一种用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料及制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯水性导电浆料，由羧甲基纤维素锂和膨胀石墨经制备后得到；所述石墨烯水性导电浆料中含有锂离子；所述石墨烯水性导电浆料中含有石墨烯。本发明专利技术提供的石墨烯水性导电浆料中含有锂离子和石墨烯，而且具有特定的结合方式，不仅有助于石墨烯分散；而且该导电浆料能够在电池应用过程中可提供锂离子，在保持高电子电导率的同时，改善了离子电导率，可有效降低电池内阻，延长电池循环寿命；同时该导电浆料分散性和稳定性好，长时间放置不分层，羧甲基纤维素锂既作为增稠剂又可以做粘结剂，减少了其他助剂的添加，固含量高、降低成本的同时可以提高其综合性能，更不使用其他有机溶剂，受环境影响较小环保、绿色无污染。染。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料及制备方法、应用


[0001]本专利技术属于石墨烯
，涉及一种石墨烯水性导电浆料及其制备方法、应用，尤其涉及一种用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。尤其是在实际应用中，锂离子电池已经成为各类便携式电子设备的理想能源，例如笔记本电脑，手机等，并且被日益广泛的应用于各类电器及电动设备中。然而随着环境和能源问题的日益严峻，新能源的开发与利用日益受到世界各国的重视，锂离子电池在电动汽车和储能领域也有着非常好的应用前景，而同时高能量密度的锂离子电池的开发也迫在眉睫，但是目前的锂离子电池已经无法满足快速发展的电动汽车等新型电子设备的要求，不仅如此，下游行业对能量密度、循环寿命、安全性能、充放电速率等也提出了更高的要求。因此，锂离子电池及其相关材料成为众多厂商和科研人员的研究热点。
[0003]石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料，由于石墨烯具有优异的导电性、导热性、力学性能和化学稳定性等性能，如石墨烯的电子迁移率可达2*104cm2·
V-1
·
S-1
为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达108S/m，可耐受108A/cm2的电流，所以石墨烯作为一种新型导电剂受到了大家的广泛关注。特别是在锂离子电池导电剂上的应用广受青睐。石墨烯可以与活性物质实现点面接触，可以大幅度降低导电剂的用量并提高电极的电子导电率，进一步提高电池能量密度。
[0004]然而，石墨烯的应用并非很简单，虽然现有技术中公开了多种石墨烯应用的方式，如简单的石墨烯以填料或在溶剂中分散与溶剂一块的形式加入，此工艺操作非常简单，但是此工艺加入的石墨烯在锂离子电池中分散不均匀，且由于石墨烯的比表面积大、表面能高，再加上其横向尺寸远远超过厚度，在常规机械搅拌的剪切分散作用下，石墨烯易于卷曲成团，效果并不理想，在加工过程中极易发生不可逆堆垛(堆叠)或者卷曲成团而团聚，而且难以再次打开，这使得石墨烯的分散性较差，更无法发挥其理论上的性能优势。再比如以石墨烯导电浆料的形式加入，通常现有的石墨烯导电浆料大多采用聚偏氟乙烯作为增稠剂和黏结剂，使用有机溶剂如NMP，制备过程复杂，对环境要求较高，对身体有害。同时也存在石墨烯分散困难、稳定性差，工艺复杂，过程冗长等问题，所以应用在锂离子电池中离子导电率较低，而且电池循环寿命和倍率性能仍有很大提升空间。
[0005]因此，如何找到一种方法能够解决上述问题，更好的提高锂离子电池的电化学性能，已成为领域内各研发企业及诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种石墨烯水性导电浆料及其制备
方法，特别是一种用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料，本专利技术通过将羧甲基纤维素锂和石墨烯共同使用，可以对石墨烯起到良好的分散作用。并能更好的提高离子电导率，而且还具有可生物降解，绿色无污染的作用，在降低成本的基础上还大大减少了有机溶剂的排放，环保无毒，同时制备过程简单，条件温和可控，有利于工业化的大规模推广和应用。
[0007]本专利技术提供了一种石墨烯水性导电浆料，由羧甲基纤维素锂和膨胀石墨经制备后得到；
[0008]所述石墨烯水性导电浆料中含有锂离子；
[0009]所述石墨烯水性导电浆料中含有石墨烯。
[0010]优选的，所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层交错分布；
[0011]所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的层数小于等于5层；
[0012]所述锂离子复合在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间；
[0013]所述石墨烯水性导电浆料中还包括导电剂；
[0014]所述石墨烯水性导电浆料为用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料。
[0015]优选的，所述锂离子通过化学键键连在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间；
