Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂、复合导电剂浆料及其制备方法_2

文档序号:9580063阅读:来源:国知局
图7为本发明对比实施例3中CNTs/Super-P复合导电剂的扫描电镜(SEM)图像;
图8为本发明实施例1中Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂与对比实施例1中Graphene/CNTs复合导电剂、对比实施例2中Graphene/Super-P复合导电剂及对比实施例3中CNTs/Super-P复合导电剂在提高锂离子电池负极材料(尖晶石型钛酸锂一Li4Ti5012Mf率性能方面的比较。
【具体实施方式】
[0018]以下结合实施例对本发明作进一步的说明,本发明的保护范围不仅限于以下所述。
[0019]实施例1.一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)混合:将100g固含量10%的氧化石墨烯浆料加入单层玻璃反应釜中,加入5gCNTs,5g Super-P及0.2g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮,机械搅拌30min,然后再超声分散30min,使其混合均匀;
(2)粉碎:将步骤(1)中的混合浆料抽滤、并于100°C环境烘干,烘至含水量<5%,将烘干的固体用粉碎机粉碎,使粉碎颗粒的粒径< 74 μπι ;
(3)膨化:加热马弗炉,使其升温至300°C,将步骤(2)中粉碎的混合物颗粒迅速放入马弗炉中,空气中膨化处理5min后迅速取出,冷却至常温;
(4)还原:将步骤(3)中的混合物放置在1000°C、惰性氛围的管式炉中,热处理lOmin,得到Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体。
[0020]以下是复合导电剂浆料的制备:
在上述复合导电剂的制备基础之上,取10g步骤(4)中制得的Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体加入到90g 二次去离子水中,超声分散lOmin,制得固含量为10%的水性Graphene/CNTs/Super-P 复合导电剂楽料。
[0021]本实施例得到的一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂的扫描电镜(SEM)图像如图1所示,可以观察到Graphene、CNTs及Super-P较均勾的复合在一起,同时还可以观察至lj,Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂疏松、多孔,说明其在实际应用中将便于分散。
[0022]本实施例得到的一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂中Graphene的扫描电镜(SEM)图像如图2所示,可以观察到,Graphene在场发射电子显微镜下呈现出较明亮的光泽,说明所制备的Graphene具有较优异的电子导电性能。此外,还可以观察到,Graphene的尺寸大于5Pm。
[0023]本实施例得到的一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂中Graphene的透射电镜(TEM)图像如图3所示,可以观察到,所制备的Graphene为寡层石墨烯,层数在7层左右。
[0024]本实施例得到的一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂中CNTs的扫描电镜(SEM)图像如图4所示,可以观察到,所制备的CNTs具有较高的长泾比,其长度为3Pm ~5Mm。
[0025]本实施例得到的一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂中CNTs的透射电镜(TEM)图像如图5所示,可以观察到,所制备的CNTs的直径为50 nm ~70nm。
[0026]以下为实验测试步骤:
a)、电极片的制备:将活性物质Li4Ti5012 (锂离子电池负极材料一尖晶石型钛酸锂)、导电剂、粘结剂LA132以重量比为90:5:5的比例混合后在玛瑙研钵中均匀研磨,制成电极浆料,然后均匀涂敷在铝箔上,在真空烘箱中80°C干燥12h,制成电极片,其中活性物质的负载量大于3.0 mg/cm2。
[0027]b)、扣式电池组装及倍率性能测试:利用CR2032型扣式电池模型,以金属锂片为对电极,隔膜类型为Celgard2400,电解液为lmol/L的LiPF6/EC:DEC:DMC (1:1:1体积比),组装成扣式电池。室温下采用恒流充放电的方式测试其倍率性能,测试电压范围为3.0V?1.0 V,测试电流大小以倍率表示分别为0.2 C、0.5 C、1.0 C、3.0 C、5.0 C和10.0 C。
[0028]3)、实验结果:如图8所示,Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂在提高Li4Ti5012倍率性能方面展现出了最优的性能,1^4115012在0.2 C时的放电比容量高达163 mAh/g,1.0C时的放电比容量为156 mAh/g, 3.0 C的放电比容量为147 mAh/g, 5.0 C的放电比容量为138 mAh/g,即使在高倍率10.0 C下其放电比容量依然高达130 mAh/g。Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂在提高Li4Ti5012倍率性能方面优于Graphene/CNTs复合导电剂(对比实施例1)、优于Graphene/Super-P复合导电剂(对比实施例2)及优于CNTs/Super-P复合导电剂(对比实施例3)。
[0029]实施例2.一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)混合:将100g固含量20%的氧化石墨烯浆料加入单层玻璃反应釜中,加入10gCNTs, 10g Super-P及0.4g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮,机械搅拌30min,然后再超声分散30min,使其混合均匀;
(2)粉碎:将步骤(1)中的混合浆料抽滤、并于100°C环境烘干,烘至含水量<5%,将烘干的固体用粉碎机粉碎,使粉碎颗粒的粒径< 74 μπι ;
(3)膨化:加热马弗炉,使其升温至300°C,将步骤(2)中粉碎的混合物颗粒迅速放入马弗炉中,空气中膨化处理5min后迅速取出,冷却至常温;
(4)还原:将步骤(3)中的混合物放置在1000°C、惰性氛围的管式炉中,热处理lOmin,得到Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体。
[0030]以下是复合导电剂浆料的制备:
在上述复合导电剂的制备基础之上,取5g步骤(4)中制得的Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体加入到95g N-甲基吡咯烷酮中,超声分散lOmin,制得固含量为5%的油性Graphene/CNTs/Super-P 复合导电剂楽料。
[0031]参照实施例1的测试步骤,实验结果:1^4115012在0.2 C时的放电比容量高达161mAh/g, 1.0 C时的放电比容量为154 mAh/g, 3.0 C的放电比容量为145 mAh/g, 5.0 C的放电比容量为136 mAh/g,即使在高倍率10.0 C下其放电比容量依然高达131 mAh/g。
[0032]实施例3.—种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)混合:将100g固含量5%的氧化石墨烯浆料加入单层玻璃反应釜中,加入2.5gCNTs,2.5g Super-P及0.lg表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮,机械搅拌30min,然后再超声分散30min,使其混合均匀;
(2)粉碎:将步骤(1)中的混合浆料抽滤、并于100°C环境烘干,烘至含水量<5%,将烘干的固体用粉碎机粉碎,使粉碎颗粒的粒径< 74 μπι ;
(3)膨化:加热马弗炉,使其升温至300°C,将步骤(2)中粉碎的混合物颗粒迅速放入马弗炉中,空气中膨化处理5min后迅速取出,冷却至常温;
(4)还原:将步骤(3)中的混合物放置在1000°C、惰性氛围的管式炉中,热处理lOmin,得到Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体。
[0033]以下是复合导电剂浆料的制备:
在上述复合导电剂的制备基础之上,取lg步骤(4)中制得的Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂粉体加入到99g N-甲基吡咯烷酮中,超声分散lOmin,制得固含量为1%的油性Graphene/CNTs/Super-P 复合导电剂楽料。
[0034]参照实施例1的测试步骤,实验结果:Li4Ti5012i 0.2 C时的放电比容量高达164mAh/g, 1.0 C时的放电比容量为158 mAh/g, 3.0 C的放电比容量为147 mAh/g, 5.0 C的放电比容量为139 mAh/g,即使在高倍率10.0 C下其放电比容量依然高达134 mAh/g。
[0035]实施例4.一种Graphene/CNTs/Super-P复合导电剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)混合:将100g固含量10%的氧化石墨烯浆料加入
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