負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用。該導(dǎo)電漿料包括：導(dǎo)電組分1wt%-10wt%、分散劑0.5wt%-8wt%和溶劑85wt%-95wt%；其中所述導(dǎo)電組分包括作為基本導(dǎo)電組分的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯以及輔助導(dǎo)電組分。本發(fā)明通過在石墨烯上負(fù)載小尺寸阻隔劑，可杜絕石墨烯之間的堆垛，降低石墨烯的加工難度，使得石墨烯在導(dǎo)電漿料中的分散性得以大幅提升，從而獲得性能優(yōu)異的導(dǎo)電漿料，利用該導(dǎo)電漿料形成的電子器件，特別是儲(chǔ)能器件，例如鋰電產(chǎn)品具有優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，而其功率密度、倍率容量、振實(shí)密度、循環(huán)穩(wěn)定性、使用壽命等性能亦有大幅改善，并且該導(dǎo)電漿料加工工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。
【專利說明】負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料、其制備方法及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電楽料及其制備方法，特別涉及一種高導(dǎo)電石墨稀楽.料、其制備方法及應(yīng)用，屬于導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電劑【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著鋰離子電池在動(dòng)力電池領(lǐng)域需求的增加，電池內(nèi)阻大、功率密度低、循環(huán)壽命短、穩(wěn)定性低、容易發(fā)熱產(chǎn)生安全事故等問題日益凸顯也亟待解決。其中，正極材料錳氧化物，磷酸鹽等材料電導(dǎo)率都很低，但還要保持良好的大倍率充放電特性、較長(zhǎng)的使用壽命，這正是目前動(dòng)力鋰離子電池工業(yè)所面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。負(fù)極石墨材料的導(dǎo)電性稍好，但是在多次充放電中，石墨材料的膨脹收縮，使石墨顆粒間的接觸減少，間隙增大，甚至有些脫離集電極，成為死的活性材料，不再參與電極反應(yīng)，所以也需要加入導(dǎo)電劑保持循環(huán)過程中的負(fù)極材料導(dǎo)電性的穩(wěn)定。作為鋰離子電池重要組成部分的導(dǎo)電劑(在極片中占5-10wt% )，對(duì)改善電池性能有著重要的作用。能夠提高充放電倍率、循環(huán)穩(wěn)定性的新型導(dǎo)電劑的研宄開發(fā)，已經(jīng)成了鋰離子電池研宄的一個(gè)重要課題。
[0003]石墨稀(Graphene)是單層石墨片構(gòu)成的二維碳納米結(jié)構(gòu)材料，石墨稀具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能。石墨烯的迀移率可達(dá)2X 104cm2/VXs為硅的100倍，在室溫下石墨烯的電阻率可達(dá)108S/m，可耐受為108A/cm2的電流，是銅耐受能力的100倍，熱導(dǎo)率為3000-5000W/mK，可與金剛石媲美，比表面積可達(dá)2630m2/g。石墨烯這些優(yōu)異的性能在鋰離子電池、超級(jí)電容器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，也已經(jīng)引起科學(xué)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。發(fā)現(xiàn)石墨烯的兩位科學(xué)家因此獲得了 2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。制備方法決定了材料的性能。目前，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了多種石墨烯粉末的制備方法包括:化學(xué)氧化還原法，有機(jī)合成法，插層膨脹法，和液相解理法等。石墨烯的大量制備還限于通過化學(xué)氧化再還原的途徑來實(shí)現(xiàn)，而且尚未形成成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。然而，通過化學(xué)氧化再還原方法，石墨烯上修飾了多種官能團(tuán)并產(chǎn)生大量缺陷，在電學(xué)，熱學(xué)等多種性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于本征的石墨烯，大大限制了石墨烯的實(shí)際應(yīng)用。因此，通過石墨烯制備方法的改進(jìn)，獲得大量，低成本，高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱的高質(zhì)量石墨烯，將是石墨烯工業(yè)化制備發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是石墨烯在導(dǎo)電、導(dǎo)熱方面應(yīng)用的前期基礎(chǔ)。另外，石墨烯由于大的比表面積，在加工過程中極易發(fā)生不可逆堆垛，使得石墨烯的分散性較差，限制了石墨烯高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱性能的發(fā)揮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料及其制備方法，該導(dǎo)電漿料中石墨烯無堆垛、分散性良好，導(dǎo)電性高，能夠大大提高電子器件，特別是儲(chǔ)能器件的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、儲(chǔ)能性能等，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供所述負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的應(yīng)用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0007]一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，包括:導(dǎo)電組分Iwt % -1Owt %、分散劑 0.5wt% -8界1:%和溶劑 85wt% -95wt% ；
