石墨烯導(dǎo)電液及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)電劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯導(dǎo)電液及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電劑是為了保證電極具有良好的充放電性能，在極片制作時(shí)通常加入一定量的 導(dǎo)電物質(zhì)，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的 接觸電阻加速電子的移動(dòng)速率，同時(shí)也能有效地提高鋰離子在電極材料中的迀移速率，從 而提高電極的充放電效率。
[0003] 因此，導(dǎo)電劑在鋰離子電池中越來(lái)越得到了廣泛的應(yīng)用。目前用于鋰離子電池的 導(dǎo)電劑主要包括炭黑、石墨、碳納米管、碳納米纖維和石墨烯等。目前這些導(dǎo)電劑常規(guī)的用 法是直接添加到正負(fù)極材料中進(jìn)行分散，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該直接添加的方法存在 導(dǎo)電劑分散不均的問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響了鋰離子電池電極的導(dǎo)電性能以及電池的充放電效 率。例如，石墨烯在直接添加至正負(fù)極材料后，雖然石墨烯是面接觸導(dǎo)電劑，導(dǎo)電性能佳，但 是其對(duì)分散要求過(guò)高，而導(dǎo)致其在電極中分散不均，從而嚴(yán)重影響了鋰離子電池的充放電 效率等性能。
[0004] 為了克服該導(dǎo)電劑分散均勻或難于分散等問(wèn)題，當(dāng)前公開(kāi)了一種導(dǎo)電液，其將導(dǎo) 電功能體分散至極性溶劑中，其中，該導(dǎo)電功能體主要是碳納米管，也可以復(fù)合：碳黑、乙 炔黑、碳纖維、導(dǎo)電石墨中的一種或一種以上。但是研宄發(fā)現(xiàn)，如果將石墨烯替代導(dǎo)電功能 體后分散至該分散體系中后發(fā)現(xiàn)，無(wú)法使得石墨烯均勻分散，且分散體系極為不穩(wěn)定。推測(cè) 其原因可能是因?yàn)槭┳陨硖囟ǖ慕Y(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致的，因此，如何研發(fā)一種能夠使得石墨 烯均勻分散且分散體系穩(wěn)定的導(dǎo)電液是本發(fā)明探討的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種石墨烯導(dǎo)電液及其制備方 法，以克服現(xiàn)有導(dǎo)電液體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)石墨烯均勻分散和分散體系穩(wěn)定性差的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的提供本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液的應(yīng)用，旨在克服現(xiàn)有導(dǎo)電劑在應(yīng)用 中分散困難的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種石墨烯導(dǎo)電液，包括如下重量百分比的組分：
[0009]
[0010] 其中，所述溶劑選用N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亞砜、二氯甲烷、氯仿、 四氫呋喃中的一種或兩種以上的混合物溶劑。
[0011] 以及，一種石墨烯導(dǎo)電液的制備方法，包括如下工藝步驟：
[0012] 按照本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液所含的成分分別稱取對(duì)應(yīng)各原材料；
[0013] 將稱取的分散劑溶解在溶劑中，配制形成混合溶液A ;
[0014] 向所述混合溶液A中加入稱取的石墨烯和潤(rùn)濕劑進(jìn)行混料處理，形成混合液B ;
[0015] 將所述混合液B進(jìn)行分散處理后加入穩(wěn)定劑進(jìn)行再次混料處理。
