一种复合导电浆料及其制备方法和应用技术

一种复合导电浆料及其制备方法和应用，属于导电浆料领域。复合导电浆料包含导电材料、助剂以及溶剂，所述导电材料包括三维石墨烯颗粒和复配导电剂，其中，三维石墨烯颗粒通过以碳类材料粉末作为基底垂直生长石墨烯的方法制备得到，粒径为100

【技术实现步骤摘要】
一种复合导电浆料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及导电浆料领域，具体而言，涉及一种复合导电浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]导电浆料在锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等广泛领域具有必不可少的应用价值。锂离子电池正极材料是电池的关键材料之一，一般的，正极活性材料采用过渡金属嵌锂氧化物，如钴锂氧化物、亚铁锂氧化物、锂镍氧化物、锰锂氧化物和三元材料等。大部分正极活性材料存在导电性差、电子电导率低、Li+离子扩散速率低等问题，会出现如内阻较大、倍率循环性能差、比容量低、安全等问题。因此，需要选取合适的导电剂和活性物质以实现两者之间有效的接触，改善正极活性材料的电子电导率和Li+扩散速率。
[0003]对于本领域而言，常用的导电剂有导电石墨、导电碳黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等。由于碳纳米管、石墨烯这类常用的导电剂具有较大的长径比和比表面积，制备浆料时会遇到分散困难，粘度高等问题，且浆料粘度高限制其固含量，增加了生产与运输的成本。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种复合导电浆料及其应用，该复合导电浆料改善了极片电阻率和提高放电比容量；同时，该复合导电浆料中导电材料不易团聚，稳定性好。
[0005]本申请的另一个目的在于提供一种复合导电浆料的制备方法，以克服单一分散工艺导致的浆料分散效果不佳，粒径分布不均一，颗粒存在团聚现象。
[0006]本申请是采用以下技术方案实现的：
[0007]在第一方面，本申请提供了一种复合导电浆料，包含导电材料、助剂以及溶剂，导电材料包括三维石墨烯颗粒和复配导电剂，其中，三维石墨烯颗粒通过以碳类材料粉末作为基底垂直生长石墨烯的方法制备得到，三维石墨烯颗粒粒径为100-300nm，边缘石墨烯厚度为1-3原子层；和/或，复配导电剂包括导电炭黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的任意一种或多种。
[0008]进一步地，在本申请较佳实施例中，导电浆料还包括有润湿剂，润湿剂包括聚乙二醇和/或聚乙烯吡咯烷酮。
[0009]进一步地，在本申请较佳实施例中，导电浆料还包括有表面活性剂，表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯-80、聚乙二醇辛基苯基醚和十六烷基溴化铵中的任意一种或多种。
[0010]进一步地，在本申请较佳实施例中，按质量百分比计，复合导电浆料包括以下组分：
[0011][0012]进一步地，在本申请较佳实施例中，增稠剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、丁苯橡胶、羟甲基纤维素钠和海藻酸钠中的任意一种或多种。
[0013]进一步地，在本申请较佳实施例中，溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、去离子水、无水乙醇和N-二甲基乙酰胺中的任意一种或多种。
[0014]在第二方面，本申请还提供了一种复合导电浆料的制备方法，其包括：对三维石墨烯颗粒、复配导电剂和表面活性剂进行干磨预混处理，然后湿磨。
[0015]进一步地，在本申请较佳实施例中，制备方法包括：
[0016]S1对润湿剂、增稠剂和溶剂进行混合处理，优选地，在真空条件下进行混合处理，得到透明胶液；
[0017]S2对三维石墨烯颗粒、复配导电剂和表面活性剂进行干磨预混处理，得到混合粉体；
[0018]S3将混合粉体与透明胶液进行湿磨混合处理，得到细磨浆料；
[0019]S4将细磨浆料进行过筛处理，得到复合导电浆料。
[0020]进一步地，在本申请较佳实施例中，在步骤S2中，干磨预混处理的磨珠直径为0.5-0.8mm，转速为250-300r/min，球磨时间为1-2h。
[0021]进一步地，在本申请较佳实施例中，在步骤S3中，湿磨处理的磨珠直径为0.2-0.5mm，转速为1500-2500r/min，循环研磨分散2-4h。
[0022]在第三方面，本申请还提供了一种上述复合导电浆料在制备锂离子电池、超级电容器、导电复合材料中的应用。
[0023]与现有技术相比，本申请的较佳实施例提供的一种复合导电浆料及其制备方法和应用的有益效果包括：