[0008]其中，所述導(dǎo)電組分包括作為基本導(dǎo)電組分的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯以及輔助導(dǎo)電組分，所述基本導(dǎo)電組分與輔助導(dǎo)電組分的質(zhì)量比例為1:5-5:1。
[0009]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述石墨稀為基本無缺陷、無雜質(zhì)和官能團(tuán)的高質(zhì)量石墨稀。
[0010]進(jìn)一步的，所述石墨稀的層數(shù)為1-25層，片層尺寸為500nm-20 μπι。
[0011]進(jìn)一步的，所述小尺寸阻隔劑可優(yōu)選自但不限于炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳晶、導(dǎo)電石墨及碳納米管中的任一種或兩種以上的組合。
[0012]進(jìn)一步的，所述小尺寸阻隔劑以物理吸附的形式擔(dān)載在石墨烯層間。
[0013]進(jìn)一步的，所述小尺寸阻隔劑的尺寸為10nm-5 μπι。
[0014]進(jìn)一步的，所述小尺寸阻隔劑與石墨烯的質(zhì)量比為1:20-10:1。
[0015]進(jìn)一步的，所述輔助導(dǎo)電組分可優(yōu)選自但不限于乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳晶、導(dǎo)電石墨及碳納米管中的任一種或兩種以上的組合。
[0016]進(jìn)一步的，所述分散劑可優(yōu)選自但不限于聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、十六烷基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯Triton-100、吐溫中的任一種或兩種以上的組合。
[0017]進(jìn)一步的，所述溶劑可優(yōu)選自但不限于N，N-二甲基甲酰胺、異丙醇、乙酸丁酯、N-甲基吡咯烷酮、水中的任一種或兩種以上的組合。
[0018]所述負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法，包括:
[0019]a、將石墨烯、小尺寸阻隔劑與溶劑或溶劑與分散劑混合均勻形成第一漿料，其中采用的混合方式包括溶劑混合、機(jī)械混合或氣流混合；
[0020]b、將第一漿料與輔助導(dǎo)電組分或輔助導(dǎo)電組分與分散劑混合并真空攪拌得到第二漿料；
[0021]c、將第二漿料沙磨2_7h、100-500目篩過篩，獲得所述石墨烯導(dǎo)電漿料。
[0022]所述負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料于制備電子器件中的應(yīng)用，所述電子器件包括儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件包括鋰離子電池或超級(jí)電容器。
[0023]一種裝置，包含由所述負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:通過在石墨烯上負(fù)載小尺寸阻隔劑，可杜絕石墨烯之間的堆垛，降低石墨烯的加工難度，使得石墨烯在導(dǎo)電漿料中的分散性得以大幅提升，從而獲得性能優(yōu)異的導(dǎo)電漿料，利用該導(dǎo)電漿料形成的電子器件，特別是儲(chǔ)能器件，例如鋰電產(chǎn)品具有優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，而其功率密度、倍率容量、振實(shí)密度、循環(huán)穩(wěn)定性、使用壽命等性能亦有大幅改善，并且該導(dǎo)電漿料加工工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明中一種典型的負(fù)載阻隔劑的石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中一種典型實(shí)施方案之中一種高導(dǎo)電石墨烯漿料的制備工藝流程圖；
[0027]圖3是實(shí)施例1中通過溶劑混合形成的負(fù)載炭黑的石墨稀粉體的SEM圖；
[0028]圖4是實(shí)施例1中高導(dǎo)電石墨烯漿料涂在鋁箔上的SEM圖；
[0029]圖5是實(shí)施例1、對(duì)照例I漿料與磷酸鐵鋰復(fù)合膜在PET上導(dǎo)電曲線對(duì)比圖；
[0030]圖6是實(shí)施例2、對(duì)照例2漿料與磷酸鐵鋰復(fù)合形成的極片的鋰電倍率性能對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其優(yōu)選由導(dǎo)電組分(lwt % -1Owt % )、分散劑(0.5wt% -8wt% )和溶劑(85Wt % -95wt% )組成。
[0032]其中，導(dǎo)電組分優(yōu)選由負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯基本導(dǎo)電組分和輔助導(dǎo)電組分構(gòu)成。
[0033]在一典型實(shí)施方案之中，負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯的結(jié)構(gòu)可參閱圖1。
[0034]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法，請(qǐng)參閱圖2，在一典型實(shí)施方案之中，其包括如下步驟:
[0035]a、將石墨烯、小尺寸阻隔劑與溶劑(分散劑)混合均勻，得到第一漿料；
