[发明专利]炭黑石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种炭黑石墨烯复合材料的制备方法，包括：氧化石墨/炭黑复合体系的形成：将氧化石墨和炭黑在水中分散，过滤，干燥，得到氧化石墨/炭黑复合体系；和还原氧化石墨/炭黑复合体系得到炭黑石墨烯复合材料。在氧化石墨分散液中加入炭黑，经过砂磨等分散后，过滤干燥，接着将其先经过低温热膨胀再进行高温还原，制备得到炭黑/石墨烯复合材料，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，其工艺简单，易操作。

技术领域

本发明属于能源和新材料领域，涉及一种炭黑石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

电动汽车及规模化储能等新型应用领域的快速发展对锂离子电池的性能提出了更高要求。为了保证锂离子电池快速能量存储的性能，其电极必须同时具有良好的电子和离子导电性。而常用的锂离子电池正极材料磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等电子导通特性都较差，导致锂离子电池材料的容量发挥受到了很大的限制。为了提高锂离子电池的容量和倍率性能，在锂离子电池正极极片制作过程中必须加入导电剂以构建良好的导电网络。然而，由于导电剂都不能参与能量储存，如过多的加入导电剂会降低电池的能量密度，因此需要寻求添加量少的高效导电剂。锂离子电池中主要应用的导电剂是碳材料，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、碳纤维以及片状的石墨烯、导电石墨等。但是炭黑单独作为导电剂添加量比较大，使得材料能量密度降低，碳纳米管和石墨烯作为导电剂分散很困难，在电池极片中易团聚堆叠到一起，不能构建良好的导电网络。因此，为发挥其导电性必须将其通过高速分散设备制备成浆料，为保证浆料的稳定性，其中加入了对电池性能有影响的分散剂；而且浆料的固含都很小，含有大量的溶剂，易于沉降，在运输上也需要很大的成本。因此，开发一种高导电的粉体型石墨烯有着十分重要的意义。

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，该制备工艺中超声很难实现产业化，还原气氛要求也高，最后得到的石墨烯/炭黑复合材料结构不平整，较难分散。

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。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术不足中的一种或多种，本发明目的是提供一种炭黑石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

本发明的目的通过以下方案具体实现：

本发明提供了一种炭黑石墨烯复合材料，包括炭黑颗粒和石墨烯片层组成，所述炭黑颗粒以团聚的形式分布在相邻石墨烯片层之间。

根据本发明的一个方面，所述炭黑颗粒在所述炭黑石墨烯复合材料中的质量百分含量为5-20％。

根据本发明的一个方面，所述炭黑石墨烯复合材料的片径为10-30μm。

根据本发明的一个方面，所述炭黑石墨烯复合材料的比表面积为100-200m²/g。

根据本发明的一个方面，所述炭黑石墨烯复合材料的振实密度为0.1-0.3g/cm³。