CN109461936A - 一种石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法 - Google Patents

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张永毅
周世武
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Abstract

本发明涉及一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法，属于新能源领域，锂离子电池用水性石墨烯复合锂电导电浆料。采用蠕虫石墨为原材料，去离子水为溶剂，通过加入适量一定浓度的表面活性剂溶液，控制剪切频率、均质压力调控浆料的均匀分散性，得到纯度较高石墨烯水性复合浆料。本发明可实现对目前广泛使用的锂电油性体系浆料的替代，可以有效降低有机溶剂NMP在生产、运输、电池制备与NMP回收等多个环节对人体、厂房、环境的潜在危害，大幅降低浆料制备与使用过程中的环境湿度控制成本，是一种更经济、绿色环保的产品。

Description

一种石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法
技术领域
本发明属于新能源领域，具体涉及一种石墨烯水性复合浆料的绿色低成本制备方法。
背景技术
随着能源与环境问题的日益突出，开发新能源，推广电动汽车、规模化储能及电动工具已经是大势所趋,而这些新兴技术都离不开储能器件的发展。作为目前最为重要的储能器件,锂离子电池得到了广大研究者和产业界的密切关注及认可。锂离子电池中电化学反应的发生需要电子和锂离子同时到达活性物质表面,因此电子能够及时参与电化学反应才能实现正极活性物质性能的良好发挥。如果不使用导电剂,电池内部欧姆极化增大,电池容量会显著降低。因此,导电添加剂同样也是锂离子电池中的关键材料,能够确保活性物质容量的充分发挥,对于锂离子电池性能提升具有重要作用。另一方面,由于导电剂本身在充放电过程中并不提供容量,所以往往希望在确保活性物质容量发挥的同时尽量减少导电剂的使用量,以提高正极中活性物质的比例,从而改善电池的质量能量密度。
目前市场上常见的导电剂是sp、科琴黑、ks-6、碳纳米管等碳材料，尤其近年来碳纳米管和石墨烯的使用为锂电池的性能提升起到很大的作用。碳纳米管与石墨烯因其优异的导电能力、良好的机械性能以及独特的形貌与结构特征形成较小的渗流阈值在储能电池技术领域中的应用越来越普遍。这两类纳米碳材料的复合应用模式对储能电池容量性能、倍率性能以及循环寿命都具有较高的提升，石墨烯的片状结构，在涂炭铝箔行业也得到广泛的应用。目前市场上主流导电添加剂为各种石墨烯、碳纳米管及其复合油性导电浆料。油性浆料使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，对塑料及皮肤有一定的腐蚀性，且极易吸水导致油性浆料制造成本较高，环境危害较大。但是碳纳米管和石墨烯在低层数生产和水系分散都具有一定的难度。
综上所述，针对传统的锂离子电池电极材料体系，本发明拟采用石墨烯、碳纳米管等纳米碳材料，并利用其导电性高、比表面积大等特性，开发新一代锂电池用绿色环保高导电石墨烯复合导电添加剂，实现对目前广泛使用的油性体系浆料的替代；可以有效降低有机溶剂NMP在生产、运输、电池制备与NMP回收等多个环节对人体、厂房和环境的潜在危害；大幅度降低浆料制备与使用过程中的环境湿度控制成本，以更少的添加量，满足锂电池的导电需求、提升电池的综合性能，突破高性能新型导电添加剂制备关键技术。
发明内容
为克服上述不足，本发明提供一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法，具体包括以下步骤：
一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法，其特征在于：
由以下步骤组成：
(1)将300-500倍的蠕虫石墨配成3-5wt％水溶液，用高速剪切机及高压均质机混合液相剥离得石墨烯导电浆料；
(2)以溶质为碳纳米管3-5wt％，和表面活性剂0.6-1wt％，溶剂为去离子水进行混合配置得碳纳米管导电浆料；
(3)将石墨烯导电浆料与碳纳米管导电浆料按照质量1:1-1:10进行复配可调控不同性能石墨烯水性复合浆料。
所述的步骤(1)中高压剪切频率为50-70HZ，剪切时间为20-30min；高压均质机控制压力为1000-1300pa，剥离时间1-2h，通过控制剪切频率均质压力及时间可调控时石墨烯的粒度、层数及粘度。
所述的步骤(2)中表面活性剂为PVP-K30，K值为30。
所述的步骤(3)复配方法为不同比例导电浆料预混后加入砂磨机1000-1200rpm下分散1-2h。
本发明有益技术效果
(1)本发明工艺步骤制备的复合浆料在对石墨烯的剥离及分散性效果要优于现有技术；
(2)实现目前广泛使用的锂电油性体系浆料的替代，不需要使用有机溶剂NMP，大幅度降低成本，减少环境危害；
(3)所制备的石墨烯复合材料固含量高，分散性稳定性好，导电性能佳。
具体实施方式
实施例1
(1)将300倍的蠕虫石墨配成5wt％水溶液，用高速剪切机及高压均质机混合液相剥离得石墨烯导电浆料；
(2)以溶质为碳纳米管4wt％，和表面活性剂1wt％，溶剂为去离子水进行混合配置得碳纳米管导电浆料；
(3)将石墨烯导电浆料与碳纳米管导电浆料按照质量1:1进行复配可调控不同性能石墨烯水性复合浆料。
所述的步骤(1)中高压剪切频率为50HZ，剪切时间为20min；高压均质机控制压力为1200pa，剥离时间1h。
所述的步骤(2)中表面活性剂为PVP-K30，K值为30。
所述的步骤(3)复配方法为不同比例导电浆料预混后加入砂磨机1200rpm下分散1h。
实施例2
(1)将300倍的蠕虫石墨配成4wt％水溶液，用高速剪切机及高压均质机混合液相剥离得石墨烯导电浆料；
(2)以溶质为碳纳米管5wt％，和表面活性剂1wt％，溶剂为去离子水进行混合配置得碳纳米管导电浆料；
(3)将石墨烯导电浆料与碳纳米管导电浆料按照质量1:4进行复配。所述的步骤(1)中高压剪切频率为65HZ，剪切时间为30min；高压均质机控制压力为1300pa，剥离时间2h。
所述的步骤(2)中表面活性剂为PVP-K30，K值为30。
所述的步骤(3)复配方法为不同比例导电浆料预混后加入砂磨机1200rpm下分散2h。
实施例3
(1)将300倍的蠕虫石墨配成5wt％水溶液，用高速剪切机及高压均质机混合液相剥离得石墨烯导电浆料；
(2)以溶质为碳纳米管5wt％，和表面活性剂2wt％，溶剂为去离子水进行混合配置得碳纳米管导电浆料；
(3)将石墨烯导电浆料与碳纳米管导电浆料按照质量1:10进行复配。所述的步骤(1)中高压剪切频率为65HZ，剪切时间为30min；高压均质机控制压力为1300pa，剥离时间2h。
所述的步骤(2)中表面活性剂为PVP-K30，K值为30。
所述的步骤(3)复配方法为不同比例导电浆料预混后加入砂磨机1200rpm下分散2h。
将实施例1-3所制得水性石墨烯复合浆料与现有的锂电油性体系浆料进行测试，测试其固含量、黏度、极片电阻率、粒度等性能参数具体见表1
表1

