石墨烯導(dǎo)電液及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)電劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯導(dǎo)電液及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電劑是為了保證電極具有良好的充放電性能，在極片制作時通常加入一定量的 導(dǎo)電物質(zhì)，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的 接觸電阻加速電子的移動速率，同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的迀移速率，從 而提高電極的充放電效率。
[0003] 因此，導(dǎo)電劑在鋰離子電池中越來越得到了廣泛的應(yīng)用。目前用于鋰離子電池的 導(dǎo)電劑主要包括炭黑導(dǎo)電劑、石墨、碳納米管、碳納米纖維和石墨烯等。目前這些導(dǎo)電劑常 規(guī)的用法是直接添加到正負(fù)極材料中進(jìn)行分散，在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，該直接添加的方 法存在導(dǎo)電劑分散不均的問題，從而嚴(yán)重影響了鋰離子電池電極的導(dǎo)電性能以及電池的充 放電效率。例如，石墨烯在直接添加至正負(fù)極材料后，雖然石墨烯是面接觸導(dǎo)電劑，導(dǎo)電性 能佳，但是其對分散要求過高，而導(dǎo)致其在電極中分散不均，從而嚴(yán)重影響了鋰離子電池的 充放電效率等性能。
[0004] 為了克服該導(dǎo)電劑分散均勻或難于分散等問題，當(dāng)前公開了一種導(dǎo)電液，其將導(dǎo) 電功能體分散至極性溶劑中，其中，該導(dǎo)電功能體主要是碳納米管，也可以復(fù)合：碳黑、乙 炔黑、碳纖維、導(dǎo)電石墨中的一種或一種以上。但是研宄發(fā)現(xiàn)，如果將石墨烯替代導(dǎo)電功能 體后分散至該分散體系中后發(fā)現(xiàn)，無法使得石墨烯均勻分散，且分散體系極為不穩(wěn)定。推測 其原因可能是因為石墨烯自身特定的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致的，因此，如何研發(fā)一種能夠使得石墨 烯均勻分散且分散體系穩(wěn)定的導(dǎo)電液是本發(fā)明探討的重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種石墨烯導(dǎo)電液及其制備方 法，以克服現(xiàn)有導(dǎo)電液體系無法實現(xiàn)石墨烯均勻分散和分散體系穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的提供本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液的應(yīng)用，旨在克服現(xiàn)有導(dǎo)電劑在應(yīng)用 中分散困難的技術(shù)問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種石墨烯導(dǎo)電液，包括如下重量百分比的組分：
[0009]
[0010] 其中，所述溶劑選用水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種或兩種以上的混合物溶劑。
[0011] 以及，一種石墨烯導(dǎo)電液的制備方法，包括如下工藝步驟：
[0012] 按照本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液所含的成分分別稱取對應(yīng)各原材料；
[0013] 將稱取的分散劑溶解在溶劑中，配制形成混合溶液A;
[0014] 向所述混合溶液A中加入稱取的石墨烯和潤濕劑進(jìn)行混料處理，形成混合液B;
[0015] 將所述混合液B進(jìn)行分散處理后加入穩(wěn)定劑進(jìn)行再次混料處理。
[0016] 以及，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液在鋰離子電池、涂料、航空、橡膠、通訊、電子、新能源領(lǐng) 域中的應(yīng)用。
[0017] 上述本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液根據(jù)石墨烯自身結(jié)構(gòu)特性配制分散體系，使石墨烯能夠 均勻分散，且能夠使得本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液體系長時間保持穩(wěn)定。另外，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電 液以石墨烯為導(dǎo)電功能體，從而使得本發(fā)明公開的石墨烯導(dǎo)電液具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0018] 上述本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液制備方法只需按照成分及比例將各原料按照次序依次 混料分散處理即可，其制備方法工藝簡單，條件易控，對設(shè)備要求低。
