基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电极材料领域，具体地涉及基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料及其制备方法。本发明专利技术的基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球20‑50份，分散剂0.2‑3份，纳米钴球溶胶0.5‑4份，碳酸锂2‑5份，单壁碳纳米管0.5‑2份，氧化锗0.05‑0.2份，氧化铋1‑8份。本发明专利技术还公开了基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料的制备方法。采用本发明专利技术材料方法设备获得的基于石墨烯纳米电极材料，与现有技术中银含量相同的电极材料相比，其电阻率明显降低、抗拉强度提高、延伸率明显提高。

Silver based electrode material based on three-dimensional graphene nanospheres and preparation method thereof

The invention relates to the field of electrode materials, in particular to silver based electrode materials based on three-dimensional graphene nanospheres and a preparation method thereof. The silver based electrode material based on the three dimensional graphene nanospheres consists of 100 copies of silver powder, 50 copies of three-dimensional graphene nanospheres, 0.2 dispersions, 3 copies of dispersants, 0.5 nanometer cobalt sol 0.5, 5 copies of lithium carbonate 2, 0.5 single wall carbon nanotubes, 2 copies of single wall carbon nanotubes, 0.05 0.2 of oxide germanium 0.05, oxygen. 1 bismuth bismuth, 8 copies. The invention also discloses a preparation method of silver based electrode material based on three-dimensional graphene nanospheres. Compared with the electrode material of the same silver content in the existing technology, the resistivity of the graphene nano electrode material obtained by the material method of the present invention is obviously lower, the tensile strength is improved and the elongation rate is obviously improved.

【技术实现步骤摘要】
基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料及其制备方法
本专利技术涉及电极材料领域，具体地涉及基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料及其制备方法。
技术介绍
电极材料，是高低压电器开关等仪器仪表中的重要元器件，它担负着电路间接通与断开，同时承载相应电路中电流的任务。在目前的银基电接触材料制备领域，如在银碳电接触材料的制备中，通常采用粉末冶金或者高能球磨分散等方式实现银粉和石墨粉体均匀混合，再对混合粉体进行等静压烧结，挤压成形，切片等工序，从而得到所需的触头材料。但是在加工粉体时，传统的粉末冶金及高能球磨混粉的方式最多只能实现微尺度上的均匀混合，而且常常会导致混合不均匀，并伴随着粉末团聚等现象，这些因素严重地影响着通过烧结粉体得到的材料在机械物理和电学等方面的性能。2003年2月欧盟颁布了《关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质指令》(RoHS指令)和《废旧电子电器》(WEEE指令)对电子电器设备中含Cd材料的应用进行限制，掀起了Ag/CdO替代电接触材料研究的热潮。近十年来，研究人员围绕环保型无Cd电接触复合材料开展了大量的研究工作，主要集中在新材料体系的探索、已有材料体系的改性以及复合材料结构的控制等方面，并成为Ag基复合电接触材料研究发展的趋势。然而，目前研究和应用较多的Ag/SnO2、Ag/ZnO等环保型电接触材料，虽然力学、电学等性能相对优异，但是可加工性能差(特别是当银含量降低至90wt％以下)，导致产品综合性能下降、生产成本增加、成品率降低，极大地阻碍了环保型电接触材料的应用和发展。因此，亟需开发可加工性能优异、生产成本较低的环保型银基电接触材料。专利技术内容为此，本专利技术一方面提供基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球20-50份，分散剂0.2-3份，纳米钴球溶胶0.5-4份，碳酸锂2-5份，单壁碳纳米管0.5-2份，氧化锗0.05-0.2份，氧化铋1-8份。优选地所述基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球30-35份，分散剂0.8-1.5份，纳米钴球溶胶1-2份，碳酸锂3-4份，单壁碳纳米管0.8-1.3份，氧化锗0.1-0.15份，氧化铋2-6份。在一种技术方案中，所述银粉为球形纳米银。在一种技术方案中，所述三维石墨烯纳米球的粒径为30-60nm。在一种技术方案中，所述三维石墨烯纳米球的制备方法为：（1）搭建一个直流电弧放电装置，其中有两个为8mm的纯石墨棒电极，阴极固定在装置的铜基座上。（2）首先装置抽真空至3Pa，然后向其中充入He和C2H2(比例为1︰1)，并使压力维持在80kPa，此时设备电流为120A。（3）当两个电极靠近时，放电开始进行并形成等离子体。当阳极开始反应时，开始旋转阴极并维持阴阳两极的距离为2mm，反应时间为5min，最后有10cm阴极石墨被消耗掉。反应结束后，等装置降到常压后收集反应室墙上的黑色物质，所得到的黑色物质即为三维石墨烯纳米球。三维石墨烯纳米球在一种技术方案中，所述分散剂为PEG200、氧化聚乙烯蜡中的一种或两种。在一种技术方案中，所述纳米钴球溶胶粒径为60-100nm，浓度为35wt%。在一种技术方案中，所述纳米钴球的制备方法为：（1）将纳米钴球加入乙二胺中，搅拌均匀后，在惰性气体的保护下以1000W的微波辐射3h，辐射温度为80℃；（2）将步骤（1）得到的产物在N-甲基吡咯烷酮中超声分散，离心后收集上层清液，即得到纳米钴球溶胶。在一种技术方案中，所述氧化锗与氧化铋的重量比为1:（20-40），优选重量比为1:30。本专利技术的另一方面是披露了基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按照原料配方的比例称取个组分，将纳米钴球溶胶置于搅拌球磨机，在1500r/min的速度下边搅拌边加入三维石墨烯纳米球，充分混合1h，将混合后的溶胶置于超声机中超声30min，加入单壁碳纳米管，继续超声30min得到复合浆料A；（2）将银粉、碳酸锂、氧化锗和氧化铋在去离子水中混合，加入分散剂，以1500r/min的速度搅拌得到复合浆料B；（3）将复合浆料A和复合浆料B等比例混合均匀后置于反应釜中，在200℃的温度下反应12h，自然冷却后，将得到的产物干燥后得到银基复合粉体；（4）将银基复合粉体置于模具中，冷压成型，将成型后的材料放入马弗炉中，在950℃的条件下煅烧5h，得到基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料。在一种技术方案中，所述步骤（2）中复合浆料B的浓度为25wt%。在一种技术方案中，所述步骤（4）中冷压成型的压力为250MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术在现有技术基础上，加入特定配比的氧化锗和氧化铋，降低了电极材料的电阻率；（2）本专利技术在现有技术基础上，加入少量的纳米钴球溶胶和单壁碳纳米管，降低了电极材料的电阻率，抗拉强度明显提高；（3）本专利技术采用特定比例的分散剂，降低了材料的损失率，提高了延伸率；（4）本专利技术的基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料不含镉，对环境友好。参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。具体实施方式参选以下本专利技术的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本专利技术的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本专利技术所述领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。在下文中，将通过实施例对本专利技术进行更详细的描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有特殊说明，所有原料都是市售的。实施例中采用国标测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的分数均为重量分数。具体原料如下：纳米钴球溶胶（平均粒径80nm，浓度为35wt%），所述纳米钴球的制备方法为：（1）将纳米钴球（平均粒径30nm）加入乙二胺中，搅拌均匀后，在氮气的保护下以1000W的微波辐射3h，辐射温度为80℃；（2）将步骤（1）得到的产物在N-甲基吡咯烷酮中超声分散，离心后收集上层清液，即得到所述纳米钴球溶胶。三维石墨烯纳米球（平均粒径50nm），其制备方法为：（1）搭建一个直流电弧放电装置，其中有两个为8mm的纯石墨棒电极，阴极固定在装置的铜基座上。（2）首先装置抽真空至3Pa，然后向其中充入He和C2H2(比例为1︰1)，并使压力维持在80kPa，此时设备电流为120A。（3）当两个电极靠近时，放电开始进行并形成等离子体。当阳极开始反应时，开始旋转阴极并维持阴阳两极的距离为2mm，反应时间为5min，最后有10cm阴极石墨被消耗掉。反应结束后，等装置降到常压后收集反应室墙上的黑色物质，所得到的黑色物质即为三维石墨烯纳米球。其它原料直接购自阿拉丁试剂。实施例1（1）将纳米钴球溶胶1.3重量份置于搅拌球磨机，在1500r/min的速度下边搅拌边加入三维石墨烯纳米球33重量份，充分混合1h，将混合后的溶胶置于超声机中超声30min，加入单壁碳纳米管1重量份，继续超声30min得到复合浆料A；（2）将银粉100重量份、碳酸锂3.6重量份、氧化锗0.1重量份和氧化铋3.6重量份在去离子水中混合，加入PEG2000.8重量份和聚乙烯蜡0.2重量份，以1500r/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，其特征在于，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球20‑50份，分散剂0.2‑3份，纳米钴球溶胶0.5‑4份，碳酸锂2‑5份，单壁碳纳米管0.5‑2份，氧化锗0.05‑0.2份，氧化铋1‑8份。

