一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，(1)将膨胀石墨进行活化造孔处理；(2)在反应釜中制备用于溶解分散膨胀石墨的分散剂溶液；(3)将步骤(1)中造孔后的膨胀石墨加入到步骤(2)中的反应釜中，与其分散剂溶液进行混合，使得膨胀石墨溶解分散到分散剂溶液中，得到分散均匀的物料；(4)将步骤(3)中分散均匀的物料进行剥离得到水性打孔石墨烯导电剂。本发明专利技术的制备方法制备的石墨烯导电剂中的石墨烯具有孔洞，可以同时提高电池电子和离子的传输，从而提高电池的倍率性能，同时降低电池内阻；且通过本方法制备的石墨烯导电剂中的孔洞均匀，能够批量制备。能够批量制备。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法


[0001]本专利技术属于石墨烯导电剂
，尤其是涉及一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比容量高、绿色环保等优点，适合作为新型能源的高效储能器件。由于锂离子电池的正极活性物质多为过渡金属氧化物或磷酸盐，其电子导电性较差，故需添加导电剂，填充于活性物质之间以便构筑连续的导电网络，从而提高极片的导电性。另外，导电剂需要具备良好的吸收和保持电解液的能力，便于为锂离子的传输迁移提供通道，减弱电极的欧姆极化和电化学极化。
[0003]炭黑和石墨是锂离子电池常用导电剂，炭黑为类球状结构，通过分散到活性物质周围来形成多支链状导电网络，但要形成均匀的导电网络需要的添加量较大；石墨也是通过填充的方式在活性物质之间形成导电桥，但其与活性物质之间的接触较差，限制了导电作用的发挥。
[0004]石墨烯作为一种新型的纳米碳材料，具有独特的几何结构和物理特性，可用作锂离子电池导电剂，较高的电子电导率保证在少量添加的条件下就能降低电池的欧姆极化，二维片状结构使其具备更低的导电阈值，高柔韧性可以有效缓解充放电过程引发的体积膨胀。但是石墨烯导电剂在使用时会阻碍电池锂离子的传输，从而降低电池的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的问题是提供一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，该制备方法制备的石墨烯导电剂中的石墨烯具有孔洞，可以同时提高电池电子和离子的传输，从而提高电池的倍率性能，同时降低电池内阻；且通过本方法制备的石墨烯导电剂中的孔洞均匀，能够批量制备。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将膨胀石墨进行活化造孔处理；
[0008](2)在反应釜中制备用于溶解分散膨胀石墨的分散剂溶液；
[0009](3)将步骤(1)中造孔后的膨胀石墨加入到步骤(2)中的反应釜中，与其分散剂溶液进行混合，使得膨胀石墨溶解分散到分散剂溶液中，得到分散均匀的物料；
[0010](4)将步骤(3)中分散均匀的物料进行剥离得到水性打孔石墨烯导电剂。
[0011]在本技术方案中，通过对膨胀石墨进行活化造孔可以得到带有孔洞的膨胀石墨，之后将其溶解分散到分散剂溶液中，分散均匀后进行剥离即可得到水性打孔石墨烯导电剂，该水性石墨烯导电剂主要用于锂电池磷酸铁锂体系正极和其他体系的负极导电剂，能够提高电池的导电性能。该水性打孔石墨烯导电剂中的石墨烯在电池中可以大大提高电池
导电子性能，同时也提高离子的传输性能，从而提高电池的倍率性能，进而降低电池内阻。
[0012]进一步地，步骤(1)的具体步骤为：
[0013]①
将膨胀石墨与氢氧化钾粉体进行掺混，得到混合粉末；
[0014]②
将第
①
步得到的混合粉末放入活化炉中进行初次活化处理，先向活化炉内充氮气赶氧，之后升温至900
‑
1000℃对膨胀石墨进行恒温活化，活化时间为3
‑
5小时；
[0015]③
初次活化处理完成后，将二氧化碳气体通入到活化炉，1000℃恒温4
‑
5 小时进行再次活化处理，从而得到带孔的膨胀石墨。
[0016]在本技术方案中，使用膨胀石墨作为原料，膨胀石墨由片状的石墨片层多层构成，本身由于层间距较大，层间距键能一般在16.7KJ/mol，能够在不破坏石墨烯片径结构条件下进行石墨烯层的柔性剥离。直接采用化学蚀刻的方法独一膨胀石墨进行打孔，然后进行片层剥离，批量制备打孔石墨烯，其中依次通过氢氧化钾和二氧化碳对膨胀石墨进行两步蚀刻打孔，使得孔洞更为均匀，从而提高水性打孔石墨烯在锂离子电池中电子和离子的传输性能。采用该造孔处理可以使得最终的膨胀石墨上的孔洞均匀，大小相差不大，从而提高剥离后石墨烯上的孔洞质量，进而提高石墨烯导电剂的性能。
[0017]进一步地，步骤(1)中的膨胀石墨的粒径为400
‑
100μm，比表面积为 30
‑
50m2/g，松装密度为0.02
‑
