一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法技术

本发明专利技术属于石墨烯材料、涂料、锂电等领域，涉及一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，包括：将膨胀石墨粉体、其它碳材料、分散剂及助剂、插层膨化剂及去离子水搅拌均匀，膨胀石墨在水中充分润湿，插层膨化剂为受热易分解为气体的铵类无机物；剥离制备水性浆料，将上述混合物料通过剥离设备进行剥离、均质和粉碎，制备得到石墨烯复合水性浆料；干燥膨化，将石墨烯复合水性浆料进行干燥，随后加热膨化得到石墨烯复合粉体导电剂。本发明专利技术导电剂易添加、分散在各种体系中，同时兼具良好导电和导热等性能，能够解决下游客户石墨烯粉体应用困难，解决制备成浆料后成本的提高，为石墨烯粉体的广泛应用降低了难度。为石墨烯粉体的广泛应用降低了难度。

【技术实现步骤摘要】
一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法


[0001]本专利技术属于属于石墨烯材料、涂料、锂电等领域，涉及一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯因其具有质轻、化学性质稳定，良好的润滑耐磨、阻隔性能，优异的导电性、导热性、极高的载流子迁移率等性能，在各行各业中发挥出巨大的潜在应用，目前已在锂电领域、橡胶轮胎、散热膜、涂料等领域崭露头角，赢取一定市场份额，后续随着技术的发展进步会进一步扩大其市占率及应用范围。
[0003]但同时石墨烯也存在较多问题，尤其是在粉体使用时，因其高比表面积导致其粉体很泡，非常容易飘散，加料困难，且直接添加粉体到基体中时，应用客户很难将其分散好，石墨烯非常容易团聚，这就使其使用效果大打折扣。石墨烯虽好，应用却困难。与石墨烯特性相对的是炭黑、导电石墨等，其粉体加料简单，且易分散，但其导电性、导热性能较差，往往需要大添加量才能满足客户的需要，大添加量则意味着产品中基体本身含量的减少，会导致合成后基体强度的减弱，锂电池中则会导致容量的减少等问题。而科琴黑等导电性较高的粉体，与石墨烯相比，其本身也比较泡，容易飘散，且其价格也不低。
[0004]目前在部分领域，如锂电领域中，石墨烯是通过制备成石墨烯NMP浆料来进行出售，解决了下游客户分散应用的问题。但也带来了成本的增加(溶剂本身具有的成本、制备成石墨烯浆料的成本，尤其是在2021年初NMP成本大幅升高的情况下，石墨烯NMP浆料的成本更是不断上升，而NMP在整个极片制备过程中只是作为一种载体，并未进入极片或电池的最终产品里。)，产品保质期的降低(譬如水分的增加、沉降稳定性问题)，运输的难度等种种问题，而且一种体系的浆料也限制了其应用范围，无法在更多体系中应用，只能对应制备相应体系的浆料，增加了石墨烯使用的繁琐及工艺步骤。
[0005]虽然石墨烯制备技术有多种方式，如氧化还原法、液相剥离法、化学气相沉积(CVD)法、微机械剥离法等，但目前阶段适合工业大规模生产的主要有氧化还原法与液相剥离法，其中氧化还原法制备的石墨烯片层较薄，但缺陷较多，能耗很大，工艺复杂，放大生产难度较大，产生的废酸废液等污染物对环境污染严重，对环保造成额外的负担。液相剥离法一般会选择表面张力与石墨烯接近的溶剂体系进行剥离生产，如NMP、DMF等有机溶剂，而近些年国家环保政策愈趋严格，人民大众环保意识普遍提高，而且有机溶剂如NMP、DMF沸点较高，干燥困难，再如乙醇虽然易干燥，但同时也易燃易爆，而且上述成本都要高于水。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于，提供一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，先通过液相剥离法制备出石墨烯水性浆料，再进一步处理成粉体，该粉体易添加、易分散在各种体系中，且不团聚，同时兼具良好导电和导热等性能，能够解决下游客户石墨烯粉体应用困难，解决制备成浆料后成本的提高，解决了一种溶剂体系不能兼容其它溶剂体系
的问题，为石墨烯粉体的广泛应用降低了难度。
[0007]为了实现本专利技术目的，所采用的技术方案如下：
[0008]一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)预分散，将一定量的膨胀石墨粉体、其它碳材料、分散剂及助剂、插
[0010]层膨化剂、去离子水搅拌均匀，使得各组分充分混合，膨胀石墨在水中充分润湿，插层膨化剂为受热易分解为气体的铵类无机物。
[0011](2)剥离制备水性浆料，将上述混合物料通过剥离设备进行剥离、均质和粉碎，制备得到石墨烯复合水性浆料，该过程中还可以有效促进插层膨化剂在片层间的有效量插入，为后续干燥膨化，进而有效分散提供条件。
[0012](3)干燥膨化，将石墨烯复合水性浆料进行干燥，随后加热膨化得到石墨烯复合导电剂粉体。
[0013]进一步的，步骤(1)中的膨胀石墨，其膨胀倍率为200
