石墨烯浆料的制备方法和应用_2

文档序号:9341008阅读:来源:国知局
s~ 100s。具体可以通过微波或者热处理方式进行。在一具体实施例中,当使用微波进行膨 化处理时,微波炉功率为140W~700W ;使用热处理进行膨化时,热处理的温度为300°C~ 1000 tCo
[0037] 在任一实施例中,步骤C中的分散助剂为聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、 胆酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温、曲拉通、聚乙烯醇中的任一种。
[0038] 在任一实施例中,步骤C中的溶剂为N-甲基呲咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二甲基乙酰胺、乙醇及去离子水中的任一种。
[0039] 在任一实施例中,步骤C的解离处理可以通过球磨、砂磨机胶体磨中的任一种实 现。在一具体实施例中,解离处理的时间为〇. 5h~12h,以保证解离充分。
[0040] 本发明上述方法实施例制备的石墨烯浆料,只需经过氧化插层、膨化及解离处理, 即可实现石墨烯浆料的制备,整个制备过程中无需浓硫酸作为反应介质,反应条件温和,物 料反应充分,操作简便,制备的石墨烯浆料不含硫且层数少,十分方便工业化生产。
[0041] 相应地,本发明实施例提供的石墨烯浆料,可用于锂离子电池电极材料的导电剂 中。锂离子电池材料的导电剂由本发明实施例提供的石墨烯浆料提供时,可以有效减少导 电剂的添加量。并且,凭借其无硫特点,具有更好的导电性能,可大幅度提高锂离子电池的 倍率充放电性能和循环性能。
[0042] 相应地,本发明实施例提供的石墨烯浆料,还可以作为石墨烯防腐涂料。所述石墨 烯防腐涂料中的填料组分由本发明实施例提供的石墨烯浆料提供。所述石墨烯防腐涂料涂 覆于金属表面,能够克服现有石墨烯防腐涂料因含硫而促进涂面金属腐蚀的现象,极大的 扩大石墨稀防腐涂料的应用范围并能提尚石墨稀防腐涂料的性能。
[0043] 以下通过多个实施例举例说明本发明上述提供的石墨烯浆料的制备方法。
[0044] 实施例1
[0045] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸:KMnO4= Ig :20mL :0. 8g, 分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸和高锰酸钾,其中,称取的天然鳞片石墨碳含量为 99. 9%、30目。将称取的天然鳞片石墨放至干燥洁净的反应釜中,然后向其中加入所称取的 质量浓度为98%的硝酸,并搅拌混合均匀。分批逐步向釜内加入所称取的KMnO4,并控制反 应温度在25°C,搅拌反应60min。最后向反应体系中缓慢加入去离子水,其中,加入的去离 子水体积为插层剂(硝酸)体积的2倍,待反应混合物的温度降至室温后,反复离心水洗4 次,然后于60°C烘干,获得石墨层间化合物。
[0046] B、石墨膨化体的制备:将干燥好的石墨层间化合物置于马弗炉中900°C热处理 30s〇
[0047] C、石墨烯浆料的制备:按照质量比为石墨膨化体:PVP :NMP为5. 0 :0. 8 :100称取 石墨膨化体、PVP和NMP。往搅拌罐中加入所称取的N-甲基呲咯烷酮(NMP),然后将按比例 称取的上述膨化好的石墨膨化体和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)加入其中,并通过搅拌混合均 匀,最后通过胶体磨处理8h,获得石墨烯浆料。
[0048] 实施例2
[0049] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸和乙酸的混合物=K2Cr2O7 = Ig :3mL :0. lg,分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸和乙酸的混合物及重铬酸钾,其中, 称取的天然鳞片石墨碳含量为90%、1000目,称取的硝酸和乙酸的混合物中,硝酸的质量 浓度为65%,硝酸与乙酸的质量比为1:1。将称取的天然鳞片石墨放至干燥洁净的反应釜 中,然后向其中加入所称取硝酸和乙酸的混合物,并搅拌混合均匀。分批逐步向釜内加入所 称取的重铬酸钾,并控制反应温度在60°C,搅拌反应lOOmin。最后向反应体系中缓慢加入 去离子水,其中,加入的去离子水体积为插层剂(硝酸和乙酸的混合物)体积的2倍,待反 应混合物的温度降至室温后,反复离心水洗4次,然后于KKTC烘干,获得石墨层间化合物。
[0050] B、石墨膨化体的制备:将干燥好的石墨层间化合物通过微波进行膨化,其中微波 炉功率为700W,膨化时间60s。
[0051] C、石墨烯浆料的制备:按照质量比为石墨膨化体:十二烷基苯磺酸钠:N,N-二甲 基甲酰胺为10. 〇 :2. 0 :100称取石墨膨化体、十二烷基苯磺酸钠和N,N-二甲基甲酰胺。往 搅拌罐中加入所称取的十二烷基苯磺酸钠,然后将按比例称取的上述膨化好的石墨膨化体 和N,N-二甲基甲酰胺加入其中,并通过搅拌混合均匀,最后通过球磨处理12h,获得石墨烯 浆料。