[0036]b、將第一漿料與輔助導(dǎo)電組分、分散劑混合真空攪拌得到第二漿料；
[0037]c、將第二漿料沙磨、過篩得到最終的高導(dǎo)電石墨烯漿料。
[0038]以下結(jié)合若干實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0039]實(shí)施例1:
[0040]取30g高質(zhì)量石墨烯粉體(平均厚度為3nm，平均片尺寸為20 μ m，干粉成膜電導(dǎo)率平均為105S/m)與1g炭黑在乙醇中攪拌超聲lh，混合均勻后80°C烘干得到表面吸附炭黑的石墨烯粉體(如圖3)。將此粉體與1g KS-6、50g PVDF、900g NMP在真空行星攪拌機(jī)中攪拌3h后，在砂磨機(jī)中研磨2h，過200目篩得到含碳5wt%的油性高導(dǎo)電漿料。將該高導(dǎo)電漿料涂布于鋁箔表面形成的膜形貌如圖4。
[0041]實(shí)施例2:
[0042]取30g高質(zhì)量石墨烯粉體(平均厚度為3nm，平均片尺寸為20 μ m，干粉成膜電導(dǎo)率平均為105S/m)與1g 10000目石墨在乙醇中攪拌超聲lh，混合均勻后80°C烘干得到表面吸附炭黑的石墨烯粉體。將此粉體與1g CNTs、300g LA132粘結(jié)劑、650g水在真空行星攪拌機(jī)中攪拌3h后，在砂磨機(jī)中研磨2h，過200目篩得到含碳5wt%的水性高導(dǎo)電漿料。
[0043]對(duì)照例1:該對(duì)照例與實(shí)施例1 (即圖中的實(shí)例I)基本相同，但以石墨烯粉體替換表面吸附炭黑的石墨烯粉體形成了導(dǎo)電漿料。將該漿料與磷酸鐵鋰混合形成的活性漿料涂于PET上表面，其看到，其電阻率明顯高于實(shí)施例1中制備的漿料與磷酸鐵鋰的復(fù)合漿料形成的膜(膜厚為20 μπι)(如圖5)。
[0044]對(duì)照例2:該對(duì)照例與實(shí)施例2(即圖中的實(shí)例2)基本相同，但以炭黑替換表面吸附炭黑的石墨烯粉體形成了導(dǎo)電漿料。將該漿料與磷酸鐵鋰混合形成的活性漿料涂于鋁箔上形成的極片組裝成鋰離子電池，并與實(shí)施例2中制備的漿料對(duì)比，可以看到其倍率性能明顯降低(如圖6)。
[0045]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于包括:導(dǎo)電組分Iwt% -1Owt%、分散劑0.5wt% _8wt%和溶劑85wt% -95wt% ;其中所述導(dǎo)電組分包括作為基本導(dǎo)電組分的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯以及輔助導(dǎo)電組分，所述基本導(dǎo)電組分與輔助導(dǎo)電組分的質(zhì)量比為1:5-5:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述石墨烯為基本無缺陷、無雜質(zhì)和官能團(tuán)的高質(zhì)量石墨烯，且所述石墨烯的層數(shù)為1-25層，片層尺寸為 500nm-20 μ mD
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述小尺寸阻隔劑以物理吸附的形式擔(dān)載在石墨烯層間，所述小尺寸阻隔劑包括炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳晶、導(dǎo)電石墨及碳納米管中的任一種或兩種以上的組合，且所述小尺寸阻隔劑的大小為10nm-5 μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述小尺寸阻隔劑與石墨烯的質(zhì)量比為1:20-10:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述輔助導(dǎo)電組分包括乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳晶、導(dǎo)電石墨及碳納米管中的任一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述分散劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、十六烷基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯Triton-100、吐溫中的任一種或兩種以上的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料，其特征在于所述溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺、異丙醇、乙酸丁醋、N-甲基吡咯烷酮、水中的任一種或兩種以上的組合。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于包括: a、將石墨烯、小尺寸阻隔劑與溶劑或溶劑與分散劑混合均勻形成第一漿料，其中采用的混合方式包括溶劑混合、機(jī)械混合或氣流混合； b、將第一漿料與輔助導(dǎo)電組分或輔助導(dǎo)電組分與分散劑混合并真空攪拌得到第二漿料； c、將第二漿料沙磨2-7h、100-500目篩過篩，獲得所述石墨烯導(dǎo)電漿料。
9.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料于制備電子器件中的應(yīng)用，所述電子器件包括儲(chǔ)能器件，所述儲(chǔ)能器件包括鋰離子電池或超級(jí)電容器。
10.一種裝置，其特征在于包含由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的負(fù)載小尺寸阻隔劑的石墨烯導(dǎo)電漿料形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK104464893SQ201410828853
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】劉立偉, 李偉偉, 郭玉芬, 陳明亮, 李奇, 邱勝強(qiáng), 劉朝軍 申請(qǐng)人:蘇州格瑞豐納米科技有限公司