力电池，并测量动力电池的电芯的克容量和平均内阻，其中，石墨烯导电浆料的添加量为整体正极质量的1％，测量条件为：在达到电池容量的50％时充电，充电截止电压为4.2伏；在达到电池容量时放电，放电截止电压为2.75伏。
下面以具体实施例的方式对上述六个步骤的操作过程及相关工艺参数进行详细地列举说明。
实施例一
一种石墨烯导电浆料制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称量10克鳞片石墨、40克浓硫酸、10克冰乙酸和15克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在20摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为1000摄氏度，煅烧时间为5秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为30分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过超声破碎仪进行进一步的分散处理，分散处理过程中通过冰水浴控制浆料的温度不高于50摄氏度，分散处理运作5秒，停顿5秒，如此循环，总处理时间为20分钟，得到石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例一，这里制得的动力电池记为样品1#，样品1#的电芯的克容量和平均内阻分别为166毫安时每克和9.8毫欧，下文中的毫安时每克用mAh/g表示，毫欧用mΩ表示。
实施例二
(1)分别称量10克鳞片石墨、40克浓硫酸、10克冰乙酸和15克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在20摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为1000摄氏度，煅烧时间为10秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为30分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过均质机进行进一步地分散处理，均质压力为80兆帕，均质分散处理时控制石墨烯导电浆料的温度不高于50摄氏度，均质分散处理3遍，制得石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例二，这里制得的动力电池记为样品2#，样品2#的电芯的克容量和平均内阻分别为167mAh/g和9.6mΩ。
实施例三
一种石墨烯导电浆料制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称量10克鳞片石墨、40克浓硫酸、10克冰乙酸和15克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在30摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为1000摄氏度，煅烧时间为15秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为30分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过超声破碎仪进行进一步的分散处理，分散处理过程中通过冰水浴控制浆料的温度不高于50摄氏度，分散处理运作5秒，停顿5秒，如此循环，总处理时间为40分钟，得到石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例三，这里制得的动力电池记为样品3#，样品3#的电芯的克容量和平均内阻分别为164mAh/g和10.2mΩ。
实施例四
(1)分别称量10克鳞片石墨、45克浓硫酸、10克冰乙酸和10克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在40摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为800摄氏度，煅烧时间为20秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为20分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过均质机进行进一步地分散处理，均质压力为80兆帕，均质分散处理时控制石墨烯导电浆料的温度不高于50摄氏度，均质分散处理4遍，制得石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例四，这里制得的动力电池记为样品4#，样品4#的电芯的克容量和平均内阻分别为165mAh/g和9.9mΩ。
实施例五
一种石墨烯导电浆料制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称量10克鳞片石墨、45克浓硫酸、10克冰乙酸和10克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在40摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为800摄氏度，煅烧时间为20秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为30分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过超声破碎仪进行进一步的分散处理，分散处理过程中通过冰水浴控制浆料的温度不高于50摄氏度，分散处理运作5秒，停顿5秒，如此循环，总处理时间为60分钟，得到石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例五，这里制得的动力电池记为样品5#，样品5#的电芯的克容量和平均内阻分别为163mAh/g和10.3mΩ。
实施例六
(1)分别称量10克鳞片石墨、45克浓硫酸、10克冰乙酸和10克过硫酸钠，混合鳞片石墨和过硫酸钠制得第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸制得第二混合物；
先将第二混合物放置于反应釜中，再往反应釜中加入第一混合物，第一混合物和第二混合物在反应釜中进行反应制备石墨烯前驱体，反应时间为2小时，反应过程中反应釜夹套的循环水温度控制在40摄氏度左右；
(2)抽滤反应液，制得高浓度的石墨烯前驱体溶液；
(3)采用去离子水洗涤高浓度的石墨烯前驱体溶液，直至石墨烯前驱体溶液的酸碱度在pH5-7之间；
(4)通过鼓风干燥箱对洗涤后的石墨烯前驱体进行干燥处理，干燥温度设置为80摄氏度，干燥时间为2小时，制得高纯度的石墨烯前驱体；
