一种石墨烯复合干粉导电剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合干粉导电剂及其制备方法与应用，属于电池技术领域。本发明专利技术中石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，包括以下步骤：S1、预分散；将碳纳米管、石墨烯、炭黑、分散剂和水分散后制得导电剂预分散液；S2、将所述导电剂预分散液剪切乳化、高压均质、纳米研磨和固液分离；所述碳纳米管、所述石墨烯和所述炭黑的质量比为10：1~4：1~4。本发明专利技术制备石墨烯、碳纳米管、炭黑复合的干粉导电剂的分散效果有益，解决了石墨烯和碳纳米管的纳米分散问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合干粉导电剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种石墨烯复合干粉导电剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电极材料是锂离子电池的重要组成部分，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，虽然其在电池中所占的份量较少，但很大程度上影响着锂离子电池的性能，对改善电池循环性能、容量发挥、倍率性能等有着很重要的作用。
[0003]相关技术中，锂离子电池电极片的制备方法通常为：将活性物质粉末、导电剂、粘结剂分散成浆料后涂布在金属箔表面形成电极极片。在电极极片中活性物质应均匀分散且没有团聚，且导电剂颗粒也应分散均匀，从而形成全方位的导电网络，起到多尺度综合提升电子电导率的作用。通常为了达到良好的导电效果，要加入足够量的导电剂，甚至还要加入一定量的分散剂辅助分散。一方面，过量的导电剂会降低活性物质比例，降低了电池能量密度，另外，分散剂的存在也可能会产生一些副反应。
[0004]因此，需要开发一种分散效果好、副反应更少的导电剂。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种石墨烯复合干粉导电剂，该导电剂的干粉分散效果好。
[0006]具体如下，本专利技术提供了一种石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，步骤为：S1、预分散：将碳纳米管、石墨烯、炭黑、分散剂和水分散后制得导电剂预分散液；S2、将所述导电剂预分散液剪切乳化、高压均质、纳米研磨后，收集固相，干燥；所述碳纳米管、所述石墨烯和所述炭黑的质量比为10：1~4：1~4；石墨烯的片径为1μm~50μm；所述炭黑的粒径为1nm~100nm。
[0007]根据本专利技术的制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：本专利技术通过预分散实现了碳纳米管、石墨烯和炭黑的初步分散，然后通过将剪切乳化、高压均质和纳米研磨等工序结合，实现了石墨烯的逐级剥离混合，制得的石墨烯尺寸更为均匀，通过高压均质将导电炭黑插入石墨烯片层之间，以抑制石墨烯的片层回叠。然后以石墨烯的片层结构作为分散碳纳米管的分散基元，将碳纳米管通过纳米研磨物理解离分散在石墨烯的微米片层上。本专利技术制备的石墨烯复合导电剂解决了纳米材料的干粉分散问题，产品只需要简单地搅拌即可完全分散。
[0008]本专利技术制备石墨烯、碳纳米管、炭黑复合的干粉导电剂的分散效果好，解决了石墨烯和碳纳米管的纳米分散问题。
[0009]石墨烯的二维片层结构作为分散碳纳米管的基元载体，在合适的配比下，能使碳纳米管完全分布于石墨烯片层之上，在干燥的过程中阻止碳纳米管重新缠绕团聚，从而影
响复合粉体的分散性。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述分散的分散速率为500rpm~1000rpm。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述分散的时间为30min~60min。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述剪切乳化的速率为4000rpm~6000rpm。
[0013]本专利技术通过将剪切乳化速度控制在上述范围，实现了石墨烯、碳纳米管和炭黑的充分分散。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述剪切乳化的时间为60min~240min。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述高压均质的压力为10MPa~300MPa。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述高压均质的时间为30min~300min。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米研磨的研磨速度为100rpm~1000rpm。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米研磨采用的研磨球为氧化锆球。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米研磨采用的研磨球的直径为0.1mm~5mm。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米研磨的时间为30min~300min。
[0021]本专利技术通过将纳米研磨的参数控制在上述范围，实现了石墨烯、碳纳米管和炭黑的充分分散。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述干燥的温度为100℃~180℃。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述干燥的时间为5h~15h。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述干燥处理后还包括破碎处理。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述破碎处理采用机械磨，辊压磨，球磨，万能粉碎机，气流磨中的一种或几种组合进行。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述破碎处理后粉料的D50为1μm～20μm。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述破碎处理后粉料的D50为4μm～15μm。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述破碎处理后粉料的D90在100μm以下。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述破碎处理后粉料的D50在40μm以下。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述分散剂包括非离子型分散剂和离子型分散剂。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述非离子型分散剂包括PE100(辛基酚聚氧乙烯醚)、SN5040、SN5027、EFKA
‑
4560、迪高Dispers750W、迪高Dispers740W、BYK190、BYK191、羟乙基纤维素、乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、无水乙醇和聚丙烯酸中的至少一种。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述离子型分散剂包括羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素铵中的至少一种。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的片径为2μm~15μm。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的层数在10层以下。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的层数为1层~8层。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的层数为1层~7层。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的层数为3层~6层。
[0038]当石墨烯的层数太厚时，在导电剂的制备过程中，石墨烯容易产生沉降，影响获得导电浆料的导电性能；当上述改性石墨烯的层数太薄时，在导电浆料的制备过程中，改性石墨烯容易漂浮在导电浆料的表面进而产生团聚。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的比表面积为20m2/g～200m2/g。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的比表面积为25m2/g～100m2/g。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯的比表面积为25m2/g～40m2/g。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
[0043]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳纳米管的管径为1nm~100nm。
[0044]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳纳米管的管径为5nm~30nm。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳纳米管的管径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，其特征在于：步骤为：S1、预分散：将碳纳米管、石墨烯、炭黑、分散剂和水分散后制得导电剂预分散液；S2、将所述导电剂预分散液剪切乳化、高压均质、纳米研磨后，收集固相，干燥；所述碳纳米管、所述石墨烯和所述炭黑的质量比为10：1~4：1~4；所述石墨烯的片径为1μm~50μm；所述炭黑的粒径为1nm~100nm。2.根据权利要求1所述的石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，其特征在于：所述石墨烯的层数在10层以下。3.根据权利要求1所述的石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管和所述分散剂的质量比为10:1~4。4.根据权利要求1所述的石墨烯复合干粉导电剂的制备方法，其特征在于：所述剪切乳化的速率为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：文钟强，刘建忠，袁强，刘畅，
申请(专利权)人：湖南金阳烯碳新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：