一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备；(2)氧化石墨烯水溶液的制备；(3)氧化石墨烯水相溶液的制备；(4)石墨烯复合微球的制备；(5)将石墨烯复合微球通过高压喷雾到喷雾塔中，喷雾塔中设置温度为150‑800℃高速旋流的热气体，通过干燥、离散、旋流分级，得到氧化石墨烯复合微球导电粉。一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法，以干粉状形式存在，在锂电池电极活性材料中具有良好的流动分散性，有效克服了团簇；利用氧化石墨烯、间苯二酚、甲醛间形成强的化学键作用力，将氧化石墨烯片连接起来从而自组装生成氧化石墨烯复合微球。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池导电材料领域，具体涉及一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法。
技术介绍
目前用于锂离子电池的正极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，它们都是半导体或者绝缘体，导电性较差，因而必须改善其导电性能。通过后期入导电剂来改善导电性，无论从生产成本、保证活性材料晶体完整、导电性能提升等均具有优势。特别是随着动力二次锂电池的发展，高性能导电剂发挥了重要的作用。现有市场上的动力锂电池大多采用碳纳米管、导电炭黑、石墨烯或这几种材料复合而成。在产品的电化学性能上，单纯使用导电炭黑或碳纳米管、或采用导电炭黑与碳纳米管复合的产品，电池的循环寿命、能量密度等主要参数很难有提升空间。石墨烯拥有优异的机械和电性能,其室温下载流子迁移率达2.5×105cm2·V-1·S-1，热导率高达5300W·m-1·K-1，理论比表面积高达2630m2·g-1，电阻率只约10-8Ω·m，超大的比表面积和超高的电导率使得石墨烯在提升锂电池导电性能方面极具优势。然而，石墨烯的获取困难，特别是随着石墨烯层数的减少，纳米尺寸性导致极易出现团聚和沉降。这些因素致使在电极活性材料中难以分散，无法获得高效的导电网络。为了使石墨烯良好的分散,目前已有将石墨烯制备成浆料。如：申请号为201510474145.X的专利技术专利公开了一种石墨烯浆料的制备方法和应用，该石墨烯浆料用于锂离子电池中可以提升锂离子电池倍率性能和循环性能。其主因是浆料态使石墨烯的分散更为完善，从而石墨烯的导电性能得到了发挥。然而，由于导电剂作用效果的好坏有很大程度决于颗粒的大小和与活性物质的接触方式,片形石墨烯与电池活性材料接触后会形成团簇，由于石墨烯过高的比表面特性，使其与活性材料构成的团簇体过大，从而导致石墨烯无法形成有效的导电网络。一个更为主要的因素是，石墨烯与锂电池活性材料构成的团簇体会消耗活性物质的质量，甚至导致电容量降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法，以干粉状形式存在，在锂电池电极活性材料中具有良好的流动分散性，有效克服了团簇。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备将鳞片状石墨放入到硝酸钠和浓硫酸的混合物中，在冰水浴条件下均匀磁力搅拌；将高锰酸钾缓慢加入混合溶液中，控制混合溶液温度低于20℃并磁力搅拌1-3h,然后在水浴条件下控制混合溶液温度35-50℃并磁力搅拌1-2h；再向混合溶液中加入温度为70℃去离子水，最后加入质量百分浓度为30％的双氧水后得到亮黄色混合溶液，用去离子水离心洗涤至pH为6-8后得到氧化石墨烯；(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散，制备成质量浓度为0.5-10mg/ml的氧化石墨烯水溶液；(3)向步骤1中得到的氧化石墨烯水溶液中加入间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠，超声分散20-30min,得到氧化石墨烯水相溶液；(4)将环乙烷和失水山梨糖醇脂肪酸酯倒入三口烧瓶中，在600rpm/min的转速下加热至40-60℃，加入步骤3中得到的氧化石墨烯水相溶液，搅拌反应1-2h,得到氧化石墨烯复合微球溶液，滤除大部分液相，得到氧化石墨烯复合微球，将氧化石墨烯复合微球在氮气气氛中高温裂解，得到石墨烯复合微球；(5)将石墨烯复合微球通过高压喷雾到喷雾塔中，喷雾塔中设置温度为150-800℃高速旋流的热气体，通过干燥、离散、旋流分级，得到氧化石墨烯复合微球导电粉。优选的，所述的一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，步骤1中，鳞片状石墨与硝酸钠的质量比为1:0.8-2，鳞片状石墨与浓硫酸的用量比为1:80-130，鳞片状石墨与高锰酸钾的质量比为1:8-13，浓硫酸与70℃去离子水的用量比为1:2-3，浓硫酸与质量百分浓度30％双氧水的用量比为1:0.2-1。优选的，所述的一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，步骤3中，氧化石墨烯水溶液、间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠的质量比为80-90:2-5:2-6:1-3。优选的，所述的一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，步骤4中，环乙烷、失水山梨糖醇脂肪酸酯、氧化石墨烯水相溶液的质量比为2-6:3-5:90-100。本专利技术具有以下有益效果：一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池及其制备方法，以干粉状形式存在，在锂电池电极活性材料中具有良好的流动分散性，有效克服了团簇；利用氧化石墨烯、间苯二酚、甲醛间形成强的化学键作用力，将氧化石墨烯片连接起来从而自组装生成氧化石墨烯复合微球。