介孔石墨烯导电浆料和制备方法及用途技术

一种介孔石墨烯导电浆料，包括介孔石墨烯、导电碳黑以及溶剂。所述介孔石墨烯与导电碳黑的质量比为1:9～1:1。所述介孔石墨烯比表面积为650～750m

Mesoporous graphite conductive slurry, preparation method and use thereof

A mesoporous graphene conductive slurry includes mesoporous graphene, conductive carbon black, and solvent. The mass ratio of the mesoporous graphene to the conductive carbon black is 1:9 to 1:1. The specific surface area of the mesoporous graphene is 650 to 750m

【技术实现步骤摘要】
介孔石墨烯导电浆料和制备方法及用途
本专利技术涉及一种介孔石墨烯导电浆料及其制备方法，以及使用该导电浆料制备的电极极片。
技术介绍
现有的储能器件的电极材料通常是由碳基材料：如活性炭、硬碳、石墨等，和粘结剂构成，但由于碳基材料应用在超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池时电子电导率比较低，通常需要加入导电剂：如炭黑等，增加导电性。传统的电极浆料的制作方法为：将活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂按照一定配比混合，加入搅拌机或者分散机中搅拌一定时间后，即得极片浆料。但此法容易导致导电浆料分散不均匀，而且单独使用一种导电剂不能形成有效的立体导电网络结构。文献ElectrochimicaActa187(2016)，134-142采用了硬碳作为负极材料，粒径为30～50um的炭黑作为导电剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，尽管显示出了锂离子电容器的电化学特征，功率密度达到7.6kW/kg，但由于炭黑与碳基材料之间只是形成了“点-点”接触，不能形成三维的导电网络结构，对材料的电导率提高有限从而限制了其性能。因此本专利技术是为了解决现有的电极导电浆料的分散，以及不易形成高效的导电网络结构和电导率不高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种介孔石墨烯导电浆料及其制备方法和用途。本专利技术制备的石墨烯分散性好、导电率高，可应用于超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池。本专利技术采用以下技术方案：一种介孔石墨烯导电浆料，含有介孔石墨烯、导电碳黑及溶剂。所述介孔石墨烯与导电碳黑的质量比为1：9～1：1，所述介孔石墨烯比表面积为650～750m2/g，孔径分布集中在4nm，石墨烯层数在1～8层之间，电子电导率为10000～14000S/m，氧含量少于2wt％。本专利技术在导电剂中添加石墨烯，利用介孔石墨烯独特的平面结构和电子导电率高的特点，可以与电极活性材料形成“点-面”接触，并结合导电剂中的炭黑，形成高效的三维网状导电结构。所述的溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。所述的导电碳黑为商业化导电碳黑产品，Timcal的SuperC、SuperPLi,日本DENKA公司的乙炔黑、日本科琴黑KetjenBlackECP均可。制备所述的介孔石墨烯的方法如下：步骤1，将金属镁粉与氧化镁粉混合均匀，得到混合粉末，将所述混合粉末放入密封耐压容器中，并在所述混合粉末中埋入钨丝线圈；步骤2，使用分子泵将所述密封耐压容器压力降至2×10-4Pa，向所述密封耐压容器中通入二氧化碳气体，至所述密封耐压容器内压力为0.125-10MPa；步骤3，使用直流电源对所述钨丝线圈施加直流电，所述钨丝线圈产生高温引发金属镁粉与二氧化碳发生反应，得到黑色粉末；步骤4，将步骤3得到的所述黑色粉末置于稀酸中静置后，再使用去离子水抽滤洗涤所述黑色粉末至中性，得到滤饼，将所述滤饼冷冻干燥后得到介孔石墨烯粉体。介孔一般是指孔径为2-50nm。本专利技术使用的介孔石墨烯对比商业化的石墨烯产品具有如下特点：1.介孔石墨烯孔径分布单一，集中在4nm，比表面积为650～750m2/g，层数为1-8之间，有利于电极材料与电解液的充分接触，提高离子电导率，从而提高材料的电化学性能；2.介孔石墨烯电子导电率高达10000～14000S/m，远高于商用的导电型石墨烯，氧含量低于2wt％，作为导电剂与导电炭黑可以形成高效的导电网络，提高电极材料电子导电率，可以有效降低极片内阻；3.石墨烯具有高电容，电池组分与电容组分内并联，能提高电容器的比容量；4.石墨烯中的介孔可以吸附较多的电解液，能有效缩短离子传输距离；5.石墨烯作为二维材料会造成对锂离子扩散行为的阻挡作用，增长了锂离子的扩散路径，而介孔石墨烯可以克服这一缺陷。商用的石墨烯产品，以炭美公司生产的导电型石墨烯为例，其比表面积为400-600m2/g，电子电导率为800-2000S/m，孔径分布不均一，作为导电剂使用性能远不如本专利技术使用的介孔石墨烯。本专利技术制备介孔石墨烯导电浆料的方法如下：步骤1，将10～50质量份的介孔石墨烯加入溶剂中，搅拌分散均匀，得到浆料A；步骤2，在步骤1制得的浆料A中加入50～90质量份的导电碳黑，搅拌混合均匀，得到浆料B；步骤3，将步骤2制得的浆料B超声分散，得到介孔石墨烯导电浆料。