一种高稳定性石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，包括以下步骤，首先将分散剂和/或粘结剂、高导电石墨烯和有机溶剂进行第一高速剪切分散，再经过第一研磨和超声分散后，得到石墨烯浆料；将分散剂和/或粘结剂、碳纳米管和有机溶剂进行第二高速剪切分散，再经过第二研磨后，得到碳纳米管浆料；然后将上述步骤得到的石墨烯浆料和碳纳米管浆料进行混合后，得到石墨烯复合导电浆料。本发明专利技术得到了能够在低粘度的条件下，仍然具有较高稳定性的石墨烯/碳纳米管复合浆料，低粘度有利于导电浆料的均匀涂布，丰富的空间网状结构和高稳定性能够实现较好的电子、离子传输效果，更好的发挥石墨烯和碳纳米管的性能。

Preparation of graphene / carbon nanotubes composite conductive paste with high stability

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备方法
本专利技术属于石墨烯
，涉及一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，尤其涉及一种高稳定性石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、白放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源、便携式电子产品和新能源交通工具的主要选择对象。尤其是在实际应用中，锂离子电池已经成为各类便携式电子设备的理想能源，例如笔记本电脑，手机等，也是当今国际上公认的理想的新能源汽车能量储存和输出电源。因此，锂离子电池及其相关材料一直是科研人员的研究热点。正极材料是锂离子电池核心部分之一，决定着锂离子电池的性能，而目前限制锂离子动力电池能量密度、功率密度、循环寿命及安全性的最大瓶颈大多在于正极材料技术。随着新能源电池产业的发展，除了对正极活性材料的持续关注外，业内对于高性能锂电正极材料导电剂需求也越来越高，而且锂电的正极材料往往都存在导电性不佳的问题。现有工艺中，目前使用的较为稳定的导电剂为导电炭黑、导电石墨等材料，而这类导电剂材料的导电性能仍然有待提高，因而，找到一种性能更好的新型导电添加剂，解决正极导电剂存在的问题，变得尤为重要。近几年来，随着基础研究的快速发展，诸多新兴的碳材料得到了广泛的关注，其中最为关注的莫过于石墨烯和碳纳米管。石墨烯因其具有导电性、超高的比表面积、独特的二维网状结构、高强度及高电子迁移率等优异的性能，引起了人们的广泛关注，进而也促进了石墨烯制备技术的快速发展。正是由于具有上述诸多的优异物理化学性质，其在储能材料，环境工程，灵敏传感方面被广泛应用，被称为“黑金”或是“新材料之王”，而且潜在的应用前景广大，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。而碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。也正因为如此，现有的大多相关文献和专利中，都在导电剂材料中指出了含有石墨烯或碳纳米管，又或是实际采用这一种或两种材料后，导电性能得到了提升。然而，现有技术中大多没有针对上述材料进行针对性的工业实用性研究，通常都是将其加入导电浆料中进行应用，然而石墨烯、碳纳米管粉料往往分散较差，特别是碳纳米管粘度大，难分散，而且在浆料中还易沉降，也就是存储稳定性较差，不仅极大地限制了实际工业化过程中的锂电涂布生产，而且实际应用效果远低于预期效果。目前常用的制备导电浆料的方式主要分为两种：化学法，选取合适的添加剂，如分散剂、粘结剂等；物理法，采用分散加工设备，如搅拌剪切、超声、砂磨、球磨等。而往往需要添加不同添加剂，使用多种分散方式，同时化学法与物理法同时使用，但加工后的效果并不明显。因此，为了更好的实现石墨烯和碳纳米管的应用，进一步提高导电浆料的导电性能，克服石墨烯和碳纳米管自身的缺陷，提高其稳定性，是领域内各研发企业所面临的亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，特别是一种高稳定性石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备方法，本专利技术采用特定的加工顺序和添加剂配合，能在低粘度下具有较高的稳定性，而低粘度则大大有利于导电浆料的均匀涂布，从而更好发挥石墨烯和碳纳米管的性能，具有优异的导电性能和稳定性，可作为导电添加剂在锂电池、超级电容器等领域。本专利技术提供了一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将分散剂和/或粘结剂、高导电石墨烯和有机溶剂进行第一高速剪切分散，再经过第一研磨和超声分散后，得到石墨烯浆料；将分散剂和/或粘结剂、碳纳米管和有机溶剂进行第二高速剪切分散，再经过第二研磨后，得到碳纳米管浆料；2)将上述步骤得到的石墨烯浆料和碳纳米管浆料进行混合后，得到石墨烯复合导电浆料；所述石墨烯复合导电浆料中包括分散剂和粘结剂。优选的，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，或者，聚乙烯吡咯烷酮和其余分散剂；所述其余分散剂包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，或者，聚偏氟乙烯和其余粘结剂；所述其余粘结剂包括羟甲基纤维素钠；所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷中的一种或多种；所述高导电石墨烯的含碳量大于等于98％；所述高导电石墨烯的导电率大于等于60000S/m。