一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法和用途。本发明专利技术的石墨烯复合导电浆料，按重量份计，包括以下组分：亲水处理的石墨烯5～10份、预处理的短纤维2～5份、木素2～8份、羧甲基纤维素2～8份，腐殖酸2～8份、硫酸钡20～30份、炭黑2～8份、去离子水20‑100份。本发明专利技术制得的石墨烯复合导电浆料，均一性好、稳定性高，由此制成的电池，循环寿命、大电流充放电能力得到提升，电池的低温性能也得到提升。

A graphene composite conductive paste and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法和用途
本专利技术涉及铅酸蓄电池
，具体涉及一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法和用途。
技术介绍
随着科技和经济的快速发展以及人们环保意识的不断提高，用清洁无污染的电动车取代燃油车已经成为人类必然的选择。而铅酸动力电池由于其实现工业化生产时间最长、技术最成熟、性能稳定、可靠、应用领域宽等优点，市场竞争优势明显，所以，铅酸动力电池在很长一段时间内还是会占领着电动车的市场。铅蓄电池尽管具有成本低廉、使用可靠、原材料来源丰富及铅回收率可高达98％等优点，但作为电动自行车用动力电池，仍然面临着比能量和比功率低、循环寿命低、不能进行大电流充放电等问题。研究表明，在铅酸电池负极铅膏中添加碳材料，可以提高其大电流充放电能力、低温性能，抑制表面的不可逆硫酸盐化，从而延长了蓄电池的循环寿命。石墨烯作为新型的纳米碳材料，具有优异的导电性、较大的比表面积，所以将石墨烯作为负极添加剂添加在负极板中，显著提高了负极板的导电能力，使得负极板的充电接受能力提高，增大了铅酸电池的比能量。另外，由于石墨烯具有大的比表面积，提供了硫酸盐化时在碳材料上形成硫酸铅的更多的位点，从而降低了负极板的硫酸盐化。但是，由于石墨烯和铅的比重相差上百倍，所以石墨烯难以直接加入铅膏中并达到均匀混合。因此，如何将石墨烯简单、高效的分散在铅酸电池铅膏中是业界共同关注的焦点问题。CN103367753A公开了一种石墨烯分散液改性的铅酸电池负极铅膏，其重量份比组成为：铅粉3000份、纤维2-5份、石墨烯水系分散液450-600份、乙炔黑10-20份、硫酸钡20-25份、硫酸250-300份和使铅膏视密度控制在4.0±0.5g/cm3的水；所述的纤维为涤纶纤维，所述石墨烯水系分散液是将亲水处理的石墨烯与水按照重量比9-15:1000混合超声分散而成。该专利技术将石墨烯导电浆料作为负极添加剂添加在负极板中，显著提高了负极板的导电能力，使得负极板的充电接受能力提高，增大了铅酸电池的比能量，放电容量显著高于无添加和添加碳纳米管的铅酸电池。但是，该专利技术制得的石墨烯分散液的稳定性和均一性有待进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯复合导电浆料及其制备方法和用途，制得的石墨烯复合导电浆料，均一性好、稳定性高，由此制成，电池的循环寿命、大电流充放电能力、低温性能得到显著提高。本专利技术的目的之一在于提供一种石墨烯复合导电浆料，为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种石墨烯复合导电浆料，按重量份计，包括以下组分：本专利技术中，将石墨烯经过亲水处理，将短纤维经过预处理，解决了石墨烯和短纤维在水中难以分散均匀的问题，可使石墨烯和短纤维与其他添加剂混合时分散均匀，不团聚，由此制成的石墨烯复合导电浆料均一稳定，使制成的电池具有良好的大电流充放电能力，低温性能、循环寿命得到提高。本专利技术中，导电浆料是以水为溶剂，没有添加其他溶剂，无需除杂工序。具体地，本专利技术的石墨烯复合导电浆料，按重量份计，包括以下组分：亲水处理的石墨烯5～10份，例如亲水处理的石墨烯的重量份为5份、6份、7份、8份、9份、10份。预处理的短纤维2～5份，例如预处理的短纤维的重量份为2份、3份、4份、5份。木素2～8份，例如木素的重量份为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份。其中，木素是分散剂，加入到蓄电池的负极板中，减小了活性物质的尺寸，大大增加了表面积。腐殖酸2～8份，例如腐殖酸的重量份为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份。其中，腐殖酸作为负极活性物质的添加剂，它能够吸附在负极的铅晶表面上，使铅得以保持其高分散性，在放电过程中，形成PbSO4不能直接包围的铅粒，防止负极的收缩，对蓄电池的寿命起到非常重要的作用，对提高电池容量和寿命效果明显。羧甲基纤维素2～8份，例如羧甲基纤维素的重量份为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份。其中，羧甲基纤维素作为负极活性物质添加剂，能有效增强负极板的强度，有利于延长电池的使用寿命。硫酸钡20～30份，例如硫酸钡的重量份为20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份。其中，硫酸钡对负极板的性能有重要影响，硫酸钡和硫酸铅是同晶系物质，起着放电产物沉积结晶中心(种子)的作用，并有利于限制晶体的大小。炭黑2～8份，例如炭黑的重量份为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份。其中，炭黑除了能改善活性物质导电性及提高活性物质的孔隙率外，还能在金属铅的结晶过程中调节表面活性物质的分布，聚集吸附过剩的表面活性物质，改善充电接受能力。去离子水20-100份，例如去离子水的重量份为20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份、100份、。石墨烯很轻，与其他原料混合时很难混合均匀，将石墨烯预先经过亲水处理，可以使石墨烯与其他组分混合时分散均匀，本专利技术所述亲水处理的石墨烯是经酸或表面活性剂亲水处理的石墨烯。