氧化石墨烯由于其具有疏水性的碳表面和边缘的亲水性的含氧官能团，表现为两亲性，在反应过程中，巧化石墨巧会聚集在水/油相界面上，且氧化石墨烯复合微球的形成依靠的是氧化石墨烯的含氧官能团与间苯二酚甲醛分子间的化学键作用力。氧化石墨烯复合微球在氮气气氛中高温裂解，复合微球中的含氧官能团会结合碳原子生成气体小分子，最后得到石墨烯复合微球，同时氧化石墨烯还原成石墨烯；将石墨烯复合微球通过高压喷雾到喷雾塔中，喷雾塔中设置温度为150-800℃高速旋流的热气体，通过干燥、离散、旋流分级，得到氧化石墨烯复合微球导电粉。具体实施方式实实施例1一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备将鳞片状石墨放入到硝酸钠和浓硫酸的混合物中，在冰水浴条件下均匀磁力搅拌；将高锰酸钾缓慢加入混合溶液中，控制混合溶液温度低于20℃并磁力搅拌1h,然后在水浴条件下控制混合溶液温度35℃并磁力搅拌1h；再向混合溶液中加入温度为70℃去离子水，最后加入质量百分浓度为30％的双氧水后得到亮黄色混合溶液，用去离子水离心洗涤至pH为6后得到氧化石墨烯；鳞片状石墨与硝酸钠的质量比为1:0.8，鳞片状石墨与浓硫酸的用量比为1:80，鳞片状石墨与高锰酸钾的质量比为1:8，浓硫酸与70℃去离子水的用量比为1:2，浓硫酸与质量百分浓度30％双氧水的用量比为1:0.2；(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散，制备成质量浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液；(3)向步骤1中得到的氧化石墨烯水溶液中加入间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠，超声分散20min,得到氧化石墨烯水相溶液；氧化石墨烯水溶液、间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠的质量比为80:2:2:1；(4)将环乙烷和失水山梨糖醇脂肪酸酯倒入三口烧瓶中，在600rpm/min的转速下加热至40℃，加入步骤3中得到的氧化石墨烯水相溶液，搅拌反应1h,得到氧化石墨烯复合微球溶液，滤除大部分液相，得到氧化石墨烯复合微球，将氧化石墨烯复合微球在氮气气氛中高温裂解，得到石墨烯复合微球；环乙烷、失水山梨糖醇脂肪酸酯、氧化石墨烯水相溶液的质量比为2:3:90；(5)将石墨烯复合微球通过高压喷雾到喷雾塔中，喷雾塔中设置温度为150℃高速旋流的热气体，通过干燥、离散、旋流分级，得到氧化石墨烯复合微球导电粉。实施例2一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备将鳞片状石墨放入到硝酸钠和浓硫酸的混合物中，在冰水浴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备将鳞片状石墨放入到硝酸钠和浓硫酸的混合物中，在冰水浴条件下均匀磁力搅拌；将高锰酸钾缓慢加入混合溶液中，控制混合溶液温度低于20℃并磁力搅拌1‑3h,然后在水浴条件下控制混合溶液温度35‑50℃并磁力搅拌1‑2h；再向混合溶液中加入温度为70℃去离子水，最后加入质量百分浓度为30％的双氧水后得到亮黄色混合溶液，用去离子水离心洗涤至pH为6‑8后得到氧化石墨烯；(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散，制备成质量浓度为0.5‑10mg/ml的氧化石墨烯水溶液；(3)向步骤1中得到的氧化石墨烯水溶液中加入间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠，超声分散20‑30min,得到氧化石墨烯水相溶液；(4)将环乙烷和失水山梨糖醇脂肪酸酯倒入三口烧瓶中，在600rpm/min的转速下加热至40‑60℃，加入步骤3中得到的氧化石墨烯水相溶液，搅拌反应1‑2h,得到氧化石墨烯复合微球溶液，滤除大部分液相，得到氧化石墨烯复合微球，将氧化石墨烯复合微球在氮气气氛中高温裂解，得到石墨烯复合微球；(5)将石墨烯复合微球通过高压喷雾到喷雾塔中，喷雾塔中设置温度为150‑800℃高速旋流的热气体，通过干燥、离散、旋流分级，得到氧化石墨烯复合微球导电粉。...

【技术特征摘要】
1.一种高性能石墨烯复合微球导电粉用于锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯的制备将鳞片状石墨放入到硝酸钠和浓硫酸的混合物中，在冰水浴条件下均匀磁力搅拌；将高锰酸钾缓慢加入混合溶液中，控制混合溶液温度低于20℃并磁力搅拌1-3h,然后在水浴条件下控制混合溶液温度35-50℃并磁力搅拌1-2h；再向混合溶液中加入温度为70℃去离子水，最后加入质量百分浓度为30％的双氧水后得到亮黄色混合溶液，用去离子水离心洗涤至pH为6-8后得到氧化石墨烯；(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散，制备成质量浓度为0.5-10mg/ml的氧化石墨烯水溶液；(3)向步骤1中得到的氧化石墨烯水溶液中加入间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠，超声分散20-30min,得到氧化石墨烯水相溶液；(4)将环乙烷和失水山梨糖醇脂肪酸酯倒入三口烧瓶中，在600rpm/min的转速下加热至40-60℃，加入步骤3中得到的氧化石墨烯水相溶液，搅拌反应1-2h,得到氧化石墨烯复合微球溶液，滤除大部分液相，得到氧化石墨烯复合微球，将氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成如，
申请(专利权)人：山东星火科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37