一种石墨烯复合金属膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯金属复合材料领域，公开了一种石墨烯金属复合膜及其制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将石墨和液相介质混合后进行机械剥离，得到含有石墨和石墨烯的混合物；(2)将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离，收集含有石墨烯的上层清液；(3)将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合，得到含有石墨烯和粘结剂的混合液，并将所述混合液涂覆在金属基底上。本发明专利技术提供的方法制备得到的石墨烯金属复合膜具有更薄的涂层厚度和更低的涂层电阻，由以下实施例可知，所述导电涂层的厚度最薄可达0.2μm，涂层电阻可低至2.2×10-6Ω·cm。并且本发明专利技术的方法简单易行，成本较低，适于推广应用。

Graphene composite metal film and preparation method thereof

The present invention relates to graphene metal composite material field, which discloses a graphene metal composite film and its preparation method, the method includes the following steps: (1) the graphite and liquid mixing and mechanical stripping, to obtain a mixture containing graphite and graphene; (2) the mixture containing graphite and graphene was centrifuged and collected the supernatant containing graphene; (3) the graphene containing the supernatant optionally dried after mixed with binder, mixed liquid containing graphene and binder, and the mixture is coated on the metal substrate. The coating resistance of graphene metal composite membrane prepared by the method provided by the invention has lower coating thickness and thinner, by the following examples shows that the conductive coating thickness of the thin up to 0.2 m, the coating resistance can be as low as 2.2 * 10-6 cm. The method of the invention is simple and easy to operate and has low cost and is suitable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯金属复合材料领域，具体地，涉及一种石墨烯复合金属膜及其制备方法。
技术介绍
随着锂离子电池的应用和市场拓展，大功率充放电、高安全性以及较长使用寿命的动力锂离子电池逐步在市场中占据主导地位，电动工具、电动自行车以及电动汽车市场销售份额每年都在以倍数递增；与此同时，快速充放电、高安全性以及较长使用寿命成为了人们关注的焦点，也成为了限制新能源行业迅速发展的绊脚石，因此，凸显出电池技术尤为重要。常规的锂离子电池极片制作工艺中，正极活性材料浆料直接涂布于金属箔表面，通过粘结剂使活性材料固定于金属箔表面。这种工艺存在金属集流体与活性材料颗粒间接触面积有限，界面电阻大的缺陷；粘结剂的粘结强度有限，因此，优化集流体与活性材料间的界面是提升锂离子电池性能的有效方法。对集流体进行表面处理是减少上述缺陷的主要途径，方法为在集流体表面涂覆含导电材料的薄层(如导电炭黑层)，增强活性材料与集流体间的欧姆接触和粘结强度，减小界面电阻。采用导电碳黑涂层改性金属箔，涂敷厚度受到一定影响，电池能量密度较低。石墨烯是由单层碳原子组成的二维平面结构，它是目前所知的自然界中最薄的材料，其理论厚度仅为0.335nm，这样的结构也赋予了石墨烯优异的性能。石墨烯具有超高的机械强度、良好的导电导热性能以及独特的电学性质，是自然界导电性最高的材料，是集高强度、高韧性、高导热性、超大比表面积等优点于一体的材料，因此采用石墨烯涂层改性金属箔，较炭黑涂层有更优异的导电性、导热性及粘附力。但目前采用石墨烯涂覆金属箔的工艺较为繁琐，成本较高，不适于推广应用，并且所得的石墨烯复合金属膜的涂层电阻仍有待进一步降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述缺陷，提供一种简单易行，成本较低且所得石墨烯复合金属膜的导电涂层电阻更小的石墨烯复合金属膜的制备方法，以及由该方法制备得到的石墨烯复合金属膜。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯金属复合膜的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将石墨和液相介质混合后进行机械剥离，得到含有石墨和石墨烯的混合物；(2)将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离，收集含有石墨烯的上层清液；(3)将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合，得到含有石墨烯和粘结剂的混合液，并将所述混合液涂覆在金属基底上。优选的，所述金属基底为铝箔。优选的，所述液相介质为有机溶剂，将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合。优选的，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。优选的，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇和聚偏氟乙烯中的至少一种。优选的，该方法还包括：在惰性气体的保护下，将固化的石墨烯金属复合层在250-400℃的温度下进行退火。第二方面，本专利技术还提供了由以上所述的方法制备得到的石墨烯金属复合膜。本专利技术提供的方法制备得到的石墨烯金属复合膜具有更薄的涂层厚度和更低的涂层电阻，由以下实施例可知，所述导电涂层的厚度最薄可达0.2μm，涂层电阻可低至2.2×10-6Ω·cm。