[0024]本专利技术建立在三维石墨烯颗粒的基础上，添加少量复配导电剂，改善了传统二维石墨烯导电浆料片层易堆叠导致的团聚沉淀现象；复合导电浆料中三维石墨烯颗粒不会覆盖活性材料颗粒表面，因而不会阻碍离子的传输，依靠材料的三维立式结构与活性物质进行有效接触，并与复配导电剂之间形成高效的导电网络并与活性物质进行有效接触，显著的提高了活性物质电子传输速率和Li+扩散速率，改善极片电阻率和提高放电比容量。同时，使用的三维石墨烯颗粒绿色环保且易分散，在应用中不易团聚，能够均匀分布于基体中，易与基体和基底界面相结合，在提高导电性的同时提高基体强度和与基底的结合强度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
[0026]图1为实施例1三维石墨烯粉低倍扫描电镜图；
[0027]图2为实施例1三维石墨烯粉高倍扫描电镜图；
[0028]图3为实施例1三维石墨烯粉的透射电镜图；
[0029]图4为极片粘结力测试示意图；
[0030]图5为实施例1制备的复合导电浆料扫描电镜图；
[0031]图6为实施例1扣式电池的循环稳定性曲线；
[0032]图7是对比例2制备的复合导电浆料扫描电镜图；
[0033]图8是对比例3制备的复合导电浆料粒径分布图；
[0034]图9是对比例5制备的复合导电浆料扫描电镜图。
具体实施方式
[0035]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
[0036]导电浆料在锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等广泛领域具有必不可少的应用价值。导电浆料中常用的导电剂有导电石墨、导电碳黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等，它们与活性物质接触的方式可以分为点接触、线接触、面接触，但都具有一定的优势与不足，所以在实际应用中通常采用几种导电剂复配来改善极片的电阻率，但也存在着分散困难和固含量低等问题。
[0037]目前导电剂中碳纳米管和石墨烯导电性能较为突出，碳纳米管、石墨烯分别具有较大的长径比和比表面积，制备浆料时会遇到分散困难、粘度高等问题，且浆料的高粘度限制其固含量，增加了生产与运输的成本。同时，传统的石墨烯为少层片状的平面结构，与活性物质接触面积大且导电性好，但是片状结构却会干扰Li+的扩散从而影响锂离子电池的性能发挥，同时，石墨烯粉体易团聚，导致在电极混浆中分散困难，严重阻碍性能发挥，不能直接使用。
[0038]有专利提到了提高石墨烯分散性的方法是对石墨烯进行亲水处理，以解决石墨烯在水中难以分散均匀的问题，但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合导电浆料，其特征在于，所述复合导电浆料包含导电材料、助剂以及溶剂，所述导电材料包括三维石墨烯颗粒和复配导电剂；其中，所述三维石墨烯颗粒通过以碳类材料粉末作为基底垂直生长石墨烯的方法制备得到，所述三维石墨烯颗粒的粒径为100-300nm，边缘石墨烯厚度为1-3原子层；和/或，所述复配导电剂包括导电炭黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的任意一种或多种。2.根据权利要求1所述的复合导电浆料，其特征在于，所述导电浆料还包括有润湿剂，所述润湿剂包括聚乙二醇和/或聚乙烯吡咯烷酮。3.根据权利要求1所述的复合导电浆料，其特征在于，所述导电浆料还包括有表面活性剂，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯-80、聚乙二醇辛基苯基醚和十六烷基溴化铵中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的复合导电浆料，其特征在于，按质量百分比计，所述复合导电浆料包括以下组分：三维石墨烯颗粒
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0.5-10wt％复配导电剂
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1-3wt％表面活性剂
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0.3-1wt％润湿剂
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0.2-0.5wt％增稠剂
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0.5-1wt％其余为溶剂。5.根据权利要求4所述的复合导电浆料，其特征在于，所述增稠...

【专利技术属性】
技术研发人员：于杰，慕永彪，蒋涛，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：