优选地，所述酸的质量浓度为10～70％，例如酸的质量浓度为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％等。优选地，所述酸为硫酸。优选地，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠和聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的混合物。典型但非限制的组合为，所述混合物为聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、胆酸钠的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇的混合物，纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠的混合物，纤维素纳米晶、胆酸钠的混合物，纤维素纳米晶、聚乙烯醇的混合物，十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠的混合物，十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇的混合物，胆酸钠和聚乙烯醇的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、胆酸钠的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、聚乙烯醇的混合物，纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠的混合物，十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠和聚乙烯醇的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠的混合物，纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠和聚乙烯醇的混合物，聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠和聚乙烯醇的混合物。石墨烯复合导电浆料中的金属含量对于电池的性能影响是致命的，过多的金属含量会严重影响电池的析氢性能，使得电池寿命减短，所以石墨烯复合导电浆料中金属含量越低越好，但石墨烯的实际制备过程中所用的设备较为复杂，原料的来源不易把控，这就使得石墨烯复合导电浆料中金属含量不易控制。本专利技术中，所述石墨烯复合导电浆料中的金属杂质的含量≤40ppm；优选地，所述金属杂质为Fe、Co、Ni、Cu、Mn和Al中的任意一种或至少两种的混合物。短纤维加入的作用是增加机械强度，防止活性物质脱落，提高蓄电池的循环寿命，且提供电解液渗透到基本深处的途径，提升容量，所以短纤维的分散状态直接影响其性能的发挥；常规的干混，短纤维容易存在分散不均匀的现象，然而短纤维表面是疏水的，在水中量过多又会出现团聚的问题，通过强酸氧化处理，或表面活性剂处理可以使短纤维的表面带有亲水基团，提高短纤维的亲水性，从而提高短纤维在水中的分散性。本专利技术中，所述预处理的短纤维为酸或表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合导电浆料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：2.根据权利要求1所述的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述亲水处理的石墨烯是经酸或表面活性剂亲水处理的石墨烯；优选地，所述酸的质量浓度为10～70％；优选地，所述酸为硫酸；优选地，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠和聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的混合物。3.根据权利要求1或2所述的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述石墨烯复合导电浆料中的金属杂质的含量≤40ppm；优选地，所述金属杂质为Fe、Co、Ni、Cu、Mn和Al中的任意一种或至少两种的混合物。4.根据权利要求1-3之一所述的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述预处理的短纤维为酸或表面活性剂处理的短纤维；优选地，所述酸的质量浓度为10～70％；优选地，所述酸为硫酸、硝酸、醋酸、酒石酸和柠檬酸中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述表面活性剂为聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素钠和甲基纤维素中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述短纤维为涤纶纤维或丙纶纤维。5.根据权利要求1-4之一所述的石墨烯复合导电浆料，其特征在于，所述石墨烯复合导电浆料的固含量为50～85wt％；优选地，所述石墨烯复合导电浆料的粘度为2000～10000cp。6.一种如权利要求1-5任一项所述的石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)短纤维的预处理，将短纤维进行预处理，得到预处理的短纤维；2)石墨烯的亲水处理，将石墨烯进行亲水处理，得到亲水处理的石墨烯；3)按配比将步骤2)得到的亲水处理的石墨烯、木素、腐殖酸、羧甲基纤维素、硫酸钡、炭黑预混，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡铜祥，王冬，鲁焱琦，韦士富，
申请(专利权)人：雅迪科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32