[发明专利]负载小尺寸阻隔剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电浆料及其制备方法，特别涉及一种高导电石墨烯浆料、其制备方法及应用，属于导电浆料和导电剂技术领域。

背景技术

随着锂离子电池在动力电池领域需求的增加，电池内阻大、功率密度低、循环寿命短、稳定性低、容易发热产生安全事故等问题日益凸显也亟待解决。其中，正极材料锰氧化物，磷酸盐等材料电导率都很低，但还要保持良好的大倍率充放电特性、较长的使用寿命，这正是目前动力锂离子电池工业所面临的一个巨大挑战。负极石墨材料的导电性稍好，但是在多次充放电中，石墨材料的膨胀收缩，使石墨颗粒间的接触减少，间隙增大，甚至有些脱离集电极，成为死的活性材料，不再参与电极反应，所以也需要加入导电剂保持循环过程中的负极材料导电性的稳定。作为锂离子电池重要组成部分的导电剂(在极片中占5-10wt％)，对改善电池性能有着重要的作用。能够提高充放电倍率、循环稳定性的新型导电剂的研究开发，已经成了锂离子电池研究的一个重要课题。

石墨烯(Graphene)是单层石墨片构成的二维碳纳米结构材料，石墨烯具有优异的力学、电学和热学性能。石墨烯的迁移率可达2×10⁴cm²/V×s为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达10⁸S/m，可耐受为10⁸A/cm2的电流，是铜耐受能力的100倍，热导率为3000-5000W/mK，可与金刚石媲美，比表面积可达2630m²/g。石墨烯这些优异的性能在锂离子电池、超级电容器等领域有广泛的应用前景，也已经引起科学界与工业界的广泛关注。发现石墨烯的两位科学家因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。制备方法决定了材料的性能。目前，国内外发展了多种石墨烯粉末的制备方法包括：化学氧化还原法，有机合成法，插层膨胀法，和液相解理法等。石墨烯的大量制备还限于通过化学氧化再还原的途径来实现，而且尚未形成成熟的产业化生产和应用。然而，通过化学氧化再还原方法，石墨烯上修饰了多种官能团并产生大量缺陷，在电学，热学等多种性能方面远远差于本征的石墨烯，大大限制了石墨烯的实际应用。因此，通过石墨烯制备方法的改进，获得大量，低成本，高导电、高导热的高质量石墨烯，将是石墨烯工业化制备发展的必然趋势，也是石墨烯在导电、导热方面应用的前期基础。另外，石墨烯由于大的比表面积，在加工过程中极易发生不可逆堆垛，使得石墨烯的分散性较差，限制了石墨烯高导电、高导热性能的发挥。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种负载小尺寸阻隔剂的石墨烯导电浆料及其制备方法，该导电浆料中石墨烯无堆垛、分散性良好，导电性高，能够大大提高电子器件，特别是储能器件的导电、导热、储能性能等，从而克服了现有技术中的缺陷。

本发明的另一目的在于提供所述负载小尺寸阻隔剂的石墨烯导电浆料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种负载小尺寸阻隔剂的石墨烯导电浆料，包括：导电组分1wt％-10wt％、分散剂0.5wt％-8wt％和溶剂85wt％-95wt％；

其中，所述导电组分包括作为基本导电组分的负载小尺寸阻隔剂的石墨烯以及辅助导电组分，所述基本导电组分与辅助导电组分的质量比例为1:5-5:1。

作为较为优选的实施方案之一，所述石墨烯为基本无缺陷、无杂质和官能团的高质量石墨烯。

进一步的，所述石墨烯的层数为1-25层，片层尺寸为500nm-20μm。

进一步的，所述小尺寸阻隔剂可优选自但不限于炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳晶、导电石墨及碳纳米管中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述小尺寸阻隔剂以物理吸附的形式担载在石墨烯层间。

进一步的，所述小尺寸阻隔剂的尺寸为10nm-5μm。

进一步的，所述小尺寸阻隔剂与石墨烯的质量比为1：20-10:1。

进一步的，所述辅助导电组分可优选自但不限于乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳晶、导电石墨及碳纳米管中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述分散剂可优选自但不限于聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯Triton-100、吐温中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述溶剂可优选自但不限于N，N-二甲基甲酰胺、异丙醇、乙酸丁酯、N-甲基吡咯烷酮、水中的任一种或两种以上的组合。

所述负载小尺寸阻隔剂的石墨烯导电浆料的制备方法，包括：