[发明专利]含有卤化石墨烯纳米片的电极浆料和其生产和用途

说明书

本发明提供形成粘合剂浆料的方法，所述方法包括：A)混合卤化石墨烯纳米片和一种或多种极性溶剂以形成纳米片浆料，和组合所述纳米片浆料和一种或多种粘合剂以形成粘合剂浆料；或B)组合i)在极性溶剂中包括卤化石墨烯纳米片的纳米片浆料与ii)一种或多种粘合剂以形成粘合剂浆料。所述卤化石墨烯纳米片包括石墨烯层，且特征在于除了形成所述纳米片的所述石墨烯层的周边的碳原子以外具有(a)除sp²碳以外不含任一元素或组分的石墨烯层，和(b)基本上无缺陷的石墨烯层，其中所述纳米片中的卤素的总含量为约5wt％或更少，所述总含量是以溴计算并且基于所述纳米片的总重量。

技术领域

本发明涉及用卤化石墨烯纳米片形成的电极浆料，并且涉及含有卤化石墨烯纳米片的电极浆料的应用。

背景

石墨烯纳米片是由具有片形的石墨烯层组成的纳米粒子。石墨烯纳米片被认为是用于类似应用中的碳纳米管的期望替代物。

对于锂离子电池，在目前电极生产工艺中，通常将活性材料和导电助剂以干粉末形式添加到含有粘合剂的溶液中。石墨烯纳米片(包含化学改性的石墨烯纳米片)是电极的期望组分。由于石墨烯纳米片的尺寸较小，所以其在溶剂中不能很好地分散，从而在其处置和应用于电极方面带来了挑战。

期望在电极生产工艺期间应用活性材料和导电助剂的方法有所改良。还期望在电极生产工艺期间应用石墨烯纳米片的改良的方法。

发明概要

本发明提供在极性溶剂中含有卤化石墨烯纳米片和粘合剂的粘合剂浆料。在这些粘合剂浆料中，卤化石墨烯纳米片很好地分散。举例来说，在具有1.0wt％粘合剂PVDF的N-甲基-2-吡咯烷酮中含有溴化石墨烯纳米片的粘合剂浆料可稳定2个月以上。

本发明还提供在极性溶剂中含有卤化石墨烯纳米片、活性材料和粘合剂的电极浆料。这些电极浆料提供了几个优点。与在照惯例制备的电极浆料中相比，卤化石墨烯纳米片和活性材料都均匀地分散在实践本发明中所形成的电极浆料中。已观察到本发明的电极浆料在电极制备工艺期间保持稳定(无分离或沉降)。

与照惯例制备的电极浆料相比，利用本发明电极浆料形成的电极具有改良的导电性。这指示实现类似导电性需要更少量的导电助剂。更少量的导电助剂容许电极中有更大量的活性材料，并且使得电极具有更高的能量密度。电极浆料的粘度通常小于照惯例制备的电极浆料的粘度，这容许电极浆料含有更大量的固体。更大量的固体意味着存在更少的溶剂，也就是在电极制备结束时要去除的溶剂更少。电极浆料中更高的固体含量容许更高的生产速率、更高的输出和/或更小的设备。用本发明电极浆料制备的电极的改良的导电性允许更好的电池性能。

本发明的实施方案提供形成含有卤化石墨烯纳米片的粘合剂浆料的工艺，所述卤化石墨烯纳米片的特征在于除了形成纳米片的石墨烯层的周边的碳原子以外具有(a)不含除sp²碳以外的任一元素或组分的石墨烯层，和(b)基本上无缺陷的石墨烯层；纳米片中的卤素的总含量为约5wt％或更少，所述卤素总含量是以溴计算并且基于纳米片的总重量。

本发明的另一实施方案提供形成含有卤化石墨烯纳米片的电极浆料的工艺。其他实施方案包含电极浆料和在电极生产中使用电极浆料的工艺。

卤化石墨烯纳米片是在纳米片的石墨烯层的周边具有化学结合卤素的卤化石墨烯纳米片。在优选实施方案中，卤化石墨烯纳米片是在纳米片的石墨烯层的周边具有化学结合溴的溴化石墨烯纳米片。

卤化石墨烯纳米片还具有高纯度并且具有极少或没有可检测到的化学结合的氧杂质。因此，用于本发明中的卤化石墨烯纳米片符合“原始”的描述或分类。另外，本发明的卤化石墨烯纳米片实际上不含任何结构缺陷。这可能至少部分地归因于本发明的卤化石墨烯纳米片的sp²石墨烯层的显著均匀性和结构完整性。与市售含有卤素的石墨烯纳米片相比，这些纳米片的其他有利特性是优异的导电性和优异的物理性质。