[0016] 以及，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液在鋰離子二次電池、涂料、航空、橡膠、通訊、電子、新能 源領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0017] 上述本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液根據(jù)石墨烯自身結(jié)構(gòu)特性配制分散體系，使石墨烯能夠 均勻分散，且能夠使得本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液體系長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。另外，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電 液以石墨烯為導(dǎo)電功能體，從而使得本發(fā)明公開(kāi)的石墨烯導(dǎo)電液具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0018] 上述本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液制備方法只需按照成分及比例將各原料按照次序依次 混料分散處理即可，其制備方法工藝簡(jiǎn)單，條件易控，對(duì)設(shè)備要求低。
[0019] 正是由于本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液中石墨烯分散均勻，分散體系穩(wěn)定，且具有優(yōu)異的 導(dǎo)電性能，因此，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液能夠有效在鋰離子二次電池、涂料、航空、橡膠、通訊、 電子、新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種石墨烯分散均勻、分散體系穩(wěn)定的石墨烯導(dǎo)電液。該石墨 烯導(dǎo)電液包括包如下重量百分比的組分：
[0022]
[0023] 具體地，上述石墨稀導(dǎo)電液中的石墨稀作為導(dǎo)電功能體，賦予本發(fā)明實(shí)施例石墨 烯導(dǎo)電液優(yōu)異的導(dǎo)電性能。為了保證本發(fā)明實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液優(yōu)異導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上， 使得石墨烯能夠在本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液中均勻分散，并具有良好的穩(wěn)定性能，在一實(shí)施例 中，該石墨烯在本發(fā)明實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液中的重量百分比含量為2-10%，在具體實(shí)施例 中，該石墨烯在本發(fā)明實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液中的重量百分比含量為5%。在另一實(shí)施例中， 所述石墨烯選用單層石墨烯，雙層石墨烯，少層石墨烯中的至少一種，其中，石墨烯的層數(shù) 為1-10層，因此，少層石墨稀為3-10層。在又一實(shí)施例中，該石墨稀的厚度控制為0. 3-5nm。
[0024] 上述石墨烯導(dǎo)電液中的分散劑、穩(wěn)定劑和潤(rùn)濕劑與溶劑互溶，并一起構(gòu)成了石墨 烯的分散體系，該分散體系保證了石墨烯的均勻分散和分散體系的穩(wěn)定性。
[0025] 因此，上述石墨烯導(dǎo)電液中的溶劑選用N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亞 砜、二氯甲烷、氯仿、四氫呋喃中的一種或兩種以上的混合物溶劑。
[0026] 在上述溶劑的基礎(chǔ)上，在一實(shí)施例中，該分散劑選用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇 醚、高分子量嵌段聚合物、高分子量聚氨酯中的一種或兩種以上的混合物。在一些具體實(shí)施 例中，該高分子量嵌段聚合物選用聚乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚乙二醇-丙烯酸-異丁烯基 醚聚合物、聚乙二醇-丁二烯聚合物中的一種或兩種以上的混合物。該高分子量嵌段聚合 物的重均分子量范圍是1〇 4-1〇6。在另一些具體實(shí)施例中，該高分子量聚氨酯選用重均分子 量為2000-10000的聚氨酯，在本發(fā)明實(shí)施例中，該高分子量聚氨酯的具體種類可以是常規(guī) 的。
[0027] 在另一實(shí)施例中，潤(rùn)濕劑選用烷基硫酸鹽、磺酸鹽、脂肪酸、磷酸酯、聚氧乙烯烷基 酚醚、聚氧乙烯脂肪酸醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中的一種或兩種以上的混合物。 在一些具體實(shí)施例中，該烷基硫酸鹽選用十>烷基硫酸納、十>烷基硫酸按、烷基硫酸醋、 十二烷基二乙醇銨鹽中的至少一種，磺酸鹽選用烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的至 少一種，脂肪酸選用脂肪酸磺烷基酰胺、月桂酸、亞麻酸中的至少一種，磷酸酯選用烷基聚 氧乙烯醚磷酸酯鈉、烷基磷酸酯鈉、烷基磷酸酯鉀中的至少一種。
