一种锂离子电容器电极浆料中复合导电剂的分散方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超级电容器技术领域，尤其是涉及一种锂离子电容器电极浆料中复合导电剂的分散方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器因其具有功率高、使用寿命长和充电速度快等优点而被业界广泛关注，但常规超级电容器电极片的电极材料通常由碳基活性材料(如活性炭)和粘结剂制成，存在电压低、能量密度低的缺陷，在很多方面的应用都受到了限制。因此，为提高超级电容器的电压和能量密度，现有的超级电容器电极片在制备时会在碳基活性材料中掺入含锂材料。
[0003]但是含锂材料的电子电导率都比较低，因此在电极片浆料的制备过程中需要加入导电剂改善其导电性，常用的导电剂主要为颗粒状的导电炭黑、碳纤维等。传统的浆料的制备方法为:将活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂按照一定配比同时加入搅拌机或者分散机中进行搅拌一定时间后，即得极片浆料。
[0004]然而由于导电炭黑等导电剂颗粒小，很容易团聚，很难在有机溶剂中分散，另外，使用单一的导电炭黑或者碳纤维等导电剂不能很好的构成导电网络，很难达到大幅改善功率性能的需要。因此，在锂离子电容器电极浆料的制备过程中，如何选择合适的导电剂并使导电剂均匀分散，对于提高锂离子电容器的电性能具有重要意义。
[0005]CN102496476A，申请公布日2012.06.13的中国专利公开了一种超级电容器浆料制备方法，具体公开了:将平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和磨球放入球磨罐中球磨成超级电容器电极用浆料。该制备方法将活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和磨球放入球磨罐中球磨成超级电容器电极用浆料，其不足之处在于:通过球磨导电剂并不能均匀分散并包裹在电极活性物质(即活性炭)的表面，且球磨的工作效率低；另外导电剂为乙炔黑、导电碳黑、导电石墨和碳纤维中的一种或几种，这些碳基导电剂只是镶嵌在活性炭之间，并不能在活性炭表面形成良好的导电网络结构，对于电极片导电率的提高效果有限。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决现有技术的锂离子电容器电极浆料中的导电剂不易分散，不能有效形成导电网络结构的问题，提供了一种锂离子电容器电极浆料中复合导电剂的分散方法，本发明工艺步骤简单，可操作性强，适合工业化生产，能使复合导电剂均匀分散并形成立体的导电网络结构，在保持电容较高比能量的同时，功率性能得到显著改善。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种锂离子电容器电极浆料中复合导电剂的分散方法，包括以下步骤:
(I)称料:按0.5-14.5%石墨烯，5.5-14.5%碳纳米管，余量为导电碳黑的配比称取各组分，其中石墨烯、碳纳米管和导电碳黑构成复合导电剂，同时称取为复合导电剂质量4~9倍量的N-甲基吡咯烷酮和为复合导电剂质量5~15%的表面活性剂，待用。本发明对导电剂进行了筛选，以石墨烯、碳纳米管和导电碳黑作为导电剂，其中导电炭黑为球体结构，石墨烯为由碳原子构成的单层片状结构，碳纳米管主要为由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管结构，三种导电剂呈现不同的结构，当三种导电剂混合分散时，以导电炭黑为中心，碳纳米管的两端分别连接相邻的导电炭黑上从而将不同的导电炭黑串接起来形成立体的导电网络结构，石墨烯则会包裹在导电碳黑表面形成复合导电颗粒以进一步提高导电率，本发明复合导电剂的导电率相比单一的导电剂或者形成平面状导电网络的导电剂相比，导电率能得到明显改善；表面活性剂可以改善碳基导电剂在有机溶剂中的表面浸润性能和分散效果。
[0008](2)分步加料分散:先将导电炭黑与N-甲基吡咯烷酮、表面活性剂混合后进行超声分散，接着加入碳纳米管进行第一次高速分散，最后加入石墨烯进行第二次高速分散即可。本发明先将导电炭黑与N-甲基吡咯烷酮、表面活性剂混合后进行超声分散以保证导电碳黑充分均匀分散，同时辅以表面活性剂以提高分散效果，再依次加入碳纳米管、石墨烯进行高速分散以形成立体的导电网络结构，各组分的加入步骤极为重要，否则得不到立体的导电网络结构，超声分散与机械分散工艺步骤简单，成本低，且易操作。
[0009]作为优选，步骤(I)中，所述导电碳黑的粒径10~50nm。
[0010]作为优选，步骤(I)中，所述碳纳米管管径为50~100nm。
[0011]作为优选，步骤(I)中，所述表面活性剂为亚麻酸、十六烷基三甲基溴化铵、硬脂酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
[0012]作为优选，步骤(2)中，超声分散的工艺条件为:频率15~20KHz，功率200~300W，超声时间20~30min。
[0013]作为优选，超声分散期间每隔l~3min向料液中通入氢气，每次氢气通入时间5~10S，通入量为0.3-0.5m3/ho超声分散时超声波会在分散物料中形成驻波，使得导电炭黑会受机械力的作用而聚集在波节处，不利于进一步分散，为解决这一问题，本发明在进行超声分散时间断性地通入氢气以使有分散物料从下向上翻滚，破坏超声波在分散物料中所形成的横向的驻波，避免导电碳黑在在波节处发生聚集，氢气密度小，通入后会迅速逸出，使用效果好。
[0014]作为优选，步骤(2)中，第一次高速分散与第二次高速分散的工艺参数为:转速为6000~10000r/min,分散时间为 30~60min。
[0015]作为优选，步骤(2)中，第一次高速分散与第二次高速分散均在真空条件下进行。在真空条件下进行分散以去除气泡，避免影响物料的分散均匀性。
[0016]因此，本发明具有如下有益效果:
(1)对导电剂进行了筛选，以石墨烯、碳纳米管和导电碳黑作为导电剂，三者协同配合以形成立体的导电网络结构，有利于改善导电率；
(2)对加料步骤和分散方式进行了改进，分散效果好，工艺步骤简单，可操作性强，适合工业化生产。
【具体实施方式】
[0017]下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0018]在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
[0019]实施例1
(I)称料: