[发明专利]一种石墨烯导电浆料的制备方法及应用

说明书

本发明是一种石墨烯导电浆料的制备方法及应用，该石墨烯导电浆料为石墨烯、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)的复合物。首先用气流粉碎机将原料鳞片石墨粉碎、筛选；将粉碎后原料按一定比例加入氧化剂、插层剂，均匀混合后于水浴中充分反应；将反应液用去离子水反复洗涤、离心，并烘干；将烘干粉体高温膨化处理制得前驱体；最后向前驱体中加入NMP，超声处理一定时间，即制得石墨烯导电浆料。该浆料中的石墨烯具有小片径(≤20um，片径可控)、低缺陷、多孔化特点。解决了目前石墨烯作为锂电正极导电剂在工程应用中的关键技术难题。其制备方法简单，成本低，适合工程化生产。制备的石墨烯浆料同碳纳米管浆料复合作为导电添加剂应用于锂电池正极，可显著提高锂电池能量密度、倍率性能。

技术领域

本发明是一种石墨烯导电浆料制备方法及应用，属于电池制造技术领域。

背景技术

石墨烯是一种新型二维纳米材料，具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。同时具有超高的电子迁移率(200000cm²/V.S)，作为导电添加剂加入锂电池正极中，将大大提高正极材料的导电性能，能有效缩短电池充放电过程中电子的传输路径,加快两者的传输速度。这对于提高锂电池的能量密度、倍率性能、循环寿命等具有重要意义。然而，目前石墨烯作为导电添加剂用于锂电池正极，存在如下工程技术问题：

首先，目前批量制备方法得到的石墨烯缺陷高、导电性差，用于电池，性能提高不明显甚至恶化电池性能；

其次，由于离子位阻效应，锂离子难以穿过石墨烯的六元环,电池工作时，石墨烯对电解液中锂离子的传输带来一定的负面影响,从而影响锂离子电池功率性能。片径越大的石墨烯对锂离子的阻碍作用越明显，表现出来的倍率性越差。可通过石墨烯条带化、多孔化或减小片径等方法解决。

再次，目前批量制备的石墨烯片径分布范围宽，作为导电剂应用于锂电池表现为电池性能一致性差。

另外，石墨烯/碳纳米管为目前主流复合导电剂，应用于电池可极大降低导电剂的添加比例，提高电池能量密度。然而石墨烯与碳管复合，更易发生石墨烯的堆叠、卷曲而限制其性能发挥。通过减小石墨烯片径，可有效抑制该现象的发生。

因此，为最大程度发挥石墨烯作为导电剂在正极中电化学性能，以制得高性能电池器件产品，开发一种适用于储能电池领域的石墨烯导电浆料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对目前石墨烯作为导电添加剂应用于锂电池存在的缺陷而设计提供了一种石墨烯导电浆料的制备方法及应用，该技术方案通过制备小片径(≤20um，片径可控)、低缺陷、多孔化石墨烯纳米片，保证石墨烯在电极中的良好分散，实现电子及离子的快速传递扩散。将本发明所述的石墨烯导电浆料作为导电添加剂应用于锂电正极，可极大降低电池极化，显著提高电池的倍率性能、能量密度。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备石墨烯导电浆料的方法，该方法的步骤如下：

步骤一、将鳞片石墨原料粉碎至片径≤20um，筛选，获得片径均一的小片径鳞片石墨；

步骤二、粉碎后的鳞片石墨与插层剂、氧化剂均匀混合，于20℃～100℃水浴中充分反应，鳞片石墨、插层剂、氧化剂质量比为1∶1～10∶0.1～5；

步骤三、将步骤二反应液加去离子水洗涤、过滤并烘干成粉末；

步骤四、将烘干后的粉末置于马弗炉中，800℃～1000℃下加热10～60s，得到石墨烯前驱体；

步骤五、将石墨烯前驱体与N-甲基吡咯烷酮混合，超声振荡30min以上，制得固含量为0.1～3％的石墨烯导电浆料。

在一种实施中，采用气流粉碎机粉碎鳞片石墨。

在一种实施中，鳞片石墨原料的纯度≥98％。