CN110890544A - 一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯复合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复合导电浆料及其制备方法，该浆料包含2%~5%的石墨烯、2%~5%的导电碳材料、0.1%~0.5%的分散剂、0.5%~2%的增稠剂以及当量的溶剂。其制备方法包括：将分散剂完全溶解于溶剂中，加入石墨烯进行搅拌，再加入导电碳材料，混合搅拌均匀，形成初始导电浆料；将初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散；将复合导电浆料转移至搅拌器中，加入增稠剂，进行真空搅拌，形成分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。本发明制备的复合导电浆料分散均匀、储存稳定，制备方法绿色环保、工艺简单、操作简便，生产效率高，适合批量生产，可提高电池的电化学性能，降低电池内阻，改善电池循环性能。

Description

一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及到一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池目前大多采用的导电剂为碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑等导电碳材料及其多种导电碳材料的复合。单纯使用碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑或其复合的产品，易发生团聚沉降现象，且保质期短；同时碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑导电性能有限，使用量较大才得以实现所需要的导电性能，在一定程度上降低锂离子电池的能量密度。
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状的碳材料，由于其超高的电子迁移率、热导率、优异的电子传导率以及力学性能，而引起广泛关注。然而，一般宏量制备的石墨烯通常是由单层或少层石墨烯(<10层) 混搭而成的微纳米材料。生产单层石墨烯工艺复杂，生产成本高，采用单层石墨烯作为导电浆料的原料必然会增加成本。因此，一般选择层数为十层以内的石墨烯作为原料，而高于十层的一般称为石墨，在使用过程中需要将其剥离，才能改善其导电性能，降低了生产效率。选择石墨烯为原料制备石墨烯导电浆料，首先需要解决其分散均匀性能。分散性能直接影响到导电浆料的导电性能，进一步影响到锂离子电池的电化学性能。其次，石墨烯导电浆料的储存稳定性。目前，所制备的石墨烯储存稳定性较差，容易二次团聚而沉淀，将会影响后期使用，因此需要对其进行改善。
石墨烯作为一种二维新型材料，在二维平面导电性能优异，但是通过与碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑等一维导电碳材料复合使用，具有协同作用，可以形成三维导电网络结构，使其导电性能更加优异，对于提高锂离子电池材料的电化学性能更加显著。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法，以改善电极的导电性能以及导电浆料的分散性和储存稳定性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种石墨烯复合导电浆料，该复合导电浆料按照质量分数的组成为：2%~5%的石墨烯、2%~5%的导电碳材料、0.1%~0.5%的分散剂、0.5%~2%的增稠剂，余量为溶剂的量。
优选的，所述的石墨烯为石墨烯微片，其层数不超过10层。
优选的，所述的导电碳材料为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种的组合。
优选的，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚甲基丙烯酸钠中的一种或多种的组合；所述的增稠剂为去羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇。
优选的，所述的溶剂去离子水和乙醇，其比例为10:1。
一种石墨烯复合导电浆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将分散剂和溶剂加入搅拌器中，以500~1000rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将石墨烯加入至分散液中，以1000~1500rpm/min的转速进行搅拌，搅拌30~60min，最后加入导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料；
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为30~50Hz，时间为20~60min；
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入增稠剂，以1000~1500rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为30~60min，形成最终导电浆料。
一种石墨烯复合导电浆料，为权利要求1~6任意一项所述的一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法制备。
本发明的有益效果在于：石墨烯复合导电浆料制备方法中分散剂先插于石墨烯表面，再添加导电碳材料复合分散，通过高速剪切乳化高压均质机进行剪切分散，有效地防止团聚现象，同时提高浆料的分散性能；最后添加增稠剂，避免通过高速剪切分散而导致增稠剂分子链断链而改变其初始的增稠特性，同时有效地维持浆料的储存稳定性。此外，本发明的石墨烯复合导电浆料所采用的溶剂均为去离子水和乙醇，绿色环保，并且制备方法简单，操作简便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
（1）将0.3%分散剂和溶剂加入搅拌器中，以1000rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将3%石墨烯加入至分散液中，以1500rpm/min的转速进行搅拌，搅拌60min，最后加入5%导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料;
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为50Hz，时间为60min;
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入2%增稠剂，以1500rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为60min，形成最终导电浆料。
实施例2：
（1）将0.4%分散剂和溶剂加入搅拌器中，以800rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将4%石墨烯加入至分散液中，以1200rpm/min的转速进行搅拌，搅拌50min，最后加入4%导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料;
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为40Hz，时间为50min;
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入1.5%增稠剂，以1250rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为50min，形成最终导电浆料。
实施例3：
（1）将0.5%分散剂和溶剂加入搅拌器中，以700rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将5%石墨烯加入至分散液中，以1300rpm/min的转速进行搅拌，搅拌40min，最后加入3%导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料；
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为40Hz，时间为40min；
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入1.0%增稠剂，以1150rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为40min，形成最终导电浆料。
实施例4：
（1）将0.1%分散剂和溶剂加入搅拌器中，以500rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将2%石墨烯加入至分散液中，以1000rpm/min的转速进行搅拌，搅拌30min，最后加入2%导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料；
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为30Hz，时间为30min；
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入0.5%增稠剂，以1000rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为30min，形成最终导电浆料。
本发明一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法，可改善电极的导电性能以及导电浆料的分散性和储存稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (7)

1.一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述的复合导电浆料按照质量分数的组成为：2%~5%的石墨烯、2%~5%的导电碳材料、0.1%~0.5%的分散剂、0.5%~2%的增稠剂，余量为溶剂的量。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料，特征在于，所述的石墨烯为石墨烯微片，其层数不超过10层。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料，特征在于，所述的导电碳材料为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚甲基丙烯酸钠中的一种或多种的组合；所述的增稠剂为去羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述的溶剂去离子水和乙醇，其比例为10:1。
6.一种石墨烯复合导电浆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将分散剂和溶剂加入搅拌器中，以500~1000rpm/min的转速进行搅拌，直至分散剂完全溶解，然后将石墨烯加入至分散液中，以1000~1500rpm/min的转速进行搅拌，搅拌30~60min，最后加入导电碳材料，混合均匀，形成初始导电浆料；
（2）将步骤（1）所述的初始导电浆料转至高速剪切乳化高压均质机中进行剪切分散，剪切过程中开启冷却循环水进行降温处理，其工作频率为30~50Hz，时间为20~60min；
（3）将步骤（2）中的导电浆料转移至搅拌器中，加入增稠剂，以1000~1500rpm/min的转速进行真空搅拌，时间为30~60min，形成最终导电浆料。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，为权利要求1~6任意一项所述的一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法制备。
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