‑
600倍，其目数为20目
‑
400目。
[0014]进一步的，步骤(1)中的其它碳材料如炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管等；
[0015]和/或，步骤(1)中分散剂为嵌段式共聚物润湿分散剂，嵌段式共聚物润湿分散剂为多元醇、多元酸、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、苯乙烯等多种成分的共聚物等，优选环氧乙烷、环氧丙烷共嵌段共聚物；
[0016]和/或，步骤(1)中的助剂为小分子胺类，如乙二胺、乙醇胺、三乙醇胺及氨水等；
[0017]和/或，步骤(1)中的插层膨化剂为碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵等受热易分解为气体的铵类无机物。
[0018]进一步的，步骤(1)中各组分及含量为：膨胀石墨粉体3.5～8wt％，优选4
‑
6wt％；分散剂0.0.5～4wt％(用量过少时，石墨烯表面及层间吸附润湿分散剂量不够，难以完全浸润，导致剥离效果差；用量过多时，一是浪费，二是润湿分散剂毕竟为非导电物质，满足石墨烯吸附量后，浆料中较少为好)；助剂0.02％
‑
0.3％；插层膨化剂0.5％
‑
5％，优选1
‑
3％；其它碳材料0％
‑
4％，优选其它碳材料与膨胀石墨的质量比为0
‑
0.5：1。
[0019]进一步的，步骤(2)中剥离设备为砂磨机、超声、均质机、微射流、微通道等设备，不同设备控制不同参数，转速为砂磨机参数，转速范围600
‑
1000rpm；压力为均质机参数，压力范围600
‑
1100bar；道数为砂磨机、均质机参数，砂磨机道数范围一般为20
‑
40道，均质机道数范围一般为1
‑
3道。
[0020]进一步的，步骤(2)处理后的浆料中石墨烯层数范围为3
‑
15层；粒径范围为1
‑
20um间(具体通过控制转速、压力、道数等参数进行有效剥离)。
[0021]进一步的，步骤(3)中干燥方式可选择冷冻干燥、喷雾干燥、真空干燥、临界干燥、微波干燥等方式，优选冷冻干燥、喷雾干燥两种。
[0022]进一步的，步骤(3)中膨化采用马弗炉，空气氛围，膨化温度为100
‑
600℃，根据不同插层膨化剂选择合适膨化温度，因所选插层膨化剂在不是很高温度下都可分解，故其膨化温度也不高。
[0023]采用液相剥离法制备石墨烯水性浆料，再将石墨烯水性浆料干燥膨化成石墨烯粉体，制备出的石墨烯复合粉体含有部分分散剂，且此分散剂易溶于多数溶剂，如去离子水、NMP、DMF、乙醇、异丙醇等，故石墨烯复合粉体直接用于合浆或添加到基体中时，不飘，易投
料、易分散；石墨烯复合粉体含有部分其它碳材料，在干燥时可有效减小石墨烯回叠程度，便于其合浆或添加到基体中时容易分散。
[0024]针对液相剥离法中石墨烯与水难润湿浸润的问题，采用嵌段式润湿分散剂，通过调节不同比例，达到适合石墨烯与水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)预分散，将设定量的膨胀石墨粉体、其它碳材料、分散剂、助剂、插层膨化剂及去离子水搅拌充分混合，且膨胀石墨在水中充分润湿；其中，插层膨化剂为受热易分解为气体的铵类无机物；(2)剥离制备水性浆料，将上述混合物料通过剥离设备进行剥离、均质和粉碎，制备得到石墨烯复合水性浆料；(3)干燥膨化，将石墨烯复合水性浆料进行干燥，随后加热膨化得到石墨烯复合粉体导电剂。2.根据权利要求1所述的可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中膨胀石墨粉体的膨胀倍率为200
‑
600倍，目数为20目
‑
400目。3.根据权利要求1所述的可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的其它碳材料为炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管中的任意一种或多种；和/或，步骤(1)中分散剂为多元醇、多元酸、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、苯乙烯中的任意几种的共聚物；和/或，步骤(1)中的助剂为乙二胺、乙醇胺、三乙醇胺、氨水中的任意一种或多种；和/或，步骤(1)中的插层膨化剂为碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的可直接应用易分散的石墨烯复合粉体导电剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中各组分及含量为：膨胀石墨粉体3.5～8wt％，，分散剂0.5～4wt％，助...

【专利技术属性】
技术研发人员：许健君，刘刚桥，吕晓阳，孙培育，
申请(专利权)人：江苏杉元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：