一种石墨烯复合导电浆料的定量分析方法与流程

本发明涉及一种复合导电剂浆料的定量分析方法，具体涉及一种石墨烯复合导电浆料的定量分析方法。

背景技术：

导电剂作为锂离子电池浆料中的重要组成部分，对锂离子电池性能有重要的影响。少量的导电剂均匀加入到电极后，可以改善电极内部活性物质颗粒之间以及与集流体之间的接触，从而降低电极内部欧姆电阻；此外，导电剂均匀分散到电极材料中后，不仅可以起到微集流体的作用，会增加电极内部电子的迁移速度以及改善电极上的电位分布，而且还会改善电极结构的稳定性、电极内部吸液保持能力以及电解质溶液的分布等，进而增加电极中活性物质的利用率。

石墨烯（Graphene），又称单层石墨，是由单层碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二维材料，自石墨材料中剥离，只有一个碳原子的厚度。这种结构使得石墨烯具有较大的比表面积、良好的化学稳定性、高电子迁移率以及优异的力学性能，其理论比表面积高达2630m²/g、导热系数约为5000W/(m·K)、弹性模量可达1100GPa以及室温下电子迁移率约为200000cm²/(V·s)，并且电阻率只有 10^-6 Ω·cm左右，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料。由于石墨烯具有以上特殊优点，在电极中只需要添加极少量就能很大程度改善电极的性能，因此石墨烯常与其他碳材料复合，用做导电剂以改善电极性能。石墨烯的综合指标优于碳纳米管、纳米碳纤维等现有的高端碳系材料导电剂产品，因此碳系材料复合导电剂中石墨烯的含量决定了其综合性能。

目前，常规的石墨烯复合导电剂中除了石墨烯之外，还包括其他碳系材料组分，例如碳纳米管、石墨、纳米碳纤维、科琴黑等，因为导电剂的元素成分都是碳，所以常规的检测方法并不能很好的将石墨烯与其他碳系材料区分开来，因此也没有很好的方法可以定量分析石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料中石墨烯，使得导电剂中石墨烯含量没有办法确定，这使得导电浆料的品质鉴定难以实现。拉曼光谱检测具有快速、高灵敏性、指纹识别的特性，结合拉曼光谱可以区分出同是碳系材料的无定形碳、石墨、石墨烯，因此拉曼光谱法在定量分析碳系材料复合导电剂中石墨烯含量具有很大的优势。如图1所示，图1是上述常见几种碳系材料的拉曼谱图。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石墨烯复合导电浆料的定量分析方法，实现对碳纳米管-石墨烯复合导电剂中石墨烯的准确定量，以保证碳纳米管-石墨烯复合导电剂的性能达到使用要求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种石墨烯复合导电浆料的定量分析方法，包括以下步骤：

（1）配制不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料；

（2）分别定量量取配制好的导电浆料于玻璃容器中，置于拉曼光谱仪样品台上并固定，分别获取多张拉曼谱图；

（3）将获取的拉曼谱图进行数据处理，计算拉曼谱图中的碳D峰和碳2D峰的峰面积，并计算同种浆料所有拉曼谱图中碳D峰和碳2D峰的峰面积平均值；

（4）将得到的同种浆料拉曼谱图中碳2D峰和碳D峰峰面积平均值进行比值得A_2D/A_D；

（5）将得到的A_2D/A_D比值与其对应浆料中石墨烯含量做曲线，得到石墨烯含量与A_2D/A_D值的一次曲线，即为标准曲线；

（6）取与步骤（1）同量的待测碳纳米管-石墨烯复合导电剂浆料进行拉曼光谱测试，获取多张拉曼谱图，并计算A_2D/A_D的比值；

（7）步骤（6）中所得的A_2D/A_D值在步骤（4）所得的标准曲线上对应的石墨烯含量即为该待测复合导电剂中石墨烯的含量。

所述的石墨烯复合导电浆料的定量分析方法，步骤（1）中，所述配制不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料，采用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

所述的石墨烯复合导电浆料的定量分析方法，步骤（1）中，石墨烯的质量分数分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%。