[0052] 实施例3
[0053] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸和磷酸的混合物:(NH4)2S2O 8=Ig :10mL :2. 5g,分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸和磷酸的混合物及过硫化铵,其 中,称取的天然鳞片石墨碳含量为95%、2500目。称取的硝酸和磷酸的混合物中,硝酸的质 量浓度为98%,磷酸的质量浓度为80%,硝酸与磷酸的质量比为1:1。将称取的天然鳞片石 墨放至干燥洁净的反应釜中,然后向其中加入所称取的硝酸和磷酸的混合物,并搅拌混合 均匀。分批逐步向釜内加入所称取的过硫化铵,并控制反应温度在l〇°C,搅拌反应120min。 最后向反应体系中缓慢加入去离子水,其中,加入的去离子水体积与插层剂(硝酸)体积相 同,待反应混合物的温度降至室温后,反复离心水洗4次,然后于40°C环境下烘干,获得石 墨层间化合物。
[0054] B、石墨膨化体的制备:将干燥好的石墨层间化合物置于马弗炉中1000°C热处理 5s〇
[0055] C、石墨烯浆料的制备:按照质量比为石墨膨化体:胆酸钠:N,N-二甲基乙酰胺为 I. 0 :0.1 :100称取石墨膨化体、胆酸钠和N,N-二甲基乙酰胺。往搅拌罐中加入所称取的胆 酸钠,然后将按比例称取的上述膨化好的石墨膨化体和N,N-二甲基乙酰胺加入其中,并通 过搅拌混合均匀,最后通过胶体磨处理〇. 5h,获得石墨烯浆料。
[0056] 实施例4
[0057] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸:NaNO3= Ig :15mL :2. Og, 分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸及过硝酸钠,其中,称取的天然鳞片石墨碳含量为 92%、50目。称取的硝酸质量浓度为65%。将称取的天然鳞片石墨放至干燥洁净的反应釜 中,然后向其中加入所称取的硝酸,并搅拌混合均匀。分批逐步向釜内加入所称取的硝酸 钠,并控制反应温度在50°C,搅拌反应20min。最后向反应体系中缓慢加入去离子水,其中, 加入的去离子水体积为插层剂(硝酸)体积的0. 5倍,待反应混合物的温度降至室温后,反 复离心水洗4次,然后于冻干机中进行冷冻干燥至干燥完全,获得石墨层间化合物。
[0058] B、石墨膨化体的制备:将干燥好的石墨层间化合物通过微波进行膨化,其中微波 炉功率为140W,膨化时间100s。
[0059] C、石墨烯浆料的制备:按照质量比为石墨膨化体:聚乙烯醇:乙醇为3. 0 :1. 2 : 100称取石墨膨化体、聚乙烯醇和乙醇。往搅拌罐中加入所称取的聚乙烯醇,然后将按比例 称取的上述膨化好的石墨膨化体和乙醇加入其中,并通过搅拌混合均匀,最后通过球磨处 理10h,获得石墨烯浆料。
[0060] 实施例5
[0061] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸和丙酸的混合物=H2O2的比例 为Ig :12mL :2. 5g,分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸和乙酸的混合物及重铬酸钾,其 中,称取的天然鳞片石墨碳含量为98%、80目,称取的硝酸和乙酸的混合物中,硝酸的质量 浓度为98%,硝酸与丙酸的质量比为1:1。将称取的天然鳞片石墨放至干燥洁净的反应釜 中,然后向其中加入所称取硝酸和乙酸的混合物,并搅拌混合均匀。分批逐步向釜内加入所 称取的双氧水,并控制反应温度在30°C,搅拌反应40min。最后向反应体系中缓慢加入去 离子水,其中,加入的去离子水体积为插层剂(硝酸和乙酸的混合物)体积的4倍,待反应 混合物的温度降至室温后,反复离心水洗4次,然后于80°C环境下烘干,获得石墨层间化合 物。
[0062] B、石墨膨化体的制备:将干燥好的石墨层间化合物置于马弗炉中,300°C热处理 80s〇
[0063] C、石墨烯浆料的制备:按照质量比为石墨膨化体:吐温:N-甲基呲咯烷酮的比例 为8. 0 :1. 0 :100称取石墨膨化体、吐温,N-甲基呲咯烷酮。往搅拌罐中加入所称取的吐温, 然后将按比例称取的上述膨化好的石墨膨化体和N-甲基呲咯烷酮加入其中,并通过搅拌 混合均匀,最后通过胶体磨处理2h,获得石墨烯浆料。
[0064] 实施例6
[0065] A、石墨层间化合物的制备:按照天然鳞片石墨:硝酸和甲酸=(NH4)2S2O 8= Ig : 12mL :0. 8g,分别称取一定量的天然鳞片石墨、硝酸和甲酸的混合物及过硫化铵,其中,称取 的天然鳞片石墨碳含量为98%、300目。称取的硝酸和甲酸的混合物中,硝酸的质量浓度为 85%,硝酸与甲酸的质量比为1:1。将称取的天然鳞片石墨放至干燥洁净的反应釜中,然后 向其
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