【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，涉及一种电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，主要应用于锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，广泛用于水力、火力发电、风力发电和太阳能发电等能源储存系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等。随着锂离子电池技术的飞速发展，人们对锂离子电池的性能及成本控制也提出了更高的要求。
2、目前的锂离子电池主要使用导电炭黑super p(sp)、导电石墨等作为导电剂，广泛使用的sp由呈球形的无定形碳颗粒组成，与活性物质呈“点-点”接触形式，因此导电性相对较差，为了满足高导电性的需求通常需要较大的添加量，进而造成活性物质的减少及电池容量的下降。石墨烯因其巨大的比表面积(2630m2/g)、超高的导电性(高达1000s/cm)等优异性能及日趋成熟的制备工艺在锂离子电池导电剂方面具有广阔的应用前景，一方面石墨烯优异的导电性可改善电池的倍率性能；高的比表面积可形成电解液存储孔隙，保证电极材料在电解液中充分浸润，提高电池的充放电效率；另一方面石墨烯优异的导电性可减少导电剂的用量，增加电极活性物质的配比，提高电池的能量密度；同时，石墨烯与电极材料的“面-点”接触方式，能够有效提高导电效率。但作为单一片状导电剂在实际应用中仍然存在一定的弊端，一方面由于石墨烯的二维平面结构会对锂离子的迁移造成位阻效应，特别是在高倍率电流下位阻效应更加明显；另一方面石墨烯导电剂因其巨大的比表面积在锂离子电池中较难分散，因而易于团聚影响其导电性能
3、相关研究表明，通过将石墨烯与维度更低的(零维或一维)具有高导电性的碳材料复合使用，可从不同维度上构建协同导电网络，使导电剂能更充分地与活性物质接触，并为电子和锂离子的高效传输提供路径，其效果往往优于单一结构的导电剂。此外，石墨烯导电剂的制备多使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)等有机溶剂进行分散，一方面会使成本提高，另一方面存在环境污染等问题；使用去离子水制备石墨烯导电剂时，虽然绿色环保、成本低，但石墨烯(表面张力约为46.7mj/m2)和去离子水(表面张力高达73mj/m2)的表面能差异较大，较难分散，因此解决石墨烯导电剂在去离子水中的分散问题也是关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法。
2、本专利技术方法首先分别制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料，然后将水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料按照质量比(1～5):1混合，使用真空混料机在100～300pa的真空条件下混料1～5h，制得水性石墨烯复合导电浆料。
3、水性石墨烯浆料制备方法如下：
4、步骤(1)将15～30份分散剂加入到480～960份去离子水中，并在磁力搅拌器上搅拌至分散剂充分溶解，得到分散体系a；
5、步骤(2)分散体系a中加入15～30份石墨烯粉末，充分搅拌，使石墨烯表面充分浸润，得到预混溶液b；
6、步骤(3)将5～10份导电炭黑super p加入预混溶液b中，充分搅拌，使导电炭黑super p表面充分浸润，得到预混溶液c；
7、步骤(4)将预混溶液c置于超声分散器，超声处理10～40min；再用球磨机在转速300～600rpm的条件下水磨1～3h，经80～120目筛分后获得水性石墨烯浆料。
8、水性碳纳米管浆料制备方法如下：
9、步骤(i)将15～30份分散剂加入到480～960份去离子水中，并在磁力搅拌器上搅拌至分散剂充分溶解，得到分散体系a；
10、步骤(ii)分散体系a中加入15～30份碳纳米管粉末，充分搅拌，使碳纳米管表面充分浸润，得到预混溶液b；
11、步骤(iii)将预混溶液b置于超声分散器，超声处理10～30min；再用球磨机在转速200～500rpm的条件下水磨2～4h，经80～120目筛分后获得水性碳纳米管浆料。
12、以上份数均为重量份数。
13、进一步，制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料中的分散剂为羧甲基纤维素钠cmc、木质素磺酸钠sls和聚乙烯吡咯烷酮pvp中的一种，或任意比例的多种。
14、进一步，所述的石墨烯粉末横向尺寸为0.1～1μm，层数为1～50层，比表面积为30～1000㎡/g。
15、进一步，所述的碳纳米管粉末的碳纳米管单体管径1～200nm，长度为1～20μm。
16、进一步，制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料中超声分散器的超声频率为40～60khz。
17、本专利技术以石墨烯为主，辅以碳纳米管(cnt)和导电炭黑super p(sp)，最大化利用石墨烯优良的导电性，提高电极材料的容量，降低电池内阻，提高电池循环寿命。单组分的石墨烯易发生团聚，加入导电炭黑super p(sp)和碳纳米管(cnt)可均匀包覆片状石墨烯，分别形成点-面结构和线-面结构。此外，sp穿插于cnt之间，有利于cnt的分散，形成点-线导电网络结构，与活性材料的接触点增加，从而提高极片整体的导电性。相比较于单一组分的石墨烯导电剂，本专利技术制备的水性石墨烯复合导电剂可使锂离子电池极片的导电性提高10倍左右。
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1.电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：分别制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料，将水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料按照质量比(1～5):1混合，使用真空混料机在100～300Pa的真空条件下混料1～5h，制得水性石墨烯复合导电浆料；
2.如权利要求1所述的电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料中的分散剂为羧甲基纤维素钠CMC、木质素磺酸钠SLS和聚乙烯吡咯烷酮PVP中的一种，或任意比例的多种。
3.如权利要求1所述的电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯粉末横向尺寸为0.1～1μm，层数为1～50层，比表面积为30～1000㎡/g。
4.如权利要求1所述的电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管粉末的碳纳米管单体管径1～200nm，长度为1～20μm。
5.如权利要求1所述的电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料中超声分散器的超声频率为40～60
...【技术特征摘要】
1.电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：分别制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料，将水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料按照质量比(1～5):1混合，使用真空混料机在100～300pa的真空条件下混料1～5h，制得水性石墨烯复合导电浆料；
2.如权利要求1所述的电池极片用水性石墨烯复合导电浆料的制备方法，其特征在于：制备水性石墨烯浆料和水性碳纳米管浆料中的分散剂为羧甲基纤维素钠cmc、木质素磺酸钠sls和聚乙烯吡咯烷酮pvp中的一种，或任意比例的多种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郝美娟，童谣，冯登华，
申请(专利权)人：湖州市吴兴区核源金属新材研究院，
类型：发明
国别省市：
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