并且本专利技术的方法简单易行，成本较低，适于推广应用，具有较高的社会效益和经济效益。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。第一方面，本专利技术提供了一种石墨烯金属复合膜的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将石墨和液相介质混合后进行机械剥离，得到含有石墨和石墨烯的混合物；(2)将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离，收集含有石墨烯的上层清液；(3)将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合，得到含有石墨烯和粘结剂的混合液，并将所述混合液涂覆在金属基底上。根据本专利技术，术语“机械剥离”具有本领域公知的含义，是指通过物理方法从石墨中剥离出石墨烯薄层。本专利技术中可以使用任何能够在液相介质条件下将石墨烯薄层从石墨中剥离出来的物理方法。例如，所述机械剥离可以在研磨分散机中实施，所述研磨分散机可以为购自上海依肯机械设备有限公司型号为Cmd2000-4的研磨分散机。本专利技术对所述机械剥离的条件没有特别的限制，只要能够从石墨中剥离出石墨烯薄层即可。优选的，所述机械剥离的操作条件包括：温度为10-20℃，时间为0.5-10小时，剥离的频率为70-90Hz，在这样优选的剥离条件下，本专利技术的专利技术人发现，最终所得的石墨烯的结构更加完整，且产量更高。根据本专利技术，术语“液相介质”是指能够促进石墨的溶解并使其尽量分散从而有助于剥离出石墨烯的液相介质，所述液相介质可以为水溶液的形式，也可以为有机溶剂的形式，本专利技术对此并没有特别的限制。例如，所述液相介质可为分散剂的水溶液和/或有机溶剂。其中，所述分散剂可以选自十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、十六烷基三甲基氯化铵、丁苯橡胶(SBR)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种，本专利技术对分散剂的水溶液的浓度也没有特别的限制，只要能够有助于所述剥离即可，例如，所述分散剂的水溶液的浓度可以为1-5重量％。另外，所述有机溶剂可以选自乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。其中，当所述液相介质为有机溶剂时，所述剥离时间可以为0.5-5小时。其中，所述分散剂的水溶液优选按照如下的步骤进行配置：根据预定的分散剂浓度，量取一定体积的去离子水，然后将一定量的分散剂加入量取的去离子水中，搅拌并超声，至完全溶解，即可得到所述分散剂的水溶液。根据本专利技术，所述液相介质的用量也可以在很宽的范围内选择，只要其能够有利于后续对石墨进行剥离即可。优选的，相对于1重量份的石墨，所述液相介质的用量为10-100重量份。当所述液相介质为有机溶剂时，相对于1g石墨，有机溶剂的用量可以为20-50mL。根据本专利技术，当使用研磨分散机对所述石墨进行研磨时，可以先将石墨加入到所述液相介质中，然后再加入到研磨分散机中进行剥离，或者也可以先将石墨和所述液相介质分别加入到研磨分散机中再进行剥离，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。根据本专利技术，将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离的条件也没有特别的限制，只要能够将石墨烯分离出来即可。优选的，所述离心分离的温度为10-20℃，转速为5000-12000rpm，时间为2-5h。本专利技术步骤(3)中所述含有石墨烯和粘结剂的混合液中石墨烯的浓度优选为1.5-5重量％，粘结剂的浓度优选为3-30重量％，更优选为3-10重量％。因此，本领域技术人员可以根据实际得到的含有石墨烯的上层清液中石墨烯的浓度对其选择性地干燥，以使得最终能够得到如上浓度的含有石墨烯的混合液。另外，如果当所述液相介质为分散剂的水溶液时，优选将含有石墨烯的上层清液进行干燥得到石墨烯纳维片，然后再与如上所述的有机溶剂和粘结剂或者粘结剂混合均匀得到如上浓度的含有石墨烯和粘结剂的混合液。其中，所述干燥的方法例如可以为冷冻干燥。根据本专利技术，用于制备本专利技术的石墨烯金属复合膜的金属基底可以为本领域常规的各种能够导电和/或导热的金属箔基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯金属复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将石墨和液相介质混合后进行机械剥离，得到含有石墨和石墨烯的混合物；（2）将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离，收集含有石墨烯的上层清液；（3）将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合，得到含有石墨烯和粘结剂的混合液，并将所述混合液涂覆在金属基底上。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯金属复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将石墨和液相介质混合后进行机械剥离，得到含有石墨和石墨烯的混合物；（2）将所述含有石墨和石墨烯的混合物进行离心分离，收集含有石墨烯的上层清液；（3）将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合，得到含有石墨烯和粘结剂的混合液，并将所述混合液涂覆在金属基底上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机械剥离的过程在研磨分散机中实施。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述机械剥离的操作条件包括：温度为10-20℃，时间为0.5-10小时，剥离的频率为70-90Hz。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述金属基底为铝箔。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述液相介质为有机溶剂，将所述含有石墨烯的上层清液任选地进行干燥后与粘结剂混合；优选的，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；优选的，相对于1重量份的石墨，所述液相介质的用量为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青春，
申请(专利权)人：北京中科云腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11