[0016]所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、导电碳黑、科琴黑和乙炔黑中的一种或多种；
[0017]所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的片径为100～200μm；
[0018]所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的厚度为1～5nm；
[0019]所述导电剂附着在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间，形成导电三维网络；
[0020]所述导电剂聚集在所述石墨烯片层的边缘和/或褶皱处。
[0021]优选的，所述石墨烯水性导电浆料，按原料质量百分比，包括：
[0022][0023]优选的，所述石墨烯水性导电浆料由原料经均质后得到；
[0024]所述导电剂的粒度为3～50μm；
[0025]所述石墨烯水性导电浆料的细度为0.01～50μm；
[0026]所述石墨烯水性导电浆料的pH值为7～8；
[0027]所述石墨烯水性导电浆料的粘度为100～5000cp。
[0028]本专利技术提供了一种石墨烯水性导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]1)将膨胀石墨、羧甲基纤维素锂水溶液经过分散后，得到石墨水分散液；
[0030]2)将上述步骤得到的石墨水分散液经过均质后，得到石墨烯水性导电浆料。
[0031]优选的，所述膨胀石墨为石墨通过热膨胀法或化学膨胀法进行膨胀后得到的；
[0032]所述膨胀石墨包括蠕虫状膨胀石墨；
[0033]所述膨胀石墨的膨胀倍率为100～400；
[0034]所述膨胀石墨的粒径为20～200目；
[0035]所述羧甲基纤维素锂水溶液由羧甲基纤维素锂和水经混合后得到；
[0036]所述混合的转速为200～500r/min；
[0037]所述混合的时间为6～10h；
[0038]所述混合的温度为25～80℃。
[0039]优选的，所述分散的方式包括超声搅拌和/或砂磨；
[0040]所述超声搅拌的时间为60～240min；
[0041]所述超声搅拌的超声频率为20～5000Hz；
[0042]所述超声搅拌的转速为50～1500r/min；
[0043]所述砂磨的时间为20～100min；
[0044]所述砂磨的转速为1000～8000r/min。
[0045]优选的，所述步骤2)具体为：
[0046]将上述步骤得到的石墨水分散液和导电剂经过再次分散和均质后，得到石墨烯水性导电浆料；
[0047]所述再次分散的方式包括超声搅拌和/或砂磨；
[0048]所述均质的压力为20～70MPa；
[0049]所述均质的温度为25～60℃；
[0050]所述均质的时间为0.1～5h；
[0051]所述均质的次数为1～5次。
[0052]本专利技术还提供了上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯水性导电浆料，其特征在于，由羧甲基纤维素锂和膨胀石墨经制备后得到；所述石墨烯水性导电浆料中含有锂离子；所述石墨烯水性导电浆料中含有石墨烯。2.根据权利要求1所述的石墨烯水性导电浆料，其特征在于，所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层交错分布；所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的层数小于等于5层；所述锂离子复合在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间；所述石墨烯水性导电浆料中还包括导电剂；所述石墨烯水性导电浆料为用于锂离子电池的石墨烯水性导电浆料。3.根据权利要求2所述的石墨烯水性导电浆料，其特征在于，所述锂离子通过化学键键连在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间；所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、导电碳黑、科琴黑和乙炔黑中的一种或多种；所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的片径为100～200μm；所述石墨烯水性导电浆料中的石墨烯片层的厚度为1～5nm；所述导电剂附着在石墨烯片层表面和/或石墨烯片层之间，形成导电三维网络；所述导电剂聚集在所述石墨烯片层的边缘和/或褶皱处。4.根据权利要求2所述的石墨烯水性导电浆料，其特征在于，所述石墨烯水性导电浆料，按原料质量百分比，包括：5.根据权利要求2～4任意一项所述的石墨烯水性导电浆料，其特征在于，所述石墨烯水性导电浆料由原料经均质后得到；所述导电剂的粒度为3～50μm；所述石墨烯水性导电浆料的细度为0.01～50μm；所述石墨烯水性导电浆料的pH值为7～8；所述石墨烯水性导电浆料的粘度为100～5000cp。6.一种石墨烯水性导电浆料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明华，马立军，苗力孝，任海永，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：