Claims (4)

1.一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)将300-500倍的蠕虫石墨配成3-5wt％水溶液，用高速剪切机及高压均质机混合液相剥离得石墨烯导电浆料；
(2)以溶质为碳纳米管3-5wt％，和表面活性剂0.6-1wt％，溶剂为去离子水进行混合配置得碳纳米管导电浆料；
(3)将石墨烯导电浆料与碳纳米管导电浆料按照质量1:1-1:10进行复配可调控不同性能石墨烯水性复合浆料。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法其特征在于：步骤(1)高压剪切频率为50-70HZ，剪切时间为20-30min；高压均质机控制压力为1000-1300pa，剥离时间1-2h。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法其特征在于：步骤(2)中表面活性剂为PVP-K30，K值为30。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池用石墨烯水性复合浆料的绿色制备方法其特征在于：步骤(3)复配方法为不同比例导电浆料预混后加入砂磨机1000-1200rpm下分散1-2h。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111252758A (zh) * 2020-03-24 2020-06-09 东莞市智元电池新材料有限公司 一种水性石墨烯浆及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107141726A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 北京吉泰亿阳科技有限公司 石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜
CN107317034A (zh) * 2017-07-06 2017-11-03 深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司 一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备、分散方法及设备
CN107689452A (zh) * 2017-09-04 2018-02-13 多凌新材料科技股份有限公司 一种石墨烯复合导电浆料、其制备方法及应用
CN107827102A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 内蒙古碳烯石墨新材料有限公司 一种制备石墨烯的方法
CN108470914A (zh) * 2018-06-05 2018-08-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 一种石墨烯复合锂电导电浆料的制备方法
US10637046B1 (en) * 2017-05-12 2020-04-28 Northrop Grumman Systems Corporation Graphene-carbon nanotube hybrid electrode material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10637046B1 (en) * 2017-05-12 2020-04-28 Northrop Grumman Systems Corporation Graphene-carbon nanotube hybrid electrode material
CN107141726A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 北京吉泰亿阳科技有限公司 石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜
CN107317034A (zh) * 2017-07-06 2017-11-03 深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司 一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备、分散方法及设备
CN107689452A (zh) * 2017-09-04 2018-02-13 多凌新材料科技股份有限公司 一种石墨烯复合导电浆料、其制备方法及应用
CN107827102A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 内蒙古碳烯石墨新材料有限公司 一种制备石墨烯的方法
CN108470914A (zh) * 2018-06-05 2018-08-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 一种石墨烯复合锂电导电浆料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王宝民等: "《碳纳米管增强高性能水泥基复合材料制备与性能》", 31 August 2017, 辽宁科学技术出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111252758A (zh) * 2020-03-24 2020-06-09 东莞市智元电池新材料有限公司 一种水性石墨烯浆及其制备方法

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