一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着科学技术的发展和新能源需求的不断高涨，锂离子电池已经成为新能源相关领域的关注热点。目前的锂离子电池主要用于可移动电子设备，其应用开始向体积小重量轻的微型电器发展，也开始向大型电动设备发展，如新能源汽车的动力电池，这就对锂离子电池的性能提出更高的要求。在新能源电动汽车应用方面，动力锂离子电池被要求具有高能量密度、大充放电功率以及长循环使用寿命等优异性能。然而，锂离子电池中正极材料的导电性差，严重影响了锂离子电池性能的发挥，故而需要通过添加导电浆料来改善正极材料的导电性，提高其利用效率。因此开发出一种性能优异的锂离子电池正极材料用导电浆料是极为必要的。

为了实现更高的能量密度和高倍率下的电化学性能，目前国内的单组分导电浆料已无法满足这一需求，复合导电浆料的发展显得尤为重要。

石墨烯是一种由sp²杂化的碳原子组成的具有二维(2d)结构的单原子片层的纳米碳材料，具有超高的电子迁移率(2×10⁵cm²/v·s)、超大的比表面积(2630m²/g)和超好的导热性能(5000w/m·k)，是迄今为止导电性最好的材料，可以作为一种柔性的二维导电添加剂。

然而，市场上普遍出售的石墨烯复合导电浆料质量不佳，存在石墨烯分散不均匀、导电浆料容易分层沉降、电化学性能提升不足的缺点，已严重限制了锂离子电池的进一步发展。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，其质量份数组成如下：

作为优选，所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

作为优选，所述非片状导电添加剂为颗粒状导电添加剂、纤维状导电添加剂中的一种或几种的组合。

作为优选，所述非片状导电添加剂为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和气相生长碳纤维中的一种或几种的组合。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、环氧树脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的一种或几种的组合。

作为优选，所述分散溶剂为n-甲基吡咯烷酮、去离子水、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、无水乙醇和四氢呋喃中的一种或几种的组合。

本发明的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，其步骤为：

(1)复合导电干粉的制备：将石墨烯与非片状导电添加剂加入到预混机中进行干混，先以公转30-40rpm，自转800-1000rpm的速度搅拌30-60min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取适量的粘结剂加入到分散溶剂中，以机械搅拌使其溶解均匀，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

作为优选，所述步骤(1)中机械搅拌的转速为500-2000rpm，搅拌时间为30-60min。

作为优选，所述步骤(2)中高速剪切乳化机的工作频率为20-60hz，高速剪切时间为10-60min。

本发明的有益效果是：本发明提供一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料及其制备方法，利用石墨烯片层独特的二维网络结构与非片状导电添加剂进行混合和分散制备出新型复合导电浆料，非片状导电添加剂穿插入石墨烯片层之间，辅助石墨烯的均匀分散，防止其发生回叠，不仅相互牵制辅助分散，而且相互协同构建高效三维导电网络，充分发挥石墨烯的高导电性能，加快电池充放电过程中li⁺及电子的传输速度，提高了锂离子电池的倍率性能、循环性能、安全性能，提升了锂离子电池的综合性能，本发明工艺简单，制得的石墨烯复合导电浆料分散充分、性能均一稳定，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明制备的用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的扫描电镜照片；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，其质量份数组成如下：

作为优选，所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

作为优选，所述非片状导电添加剂为颗粒状导电添加剂、纤维状导电添加剂中的一种或几种的组合。

作为优选，所述非片状导电添加剂为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和气相生长碳纤维中的一种或几种的组合。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、环氧树脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的一种或几种的组合。

作为优选，所述分散溶剂为n-甲基吡咯烷酮、去离子水、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、无水乙醇和四氢呋喃中的一种或几种的组合。

本发明的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，其步骤为：

(1)复合导电干粉的制备：将石墨烯与非片状导电添加剂加入到预混机中进行干混，先以公转30-40rpm，自转800-1000rpm的速度搅拌30-60min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取适量的粘结剂加入到分散溶剂中，以机械搅拌使其溶解均匀，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