所述的石墨烯复合导电浆料的定量分析方法，步骤（1）中，所述导电浆料还包括质量分数为0.5%的聚乙烯吡咯烷酮。

由上述技术方案可知，本发明利用拉曼光谱可以区分同是碳系材料的石墨烯、碳纳米管、无定形碳和石墨的优势，实现对石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料中的石墨烯进行定量分析，保证碳石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料的性能达到使用要求。该方法操作简单、快捷，可以用于其他碳系材料复合导电剂浆料中的成分分析，在碳系材料导电剂浆料的快速评估方面具有潜在的应用前景。

附图说明

图1是几种碳系材料的拉曼谱图；

图2是本发明配制不同比例石墨烯和碳纳米管导电浆料所得的拉曼谱图；

图3是本发明实施例一中待测石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料的石墨烯含量图；

图4是本发明对比例一中待测石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料的石墨烯含量图；

图5是本发明对比例二中待测石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料的石墨烯含量图；

图6是本发明对比例三中待测石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料的石墨烯含量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1：

（1）配制一系列不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其中石墨烯的质量分数分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%，其余为碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮（PVP），PVP为分散剂，质量分数固定为0.5%；

（2）分别取1毫升步骤（1）中所配置浆料于玻璃容器中，置于拉曼光谱仪样品台上并固定，获取拉曼谱图，同种浆料取六张谱图；如图2所示，图2是石墨烯和碳纳米管比例为4:6、5:5、6:4、3:7、2:8、1:9的浆料所得的拉曼谱图，从上到下的谱图所示浆料中石墨烯含量分别为90%、80%、70%、60%、50%和40%。

（3）将步骤（2）中的一系列拉曼谱图进行数据处理，分别计算谱图中的碳D峰和碳2D峰的峰面积，并计算同种浆料所有谱图中碳D峰和碳2D峰的峰面积平均值；

（4）将步骤（3）中所得的同种浆料谱图中碳2D峰和碳D峰峰面积平均值进行比值得A_2D/A_D；

（5）将步骤（4）中所得的A_2D/A_D比值与其对应浆料中石墨烯含量做曲线，可得到石墨烯含量与A_2D/A_D值的一次曲线，视为标准曲线；

（6）现有一种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料，其石墨烯质量含量占碳系材料75～85%，剩下的15～25%主要为碳纳米管，按步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）取1毫升该种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料进行拉曼光谱测试，同样取六次谱图并计算A_2D/A_D的比值；

（7）步骤（6）中所得的A_2D/A_D值在步骤（4）所得的标准曲线上对应的石墨烯含量为72%，即该种导电剂浆料中石墨烯含量为72%，图3是本实施例待测石墨烯-碳纳米管复合导电剂浆料在A_2D/A_D 曲线上对应所得的石墨烯含量图，图中一次曲线为实施例一中所述的标准曲线，图中虚线与一次曲线交点对应的纵坐标即为待测石墨烯浆料的A_2D/A_D值,虚线对应的含量即为石墨烯含量，如图3所示，结果与该导电剂浆料中石墨烯实际含量接近。

对比例1:

（1）配制一系列不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其中石墨烯的质量分数分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%，其余为碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮（PVP），PVP为分散剂，质量分数固定为0.5%；

（2）分别取1毫升步骤（1）中所配置浆料于玻璃容器中，置于拉曼光谱仪样品台上并固定，获取拉曼谱图，同种浆料取六张谱图；

（3）将步骤（2）中的一系列拉曼谱图进行数据处理，分别计算谱图中的碳G峰和碳2D峰的峰面积，并计算同种浆料所有谱图中碳G峰和碳2D峰的峰面积平均值；

（4）将步骤（3）中所得的同种浆料谱图中碳2D峰和碳G峰峰面积平均值进行比值得A_2D/A_G；

（5）将步骤（4）中所得的A_2D/A_G比值与其对应浆料中石墨烯含量做曲线，可得到石墨烯含量与A_2D/A_G值的一次曲线，视为标准曲线；

（6）现有一种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料，其石墨烯质量含量占碳系材料75～85%，剩下的15～25%主要为碳纳米管，按步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）取1毫升该种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料进行拉曼光谱测试，同样取六次谱图并计算A_2D/A_G的比值；

（7）步骤（6）中所得的A_2D/A_G值在步骤（4）所得的标准曲线上对应的石墨烯含量为59%，即该种导电剂浆料中石墨烯含量为59%，如图4所示，图中一次曲线为本对比例中所述的标准曲线，图中虚线与一次曲线交点对应的纵坐标即为待测石墨烯浆料的A_2D/A_G值,虚线对应的含量即为石墨烯含量；如图4所示，测试结果与该导电剂浆料中石墨烯实际含量相差较远。