(5)通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，以高纯氮气作为保护气体，煅烧温度为800摄氏度，煅烧时间为20秒，制得石墨烯；
(6)称取5克上述石墨烯、94克N-甲基吡咯烷酮和1克聚乙烯吡咯烷酮，将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮后再添加聚乙烯吡咯烷酮，之后通过行星式球磨机进行球磨处理，球磨处理时间为30分钟，制得石墨烯导电浆料的半成品；
(7)将步骤(6)所制得的石墨烯导电浆料的半成品通过均质机进行进一步地分散处理，均质压力为80兆帕，均质分散处理时控制石墨烯导电浆料的温度不高于50摄氏度，均质分散处理5遍，制得石墨烯导电浆料；
(8)将步骤(7)所制得的石墨烯导电浆料应用于动力电池，对应实施例六，这里制得的动力电池记为样品6#，样品6#的电芯的克容量和平均内阻分别为167mAh/g和9.2mΩ。
对比实施例一
以常用的炭黑作为导电剂应用于动力电池，测量动力电池的电芯的克容量和平均内阻，其中，炭黑的添加量为整体正极质量的3％，测量条件为：在达到电池容量的50％时充电，充电截止电压为4.2伏；在达到电池容量时放电，放电截止电压为2.75伏。
本实施例中的动力电池记为样品1D#，样品1D#的电芯的克容量和平均内阻分别为154mAh/g和21.5mΩ。
综上，一种石墨烯导电浆料的制备方法为：以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，制得小内阻值的适用于锂电池正极材料的石墨烯导电浆料。并以采用上述制得的石墨烯导电浆料作为导电剂应用于动力电池时，对动力电池的电芯的基本性能进行检测。表1所示为实施例一至实施例六及对比实施例一中的动力电池的电芯的基本性能。
表1电芯基本性能
从表1中，实施例一至实施例六均以石墨烯导电浆料作为导电剂且添加量为整体正极质量的1％，样品1#-6#平均克容量高于165mAh/g，平均内阻约为9.8mΩ。对比实施例一以炭黑作为导电剂且添加量为整体正极质量的3％，样品1D#的克容量为154mAh/g，低于样品1#-6#的平均克容量；样品1D#的内阻为21.5mΩ，高于样品1#-6#的平均内阻。
在动力电池中，导电剂的含量与正极材料中的活性物质的含量是相互矛盾的，在保证较好的导电性能的情况下，需要尽量降低导电剂的含量，以提高正极材料中的活性物质的含量，最后实现提高动力电池性能的目的。导电剂的含量是影响电芯的克容量和平均内阻的关键因素之一，而电芯的克容量和平均内阻是电池性能的主要表征方式。一般情况下，电芯的克容量越高、平均内阻越低，电池的性能越优异。因此，与传统的炭黑导电剂相比，本发明制备的石墨烯导电浆料作为导电剂应用于电池时，在降低了导电剂的用量的同时，电芯的克容量较高，内阻较低，这对提高电池的性能具有重大的实际意义。
与现有技术相比，本发明提供的石墨烯导电浆料的制备方法过程简单，操作方便，生产效率高，适于规模化生产。与传统的炭黑类导电剂相比，本发明制备的石墨烯导电浆料中的石墨烯充分分散，形成了完整的导电通路，石墨烯导电浆料的导电性能好，这有助于降低动力电池中导电剂的使用量，从而实现增加正极活性材料的添加量及提高电池能量密度的目的。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以鳞片石墨、浓硫酸、冰乙酸和过氧化物为原料，经反应制得石墨烯前驱体；
(2)对石墨烯前驱体进行煅烧处理，制得石墨烯；
(3)混合石墨烯与有机溶剂，对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理，制得石墨烯导电浆料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，石墨烯由如下重量份数的原料制成：鳞片石墨10-15份、浓硫酸30-60份、冰乙酸10-20份、过氧化物5-20份；
其中，过氧化物为过硫酸钠和/或过硫酸钾中的一种或两种；
鳞片石墨的粒径为10-100微米。
3.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，石墨烯导电浆料由如下重量份数的原料制成：石墨烯5份、有机溶剂94份；
其中，有机溶剂包括基体溶剂，该基体溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求3所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，有机溶剂还包括分散剂；
分散剂为吐温-30、吐温-90、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和/或聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种；
分散剂的添加量为石墨烯重量的0.1-0.2倍。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的制备石墨烯前驱体的步骤为：
混合鳞片石墨和过氧化物得到第一混合物，混合浓硫酸和冰乙酸得到第二混合物；
将第一混合物加入第二混合物中进行反应，制得石墨烯前驱体。
6.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中的对石墨烯前驱体进行煅烧处理之前，还包括：
通过鼓风干燥箱对石墨烯前驱体进行干燥处理，其中，干燥温度为50-80摄氏度，干燥时间为0.5-3小时。
7.根据权利要求6所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，在通过鼓风干燥箱对石墨烯前驱体进行干燥处理之前，还包括：
对浸渍石墨烯前驱体的溶液进行抽滤处理；
对抽滤处理后的石墨烯前驱体进行洗涤处理。
8.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)为：通过高温电阻炉对石墨烯前驱体进行煅烧处理，其中，保护气体为高纯氮气，煅烧温度为500-1000摄氏度，煅烧时间为1-30秒。
9.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的对石墨烯与有机溶剂的混合物进行分散处理的步骤为：
通过超声破碎仪对石墨烯与有机溶剂的混合物进行10-60分钟的分散处理，或，通过压强为20-100兆帕的均质机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行处理1-5次。
10.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的将石墨烯与有机溶剂的混合物在超声破碎仪或均质机上进行分散处理的步骤之前，还包括：
通过行星式球磨机对石墨烯与有机溶剂的混合物进行球磨处理。
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