0.04g/cm3，磁性异物的含量小于1000ppb。膨胀石墨的粒径大小决定孔洞的均匀性，同时会影响石墨烯的剥离效果，膨胀石墨的粒径太大和太小都会对剥离效率有影响，当粒径在40
‑
100μm时，可以保证孔洞均匀性和较好的剥离效果；比表面积和松装密度影响石墨烯的剥离效果，磁性异物的多少影响导电剂添加到电池中产生负反应，影响电池性能，磁性异物越少越好。
[0018]进一步地，步骤(1)的第
①
步中，膨胀石墨与氢氧化钾粉体按照1:3 的比例进行掺混；步骤(1)的第
③
步中，控制二氧化碳的进气量为3
‑
5L/min。其中，采用粉体混料机对膨胀石墨与氢氧化钾粉体进行充分混合，然后将掺混好的膨胀石墨放入活化炉进行活化处理，使得碳与氢氧化钾粉体高温反应，消耗少量碳原子，使膨胀石墨产生孔洞缺陷以造孔。其中，选用氢氧化钾的纯度等级为分析纯，因为纯度影响蚀刻的效果，纯度高蚀刻效果更好，氢氧化钾粉体被其他强碱替代亦可。通过碳原子和二氧化碳反应，进一步消耗碳原子制备孔洞缺陷，其中二氧化碳的进气量能够决定反应的效率，量太大会使得孔洞较大，量太小则使得反应不充分，也就是造孔不充分。其中，二氧化碳气体的纯度为99.999％，二氧化碳气体纯度高蚀刻效果更好。氮气的纯度为99.999％，氮气纯度高，水分低，有利于控制水分，避免水分高影响电池的性能。
[0019]进一步地，步骤(2)的具体步骤为：
[0020]①
在反应釜中加入去离子水，之后加入羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡络烷酮粉体，其中，羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮粉体按照10:1的质量比进行添加，且粉体总量占去离子水的0.5
‑
0.7％；
[0021]②
向反应釜内通入二氧化碳气体，控制其流量为1
‑
2L/min，温度控制在 30
‑
40℃，搅拌速度为80
‑
100r/min，分散转速为1000
‑
1200r/min，保持时间 4
‑
5小时，即得到分散剂溶液。
[0022]其中，第
①
步中，向去离子水中添加聚乙烯吡咯烷酮粉体作为分散剂和羧甲基纤维素钠作为增稠剂，为后面充分溶解分散膨胀石墨做准备，提高膨胀石墨的分散性；第
②
步
中，通入二氧化碳和水形成少量的碳酸，能够调节溶液的PH值，提高膨胀石墨的溶解性，使膨胀石墨更容易分散；该过程尽量多的将二氧化碳溶解到溶剂中，时间保持4
‑
5小时保证二氧化碳溶解的足够多；反应釜中设置有搅拌装置和分散装置，同时进行转动运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将膨胀石墨进行活化造孔处理；(2)在反应釜中制备用于溶解分散膨胀石墨的分散剂溶液；(3)将步骤(1)中造孔后的膨胀石墨加入到步骤(2)中的反应釜中，与其分散剂溶液进行混合，使得膨胀石墨溶解分散到分散剂溶液中，得到分散均匀的物料；(4)将步骤(3)中分散均匀的物料进行剥离得到水性打孔石墨烯导电剂。2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤为：
①
将膨胀石墨与氢氧化钾粉体进行掺混，得到混合粉末；
②
将第
①
步得到的混合粉末放入活化炉中进行初次活化处理，先向活化炉内充氮气赶氧，之后升温至900
‑
1000℃对膨胀石墨进行恒温活化，活化时间为3
‑
5小时；
③
初次活化处理完成后，将二氧化碳气体通入到活化炉，1000℃恒温4
‑
5小时进行再次活化处理，从而得到带孔的膨胀石墨。3.根据权利要求2所述的一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，其特征在于，步骤(1)中的膨胀石墨的粒径为400
‑
100μm，比表面积为30
‑
50m2/g，松装密度为0.02
‑
0.04g/cm3，磁性异物的含量小于1000ppb。4.根据权利要求2所述的一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，其特征在于，步骤(1)的第
①
步中，膨胀石墨与氢氧化钾粉体按照1:3的比例进行掺混；步骤(1)的第
③
步中，控制二氧化碳的进气量为3
‑
5L/min。5.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的水性打孔石墨烯导电剂的批量制备方法，其特征在于，步骤(2)的具体步骤为：
①
在反应釜中加入去离子水，之后加入羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡络烷酮粉体，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩双超，欧阳再国，吕茂有，耿玉东，
申请(专利权)人：天津艾克凯胜石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：