优选的，所述高导电石墨烯的片径为1～30μm；所述高导电石墨烯的厚度小于等于100nm；所述碳纳米管的管径为1～30nm；所述碳纳米管的长度为1～50μm；所述碳纳米管为多壁碳纳米管。优选的，所述石墨烯复合导电浆料，按质量百分比组成，包括：碳纳米管和高导电石墨烯1重量份；分散剂和/或粘结剂0.01～10重量份；有机溶剂89～98.99重量份；所述碳纳米管与高导电石墨烯的质量比为1：(0.1～20)；所述高导电石墨烯由石墨经小分子高温可分解化合物插层，再经过高温膨胀和超声球磨剥离后得到。优选的，所述第一高速剪切分散的转速为100～20000rpm；所述第一高速剪切分散的时间为5～30min；所述第一研磨的转速为100～3000rpm；所述第一研磨的时间为1～4h；所述超声分散的功率为500～4000W；所述超声分散的时间为30～120min。优选的，所述第二高速剪切分散的转速为100～20000rpm；所述第二高速剪切分散的时间为5～30min；所述第二研磨的转速为100～3000rpm；所述第二研磨的时间为1～4h；所述混合的方式为超声搅拌混合；所述超声搅拌混合的转速为100～20000rpm；所述超声搅拌混合的功率为500～4000W；所述超声搅拌混合的时间为30～120min。优选的，所述高导电石墨烯由以下步骤制备后得到：A)将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；B)将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；C)将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离后，得到高导电石墨烯。优选的，所述小分子插层剂包括小分子高温可分解化合物；所述石墨包括石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或多种；所述石墨的粒度为50～10000目；所述石墨的碳含量大于等于70％；所述石墨与小分子插层剂的质量比为1：(1～5)；所述反应的时间为10～30小时；所述反应的温度为0～40℃。<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的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将分散剂和/或粘结剂、高导电石墨烯和有机溶剂进行第一高速剪切分散，再经过第一研磨和超声分散后，得到石墨烯浆料；/n将分散剂和/或粘结剂、碳纳米管和有机溶剂进行第二高速剪切分散，再经过第二研磨后，得到碳纳米管浆料；/n2)将上述步骤得到的石墨烯浆料和碳纳米管浆料进行混合后，得到石墨烯复合导电浆料；/n所述石墨烯复合导电浆料中包括分散剂和粘结剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将分散剂和/或粘结剂、高导电石墨烯和有机溶剂进行第一高速剪切分散，再经过第一研磨和超声分散后，得到石墨烯浆料；
将分散剂和/或粘结剂、碳纳米管和有机溶剂进行第二高速剪切分散，再经过第二研磨后，得到碳纳米管浆料；
2)将上述步骤得到的石墨烯浆料和碳纳米管浆料进行混合后，得到石墨烯复合导电浆料；
所述石墨烯复合导电浆料中包括分散剂和粘结剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，或者，聚乙烯吡咯烷酮和其余分散剂；
所述其余分散剂包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，或者，聚偏氟乙烯和其余粘结剂；
所述其余粘结剂包括羟甲基纤维素钠；
所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷中的一种或多种；
所述高导电石墨烯的含碳量大于等于98％；
所述高导电石墨烯的导电率大于等于60000S/m。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高导电石墨烯的片径为1～30μm；
所述高导电石墨烯的厚度小于等于100nm；
所述碳纳米管的管径为1～30nm；
所述碳纳米管的长度为1～50μm；
所述碳纳米管为多壁碳纳米管。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯复合导电浆料，按质量百分比组成，包括：
碳纳米管和高导电石墨烯1重量份；
分散剂和/或粘结剂0.01～10重量份；
有机溶剂89～98.99重量份；
所述碳纳米管与高导电石墨烯的质量比为1：(0.1～20)；
所述高导电石墨烯由石墨经小分子高温可分解化合物插层，再经过高温膨胀和超声球磨剥离后得到。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一高速剪切分散的转速为100～20000rpm；
所述第一高速剪切分散的时间为5～30min；
所述第一研磨的转速为100～3000rpm；
所述第一研磨的时间为1～4h；
所述超声分散的功率为500～4000W；
所述超声分散的时间为30～120min。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永彬，杨会会，徐亮，马立军，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37