所述介孔石墨烯比表面积为650～750m2/g，石墨烯层数在1～8层之间，电子电导率为10000-14000S/m，氧含量少于2wt％。在步骤1中，介孔石墨烯加入溶剂后会悬浮在溶剂表面，搅拌均匀后只需浆料没有悬浮物和成团大颗粒即可。在步骤2中，导电碳黑加入浆料A后，搅拌均匀后只需浆料没有悬浮物和成团大颗粒即可。步骤1中，所述的溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。一种采用本专利技术介孔石墨烯导电浆料制备的电极片，包括集流体和涂布层。所述的涂布层是由含有活性物质、粘结剂和导电剂的浆料涂覆到集流体上得到的，所述的导电剂为本专利技术所述的介孔石墨烯导电浆料。所述的涂布层包含质量分数为80～95％的活性物质，2～10％的导电剂以及3～10％的粘结剂；所述的活性物质为活性炭、石墨、硬碳、软碳、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或者钛酸锂中的一种或多种。所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶或聚偏氟乙烯中的一种或多种。本专利技术具有如下有益效果：(1)使用介孔石墨烯和导电炭黑为导电剂，二者复合之后产生协同作用形成三维导电网络结构，明显改善电极材料的导电性，降低内阻，提升器件的能量与功率性能；(2)对浆料的分散工艺简单而起分散效果很好，易于实现工业化操作。附图说明图1a所示为本专利技术中所使用的介孔石墨烯的扫描电镜图片；图1b所示为本专利技术中所使用的介孔石墨烯的透射电镜图片；图2所示为本专利技术中所使用的介孔石墨烯经氮气等温吸脱附测试所得孔径分布曲线；图3所示为实施例10的介孔石墨烯导电浆料电极极片的扫描电镜图片；图4所示为实施例12的导电浆料电极极片的扫描电镜图片。具体实施方式使用本专利技术介孔石墨烯导电浆料的极片包括正极、负极、将两者隔开的隔膜和电解液，可用于超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池。电极片采用涂布的方法制成：将包含正极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到铝箔上，制成正极电极片；将包含负极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到铝箔或铜箔上，制成负极电极片。超级电容器和锂离子电池的制作具体做法如下：将负极电极片、正极电极片和隔在负极电极片与正极电极片之间的隔膜叠片或卷绕形成电芯，将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体；壳体注入适量电解液后，对壳体进行热封口得到超级电容器和锂离子电池。锂离子电容器可按如下步骤制备：将负极电极片、正极电极片和隔膜叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间；将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体；金属锂电极放入壳体中，金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开；壳体注入过量电解液后，对壳体进行热封口；以金属锂电极作为对电极，对负极进行预嵌锂。最后，取出金属锂电极，倒出多余的电解液，进行真空封口，得到锂离子混合型电容器。以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。一、介孔石墨烯导电浆料的制备方法实施例1步骤1：将10质量份的介孔石墨烯加入导电剂质量30倍量的去离子水中搅拌分散均匀得到浆料A；步骤2：在浆料A中加入90质量份的导电碳黑搅拌混合均匀，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔石墨烯导电浆料，其特征在于，所述导电浆料为含有介孔石墨烯、导电碳黑及溶剂的导电浆料，所述介孔石墨烯与导电碳黑的质量比为1:9～1:1，所述介孔石墨烯比表面积为650～750m

【技术特征摘要】
1.一种介孔石墨烯导电浆料，其特征在于，所述导电浆料为含有介孔石墨烯、导电碳黑及溶剂的导电浆料，所述介孔石墨烯与导电碳黑的质量比为1:9～1:1，所述介孔石墨烯比表面积为650～750m2/g，孔径分布集中在4nm，石墨烯层数在1～8层之间，电子电导率为10000～14000S/m，氧含量少于2wt％。2.根据权利要求1所述的介孔石墨烯导电浆料，其特征在于，所述的溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。3.一种如权利要求1所述的介孔石墨烯导电浆料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：步骤1：将10～50质量份的介孔石墨烯加入溶剂中搅拌分散均匀得到浆料A；步骤2：在步骤1制得的浆料A中加入50～90质量份的导电碳黑，搅拌混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2制得的浆料B超声分散，得到介孔石墨烯导电浆料；所述介孔石墨烯比表面积为650～750m...

【专利技术属性】
技术研发人员：马衍伟，刘文杰，孙现众，张熊，李晨，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11