对比例2:

（1）配制一系列不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其中石墨烯的质量分数分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%，其余为碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮（PVP），PVP为分散剂，质量分数固定为0.5%；

（2）分别取1毫升步骤（1）中所配置浆料于玻璃容器中，置于拉曼光谱仪样品台上并固定，获取拉曼谱图，同种浆料取六张谱图；

（3）将步骤（2）中的一系列拉曼谱图进行数据处理，分别计算谱图中的碳D峰和碳2D峰的峰强，并计算同种浆料所有谱图中碳D峰和碳2D峰的峰强平均值；

（4）将步骤（3）中所得的同种浆料谱图中碳2D峰和碳D峰峰强平均值进行比值得I_2D/I_D；

（5）将步骤（4）中所得的I_2D/I_D比值与其对应浆料中石墨烯含量做曲线，可得到石墨烯含量与I_2D/I_D值的一次曲线，视为标准曲线；

（6）现有一种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料，其石墨烯质量含量占碳系材料75～85%，剩下的15～25%主要为碳纳米管，按步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）取1毫升该种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料进行拉曼光谱测试，同样取六次谱图并计算I_2D/I_D的比值；

（7）步骤（6）中所得的I_2D/I_D值在步骤（4）所得的标准曲线上对应的石墨烯含量为67.1%，即该种导电剂浆料中石墨烯含量为67.1%，如图5所示，图中一次曲线为本对比例中所述的标准曲线，图中虚线与一次曲线交点对应的纵坐标即为待测石墨烯浆料的I_2D/I_D值,虚线对应的含量即为石墨烯含量；如图5所示，结果与该导电剂浆料中石墨烯实际含量相差较远。

对比例3:

（1）配制一系列不同比例的石墨烯与碳纳米管导电浆料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其中石墨烯的质量分数分别为40%、50%、60%、70%、80%、90%，其余为碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮（PVP），PVP为分散剂，质量分数固定为0.5%；

（2）分别取1毫升步骤（1）中所配置浆料于玻璃容器中，置于拉曼光谱仪样品台上并固定，获取拉曼谱图，同种浆料取六张谱图；

（3）将步骤（2）中的一系列拉曼谱图进行数据处理，分别计算谱图中的碳G峰和碳2D峰的峰强，并计算同种浆料所有谱图中碳G峰和碳2D峰的峰强平均值；

（4）将步骤（3）中所得的同种浆料谱图中碳2D峰和碳G峰峰强平均值进行比值得I_2D/I_G；

（5）将步骤（4）中所得的I_2D/I_G比值与其对应浆料中石墨烯含量做曲线，可得到石墨烯含量与I_2D/I_G值的一次曲线，视为标准曲线；

（6）现有一种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料，其石墨烯质量含量占碳系材料75～85%，剩下的15～25%主要为碳纳米管，按步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）取1毫升该种石墨烯-碳纳米管复合导电浆料进行拉曼光谱测试，同样取六次谱图并计算I_2D/I_G的比值；

（7）步骤（6）中所得的I_2D/I_G值在步骤（4）所得的标准曲线上对应的石墨烯含量为56%，即该种导电剂浆料中石墨烯含量为56%，如图6所示，图中一次曲线为本对比例中所述的标准曲线，图中虚线与一次曲线交点对应的纵坐标即为待测石墨烯浆料的I_2D/I_G值，虚线对应的含量即为石墨烯含量；如图6所示，其测试结果与该导电剂浆料中石墨烯实际含量相差较远。

通过实施例1与对比例1、对比例2、对比例3的结果以及该种碳纳米管-石墨烯复合导电剂浆料中石墨烯实际含量的对比可知，采用碳的D峰和2D峰峰面积比值（A_2D/A_D）绘制的标准曲线来定量导电剂浆料中石墨烯的含量与实际含量相近，而3种对比例中所得工作曲线定量结果与实际含量相差较远，故采用碳的D峰和2D峰峰面积比值（A_2D/A_D）绘制标准曲线的方法来定量碳纳米管-石墨烯导电剂浆料中石墨烯含量。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。