[0028] 在又一實(shí)施例中，穩(wěn)定劑選用聚偏氟乙烯、瀝青、偏二氟乙烯的均聚物、聚偏二氟 乙烯共聚物、六氟丙烯的共聚物中的一種或兩種以上的混合物。
[0029] 上述實(shí)施例中的選用的分散劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)濕劑能夠與上述選用的溶劑一起形成 穩(wěn)定的分散體系，從而保證石墨烯的均勻分散和分散體系的穩(wěn)定性能。與此同時(shí)，能夠使 得上述實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液在應(yīng)用中與其他組分進(jìn)行混合物料處理過(guò)程中使得石墨烯以 及其他物料均勻分散。如將上述各實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液用于鋰離子電池中時(shí)，能與電極材 料以及其他輔料進(jìn)行均勻混合形成均勻分散的電極漿料，從而使得石墨烯與電極材料以及 其他輔料在漿料中均勻分散，從而有效提高了電極的導(dǎo)電性能，從而能顯著提高鋰離子電 池的電化學(xué)性能。具體如下文表1所示。
[0030] 因此，上述各實(shí)施例中的石墨烯導(dǎo)電液根據(jù)石墨烯自身結(jié)構(gòu)特性，將分散劑、穩(wěn)定 劑、潤(rùn)濕劑溶解于特定的溶劑中形成分散體系，從而使石墨烯能夠均勻分散，且能夠使得本 發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液體系長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。另外，通過(guò)優(yōu)化分散劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)濕劑所選用的 化合物種類，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高分散體系的穩(wěn)定性和提高石墨烯的分散均勻性。另外，上述各 實(shí)施例中的石墨烯導(dǎo)電液還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0031] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了上述石墨烯導(dǎo)電液的制備方法。該石墨烯導(dǎo)電液 制備方法包括如下步驟：
[0032] 步驟SOl :按照上文所述的本發(fā)明實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液所含的成分分別稱取對(duì)應(yīng) 各原材料；
[0033] 步驟S02 :將稱取的分散劑溶解在溶劑中，配制形成混合溶液A ;
[0034] 步驟S03 :向步驟S02中配制的混合溶液A中加入稱取的石墨烯和潤(rùn)濕劑進(jìn)行混 料處理，形成混合液B ;
[0035] 步驟S04 :將步驟S03中配制的混合液B進(jìn)行分散處理后加入穩(wěn)定劑進(jìn)行再次混 料處理。
[0036] 具體地，在上述步驟SOl中稱取的石墨烯導(dǎo)電液各原料優(yōu)選的含量和種類如上文 石墨烯導(dǎo)電液中所述，為了節(jié)約篇幅，在此不再贅述。
[0037] 上述步驟S02中，將分散劑溶解于溶劑的方式?jīng)]有特別要求，可以采用攪拌、超聲 或適當(dāng)?shù)募訜岬燃铀偃芙獾确绞剑且沟梅稚┠軌蛲耆芙庥谌軇┲屑纯伞?br>[0038] 上述步驟S03中，向溶液A中加入石墨烯和潤(rùn)濕劑進(jìn)行的混料處理方式可以是采 用真空或惰性氣體保護(hù)下攪拌分散的方式處理30-120min，轉(zhuǎn)速為50-500rpm。
[0039] 上述步驟S04中，為了使得石墨烯能夠在分析體系中充分分散，需對(duì)混合液B進(jìn)行 分散處理，在一實(shí)施例中，對(duì)所述混合液B進(jìn)行分散處理的方法為超聲分散、球磨、砂磨、研 磨、高速攪拌中的一種或兩種方式進(jìn)行組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，不管是采用超聲分散、球磨、砂 磨、研磨、高速攪拌的哪一種方式，應(yīng)當(dāng)是混合液中的各物料充分分散，以形成穩(wěn)定的分散 體系。
[0040] 該步驟S04中，待對(duì)所述混合液B進(jìn)行分散處理后，向分散體系中加入穩(wěn)定劑并進(jìn) 行混料處理，使得穩(wěn)定劑分散均勻，從而提高分散體系的穩(wěn)定性，最終獲得上文所述的本發(fā) 明實(shí)施例石墨烯導(dǎo)電液。