一种高稳定性的石墨烯浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性的石墨烯浆料及其制备方法。它由如下原料制成：天然石墨鳞片，含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液，粉体添加物，添加剂。本发明专利技术通过改进石墨烯原料的处理工艺以及浆料的制备工艺，使所得的石墨烯浆料在室温下和高温下存储具有较好的稳定性，解决了市场上类似产品不能在室温或高温环境下长期储存，放置时间过长则会出现沉降比较严重的问题。

High stability graphene slurry and preparation method thereof

The invention discloses a high stability graphene slurry and a preparation method thereof. It is made from the following raw materials: natural graphite flake, containing intercalation agent, auxiliary intercalation agent and oxidant mixture, powder additive, additive. By improving the processing technology of graphene raw material and the preparation process of the slurry, the obtained graphene slurry has better stability in storage at room temperature and high temperature, and solves the problem that similar products in the market can not be stored for a long time at room temperature or high temperature, and if the storage time is too long, the settlement will be serious. Question.

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的石墨烯浆料及其制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯浆料，特别涉及一种高稳定性的石墨烯浆料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是碳材料的新成员，它是由碳原子以sp2杂化轨道组成的只具有一个原子层厚度的单层片状结构材料，这种独特的二维结构，赋予石墨烯一系列优异的物理化学性质，如高的机械强度、超高的导热导电性质、极大的比表面积等。石墨烯片层间的范德华力作用力强，并且容易重新堆积，使石墨烯的制备及保持是一个巨大的挑战。石墨烯分散液及浆料制备是主要工艺之一是机械剥离法，即用机械而非化学的方法在有机溶剂或水中剥离石墨稀,这种方法的优点在于不会引入化学物质，缺陷较少，导电性能较好，产品综合性能非常好。石墨烯浆料作为产品要保持长期固含量及粘度的稳定性，是非常关键的物性,很少有技术或专利提出有效的解决办法。如CN104959050A(CN201510214408.3)提到了石墨烯分散液的稳定性差的问题，提出了高分散、高稳定性、高浓度、高产率的寡层石墨烯分散液制备方法，但没有石墨烯的层数及其稳定性能(如粘度，固含量随存储时间的变化等)的任何测试及数据；CN103496691A(ZL201310416660.3)提供了一种通过将氧化石墨烯分散液冷冻至零下80度，升温后在调节的酸碱度下还原，分离和再分散的方法，得到分散性好，能够稳定存在的石墨烯分散液，并用扫描电子显微镜观察了其中的石墨烯，但也没有其片层厚度及分散液稳定性能(如粘度，固含量随存储时间的变化等)的任何测试及数据；CN105642184A(CN201510770154.3)提出了用苯胺低聚物作为石墨烯分散剂可大幅提升石墨烯在分散介质中的分散度、分散稳定性及再分散性能，但从实施例子看只有在石墨烯浓度为3mg/ml(即0.3％重量百分比)以下能形成稳定的分散液，也没有其片层厚度及分散液稳定性能(如粘度，固含量随存储时间的变化等)的任何测试及数据；CN104464883A(CN201410828734.9)提出了一种含表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料，其中包含了表面吸附分散剂的石墨烯1～10％、导电填料20-50％、溶剂40～70％、有机粘结剂5～15％等，改进了成膜后方块电阻及表面粗糙度度，但没有提供的其中石墨烯片层厚度及分散液稳定性能(如粘度，固含量随存储时间的变化等)的任何测试及数据。
技术实现思路
本专利技术为弥补当前技术中所存在的不足，通过对石墨烯原料处理及浆料制备工艺改进，在其优异电化学性能基础上，进一步提升石墨烯浆料的存储稳定性，解决了市场类似浆料因在室温或高温环境下长期存储后，浆料的应用性显著降低的弊端。该石墨烯浆料可以应用于锂离子电池领域中，显著提高电池性能。一种高稳定性的石墨烯浆料，由如下原料制成：天然石墨鳞片，含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液，粉体添加物，添加剂。所述插层剂为浓硫酸、硝酸、氯化铁、高氯酸、磷酸中的一种或几种；所述辅助插层剂为硝酸、乙酸、丙酸及醋酸酐中的一种或几种；所述氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、双氧水中的一种或几种；其中插层剂、辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液中，插层剂与辅助插层剂体积比为1：2到5:1之间，混合插层剂与氧化剂的质量比8:1到50:1之间。所述粉体添加物为碳纳米管和/或炭黑。所述添加剂为羧甲基纤维素钠，聚偏氟乙烯，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，醋酸纤维素等中的一种或几种。