作为优选，所述步骤(1)中机械搅拌的转速为500-2000rpm，搅拌时间为30-60min。

作为优选，所述步骤(2)中高速剪切乳化机的工作频率为20-60hz，高速剪切时间为10-60min。

实施例1

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述导电炭黑采用粒径≤50nm，比表面积≥62m²/g的市售导电炭黑。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将0.5份石墨烯与1.5份颗粒状导电炭黑加入到预混机中进行干混，先以公转30rpm，自转800rpm的速度搅拌60min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取0.5份聚偏氟乙烯加入到90份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为2000rpm，搅拌时间为60min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为20hz，高速剪切时间为60min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例2

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述导电炭黑采用粒径≤50nm，比表面积≥62m²/g的市售导电炭黑。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将2份石墨烯与6份颗粒状导电炭黑加入到预混机中进行干混，先以公转40rpm，自转1000rpm的速度搅拌30min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份羧甲基纤维素钠和1份丁苯橡胶加入到97.5份去离子水中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为500rpm，搅拌时间为30min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为60hz，高速剪切时间为10min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例3

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述导电炭黑采用粒径≤50nm，比表面积≥62m²/g的市售导电炭黑。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将1份石墨烯与3份颗粒状导电炭黑加入到预混机中进行干混，先以公转32rpm，自转850rpm的速度搅拌55min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份聚偏氟乙烯加入到95份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为1300rpm，搅拌时间为55min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为30hz，高速剪切时间为50min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例4

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述碳纳米管采用管径≥5nm，管长≥60μm的市售多壁碳纳米管。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将1份石墨烯与1.5份纤维状碳纳米管加入到预混机中进行干混，先以公转35rpm，自转900rpm的速度搅拌45min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份聚偏氟乙烯加入到95.5份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为1500rpm，搅拌时间为39min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为40hz，高速剪切时间为20min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例5

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述气相生长碳纤维采用直径≥5nm，长度≥30μm的市售气相生长碳纤维。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将1份石墨烯与2份气相生长碳纤维加入到预混机中进行干混，先以公转36rpm，自转900rpm的速度搅拌40min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份聚偏氟乙烯加入到96份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为1500rpm，搅拌时间为34min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为50hz，高速剪切时间为15min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例6

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述导电炭黑采用粒径≤50nm，比表面积≥62m²/g的市售导电炭黑。

所述碳纳米管采用管径≥5nm，管长≥60μm的市售单壁碳纳米管。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将0.5份石墨烯与3份颗粒状导电炭黑、0.5份纤维状碳纳米管加入到预混机中进行干混，先以公转40rpm，自转1000rpm的速度搅拌30min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份聚偏氟乙烯加入到95份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为1500rpm，搅拌时间为30min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为50hz，高速剪切时间为30min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

实施例7

一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料，其质量份数组成如下：

所述石墨烯片层数≤15层，比表面积≥30m²/g，导电率≥10000s/m，铁杂质含量≤100ppm。

所述导电炭黑采用粒径≤50nm，比表面积≥62m²/g的市售导电炭黑。

所述气相生长碳纤维采用直径≥5nm，长度≥30μm的市售气相生长碳纤维。

制备方法：以制备用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料为例对本实施例提供的一种用于锂离子电池的石墨烯复合导电浆料的制备方法阐述如下：

(1)复合导电干粉的制备：将1份石墨烯与3份颗粒状导电炭黑、1份纤维状气相生长碳纤维加入到预混机中进行干混，先以公转40rpm，自转1000rpm的速度搅拌30min，制得混合均匀的复合导电干粉；粘结剂溶液的制备：称取1份聚偏氟乙烯加入到95份n-甲基吡咯烷酮中，以机械搅拌使其溶解均匀，机械搅拌的转速为1500rpm，搅拌时间为30min，制得粘结剂溶液；

(2)复合导电浆料的制备：将步骤(1)中得到的复合导电干粉加入到粘结剂溶液中，先经机械搅拌充分混合后，再用高速剪切乳化机进行剪切分散，高速剪切乳化机的工作频率为50hz，高速剪切时间为30min，制得分散均匀稳定的石墨烯复合导电浆料。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。