【技术特征摘要】
1.基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，其特征在于，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球20-50份，分散剂0.2-3份，纳米钴球溶胶0.5-4份，碳酸锂2-5份，单壁碳纳米管0.5-2份，氧化锗0.05-0.2份，氧化铋1-8份。2.如权利要求1所述的基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，其特征在于，由包括如下重量份的原料制备得到：银粉100份，三维石墨烯纳米球30-35份，分散剂0.8-1.5份，纳米钴球溶胶1-2份，碳酸锂3-4份，单壁碳纳米管0.8-1.3份，氧化锗0.1-0.15份，氧化铋2-6份。3.如权利要求1所述的基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，其特征在于，所述银粉为球形纳米银；所述三维石墨烯纳米球的粒径为30-60nm。4.如权利要求1或3所述的基于三维石墨烯纳米球的银基电极材料，其特征在于，所述三维石墨烯纳米球的制备方法为：（1）搭建一个直流电弧放电装置，其中有两个为8mm的纯石墨棒电极，阴极固定在装置的铜基座上；（2）首先装置抽真空至3Pa，然后向其中充入He和C2H2(比例为1︰1)，并使压力维持在80kPa，此时设备电流为120A；（3）当两个电极靠近时，放电开始进行并形成等离子体，当阳极开始反应时，开始旋转阴极并维持阴阳两极的距离为2mm，反应时间为5min，最后有10cm阴极石墨被消耗掉，反应结束后，等装置降到常压后收集反应室墙上的黑色物质，所得到的黑色物质即为三维石墨烯纳米球。5.如权利要求1所述的基于三维石墨烯纳米球...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟学群，刘献珠，刘民，陈建山，杨雪英，
申请(专利权)人：广州市新稀冶金化工有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44