上述高稳定性的石墨烯浆料的制备方法，按照如下步骤进行：(1)将天然石墨鳞片先进行预提纯，而后置于含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液中,搅拌，搅拌停止后，相继经过洗涤、过滤及干燥，然后将处理好的石墨鳞片置于马弗炉中,在空气氛围下，于高温环境中快速膨胀，得到具有蓬松的石墨蠕虫，进行粉碎处理，获得石墨烯原料粉体A；(2)将步骤(1)中得到的石墨烯原料粉体A,进一步在超临界状态下对粉体高压膨化处理，之后/或在气体氛围中进行高温热处理，得到一种处理后的石墨烯原料粉体B；(3)将步骤(2)中得到的石墨烯原料粉体B，粉体添加物，加入到含有一种或几种添加剂的油性或水性体系中，预混强力搅拌进行分散处理，得到石墨烯原料分散液，并将石墨烯原料分散液进行超声处理，得到初步剥离的石墨烯浆料C；(4)将步骤(3)得到的石墨烯浆料C,置于砂磨罐中进行砂磨，过滤后，得到石墨烯浆料D；(5)将步骤(4)得到的石墨烯浆料D再进行超声或高压分散处理，最终得到稳定性较好的石墨烯浆料。步骤(1)中，所述天然石墨鳞片粒径为20-500目，高温环境热处理温度为650-950℃,得到不同粉碎程度的石墨烯原料粉体比表面积为20-150g/m2,其视密度为0.02-0.2g/cm3。步骤(2)中，所述所述超临界状态所使用的介质为二氧化碳、DMF、NMP、乙醇中的一种或一种以上，温度在10-500℃，压力在5-200Mpa；步骤(2)中，高温热处理所使用的气体为甲烷、丙烯或氢气，温度为600-1200℃。步骤(3)中，油性体系中的分散介质主要为NMP、DMF、THF中的一种或几种；分散体系中石墨烯原料粉体投料量为0.5％-12％,添加剂的质量比为0.05-12％,预混时间为0.5-4h,超声处理过程中，其功率为50-3000W,超声时间为0.5-24h。步骤(4)中，所述砂磨处理过程中，砂磨珠直径为0.2-1.6mm,砂磨珠占比20％-98％，砂磨转速为100-8000rpm,砂磨时间为0.5-48h，得到的石墨烯浆料的粘度为50-80000mPa.s。步骤(5)中，所述再超声处理，其参数为其功率为50-3000W,超声时间为0.5-24h。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过改进石墨烯原料的处理工艺以及浆料的制备工艺，使所得的石墨烯浆料在室温下和高温下存储具有较好的稳定性，解决了市场上类似产品不能在室温或高温环境下长期储存，放置时间过长则会出现沉降比较严重的问题。附图说明图1是石墨烯浆料的透射电镜图。图2是石墨烯浆料的扫描电镜图。图3是含碳纳米管的石墨烯浆料的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1取粒径为50目的天然石墨鳞片，使用氢氟酸预提纯，而后置于含有浓硫酸、高锰酸钾的混合液中，混合液中含浓硫酸18mL,高锰酸钾0.6g,搅拌30分钟后，并相继经过洗涤、过滤及干燥，然后将得到的酸化石墨鳞片置于马弗炉中,于800℃下快速膨胀60s，将得到蓬松的石墨蠕虫进行粉碎，获得石墨烯原料粉体。随后将6％的石墨烯原料粉体,0.5％的分散添加剂a以及NMP按照配比投料，预混1h后，进行砂磨10h，得到石墨烯浆料编号为G1，浆料中石墨烯层数如附图1所示。实施例2取粒径为50目的天然石墨鳞片，使用氢氟酸预提纯，而后置于含有浓硫酸、高锰酸钾的混合液中，混合液中含浓硫酸18mL,高锰酸钾0.6g,搅拌30分钟后，并相继经过洗涤、过滤及干燥，然后将得到的酸化石墨鳞片置于马弗炉中,于800℃下快速膨胀60s，将得到蓬松的石墨蠕虫进行粉碎，获得石墨烯原料粉体。随后将6％的石墨烯原料粉体，3％的分散添加剂a以及NMP按照配比投料，预混1h后，进行砂磨10h，得到石墨烯浆料编号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高稳定性的石墨烯浆料，其特征在于，由如下原料制成：天然石墨鳞片，含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液，粉体添加物，添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性的石墨烯浆料，其特征在于，由如下原料制成：天然石墨鳞片，含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液，粉体添加物，添加剂。2.根据权利要求1所述高稳定性的石墨烯浆料，其特征在于，所述插层剂为浓硫酸、硝酸、氯化铁、高氯酸、磷酸中的一种或几种；所述辅助插层剂为硝酸、乙酸、丙酸及醋酸酐中的一种或几种；所述氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、双氧水中的一种或几种；其中插层剂、辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液中，插层剂与辅助插层剂体积比为1：2到5:1之间，混合插层剂与氧化剂的质量比8:1到50:1之间。3.根据权利要求1所述的高稳定性的石墨烯浆料，其特征在于，所述粉体添加物为碳纳米管和/或炭黑。4.根据权利要求1所述的高稳定性的石墨烯浆料，其特征在于，所述添加剂为羧甲基纤维素钠，聚偏氟乙烯，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，醋酸纤维素等中的一种或几种。5.权利要求1所述高稳定性的石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：(1)将天然石墨鳞片先进行预提纯，而后置于含有插层剂,辅助插层剂以及氧化剂组成的混合液中,搅拌，搅拌停止后，相继经过洗涤、过滤及干燥，然后将处理好的石墨鳞片置于马弗炉中,在空气氛围下，于高温环境中快速膨胀，得到具有蓬松的石墨蠕虫，进行粉碎处理，获得石墨烯原料粉体A；(2)将步骤(1)中得到的石墨烯原料粉体A,进一步在超临界状态下对粉体高压膨化处理，之后/或在气体氛围中进行高温热处理，得到一种处理后的石墨烯原料粉体B；(3)将步骤(2)中得到的石墨烯原料粉体B，粉体添加物，加入到含有一种或几种添加剂的油性或水性体系中，预混强力搅拌进行分散处理，得到石墨烯原料分散液，并将石墨烯原料分散液进行超声处理，得到初步剥离的石墨烯浆料C...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛鸥，钟国星，张美杰，郑涛，陈镤，
申请(专利权)人：江苏天奈科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32