[发明专利]一种炭黑、石墨烯粉体复合导电剂及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种炭黑、石墨烯粉体复合导电剂的制备方法，包括：氧化石墨/炭黑复合体系的形成：在石墨向氧化石墨的氧化反应过程中加入炭黑粉末，得到氧化石墨/炭黑复合体系；和还原氧化石墨/炭黑复合体系得到石墨烯/炭黑粉体导电剂。从氧化石墨制备过程中加入炭黑，然后将其先经过低温热膨胀再进行高温还原，采用一步法制备得到材料，没有加入表面活性剂和还原剂，也没有经过水热等生产化有难度的工艺，最接近石墨烯本身制备工艺，其工艺简单，易操作。

技术领域

本发明涉及一种导电剂，具体涉及一种石墨烯与炭黑复合导电剂及其制备方法，属于电化学材料领域。

背景技术

锂离子电池作为一种常见的储能器件，其储能原理是锂离子在正负极材料中嵌入/脱出，并伴随外电路的电子传输。锂电池正极材料主要有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料等，锂离子在正极材料晶格中，正常充放电情形下，正极材料需要脱嵌锂离子同时得失电子，因此为了发挥其性能，必须保证其离子和电子的传输通道。然而，上述的几种正极材料几乎都是导电性很差的半导体，需要加入导电剂以增强其导电性能，从而提高电池的倍率和循环性能。导电添加剂在锂离子电池中起两个作用：(1)增强电子电导性；(2)吸收和保持电解液溶液提高离子传导率。碳材料是锂离子电池中主要应用的导电剂，按形态分布可以分为颗粒状的炭黑导电剂，线状的碳纳米管以及片状的石墨烯浆料导电剂。但是炭黑作为导电剂添加量比较大，使得材料能量密度降低，碳纳米管浆料和石墨烯浆料添加了分散剂，分散剂在高电压下会发生副反应；更重要的是浆料中含有大量溶剂，易于沉降，在运输上也需要很大的成本。

CN103832997A和CN103833011A公开了一种《石墨烯/炭黑复合材料及制备方法和应用》，是先将氧化石墨分散到水中进行超声得到氧化石墨溶液，再加入炭黑进行超声，接着过滤干燥，将得到的复合材料在CO₂和惰性气体的氛围中进行高温煅烧，最后得到石墨烯/炭黑粉体，氧化石墨还需要由石墨氧化才能得到，该工艺较复杂，成本过高，效率低，很难产业化，不具有实际工业生产价值。

CN104240966A公开了一种《部分还原的氧化石墨烯复合材料及其制备方法》，是将氧化石墨先在水中超声分散，接着炭黑在水中加表面活性剂超声分散，然后通过水热法混合之后过滤，接着进行高温煅烧得到最后的复合材料，该制备在过程中加入表面活性剂，而且通过水热法进行复合，这在产品的后续应用和放大上都会存在很大的劣势。

CN106430164A公开了《一种石墨烯/炭黑复合材料的制备方法》，是将氧化石墨烯溶液和炭黑溶液进行超声混合，接着加入还原剂进行还原得到复合材料，该专利加进去的还原剂后续应用中很难去除，对其应用会有所影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的技术缺陷，提供了一种无需添加表面活性剂、还原剂的炭黑、石墨烯粉体复合导电剂的制备方法，该方法简单、成本低，更适于工业化生产；

本发明的另一目的是提供一种导电性能更加优异的炭黑、石墨烯粉体复合导电剂。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种炭黑、石墨烯粉体复合导电剂的制备方法，包括：

氧化石墨/炭黑复合体系的形成：在石墨向氧化石墨的氧化反应过程中加入炭黑粉末，得到氧化石墨/炭黑复合体系；和

还原氧化石墨/炭黑复合体系得到石墨烯/炭黑粉体导电剂。

本发明的一个方面，所述氧化石墨/炭黑复合体系形成的具体步骤为：

S1：先将石墨用浓硫酸氧化；

S2：再用高锰酸钾氧化，在高锰酸钾氧化反应结束后，加入炭黑粉末；

S3：最后加入双氧水终止反应，直至不产生气泡，得到氧化石墨/炭黑复合溶液；

S4:洗涤、干燥。