[0019]正是由于本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液中石墨烯分散均勻，分散體系穩(wěn)定，且具有優(yōu)異的 導(dǎo)電性能，因此，本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液能夠有效在鋰離子電池、涂料、航空、橡膠、通訊、電 子、新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明實施例提供一種石墨烯分散均勻、分散體系穩(wěn)定的石墨烯導(dǎo)電液。該石墨 烯導(dǎo)電液包括包如下重量百分比的組分：
[0022]
[0023] 具體地，上述石墨稀導(dǎo)電液中的石墨稀作為導(dǎo)電功能體，賦予本發(fā)明實施例石墨 烯導(dǎo)電液優(yōu)異的導(dǎo)電性能。為了保證本發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電液優(yōu)異導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上， 使得石墨烯能夠在本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液中均勻分散，并具有良好的穩(wěn)定性能，在一實施例 中，該石墨烯在本發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電液中的重量百分比含量為2-10%，在具體實施例 中，該石墨烯在本發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電液中的重量百分比含量為5%。在另一實施例中， 所述石墨烯選用單層石墨烯，雙層石墨烯，少層石墨烯中的至少一種，其中，石墨烯的層數(shù) 為1-10層，因此，少層石墨稀為3-10層。在又一實施例中，該石墨稀的厚度為0. 3-5nm。
[0024] 上述石墨烯導(dǎo)電液中的分散劑、穩(wěn)定劑和潤濕劑與溶劑互溶，并一起構(gòu)成了石墨 烯的分散體系，該分散體系保證了石墨烯的均勻分散和分散體系的穩(wěn)定性。
[0025] 因此，上述石墨烯導(dǎo)電液中的溶劑選用水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種或兩種以上 的混合物溶劑。
[0026] 在上述溶劑的基礎(chǔ)上，在一實施例中，該分散劑選用亞甲基雙萘磺酸鈉、聚丙烯酸 鈉、異丙醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0027] 在另一實施例中，潤濕劑選用丙二醇、甘油、磺酸鹽中的一種或兩種的混合物。
[0028] 在又一實施例中，穩(wěn)定劑選用羧甲基纖維素、丙烯酸、丙烯酸樹脂、聚陰離子纖維 素、羥乙基纖維素、丙烯酸酯、丙烯腈多元共聚物、羧基丁苯膠乳中的一種或兩種以上的混 合物。
[0029] 上述實施例中的選用的分散劑、穩(wěn)定劑潤濕劑能夠與上述選用的溶劑一起形成穩(wěn) 定的分散體系，從而保證石墨烯的均勻分散和分散體系的穩(wěn)定性能。與此同時，能夠使得上 述實施例石墨烯導(dǎo)電液在應(yīng)用中于其他組分進(jìn)行混合物料處理過程中使得石墨烯以及其 他物料均勻分散。如將上述各實施例石墨烯導(dǎo)電液用于鋰離子電池中時，能與電極材料以 及其他輔料進(jìn)行均勻混合形成均勻分散的電極漿料，從而使得石墨烯與電極材料以及其他 輔料在漿料中均勻分散，從而有效提高了電極的導(dǎo)電性能，從而能顯著提高鋰離子電池的 電化學(xué)性能。具體如下文表1所示。
[0030] 因此，上述各實施例中的石墨烯導(dǎo)電液根據(jù)石墨烯自身結(jié)構(gòu)特性，將分散劑、穩(wěn)定 劑、潤濕劑溶解于特定的溶劑中形成分散體系，從而使石墨烯能夠均勻分散，且能夠使得 本發(fā)明石墨烯導(dǎo)電液體系長時間保持穩(wěn)定。另外，通過優(yōu)化分散劑、穩(wěn)定劑、潤濕劑所選用 的化合物種類，實現(xiàn)進(jìn)一步提高分散體系的穩(wěn)定性和提高石墨烯的分散均勻性。另外，上述 各實施例中的石墨烯導(dǎo)電液還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0031] 相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了上述石墨烯導(dǎo)電液的制備方法。該石墨烯導(dǎo)電液 制備方法包括如下步驟：
[0032] 步驟SOl:按照上文所述的本發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電所含的成分分別稱取對應(yīng)各 原材料；
[0033] 步驟S02 :將稱取的分散劑溶解在溶劑中，配制形成混合溶液A;
[0034] 步驟S03 :向步驟S02中配制的混合溶液A中加入稱取的石墨烯和潤濕劑進(jìn)行混 料處理，形成混合液B;
[0035] 步驟S04:將步驟S03中配制的混合液B進(jìn)行分散處理后加入穩(wěn)定劑進(jìn)行再次混 料處理。
[0036] 具體地，在上述步驟SOl中稱取的石墨烯導(dǎo)電液各原料優(yōu)選的含量和種類如上文 石墨烯導(dǎo)電液中所述，為了節(jié)約篇幅，在此不再贅述。
[0037]上述步驟S02中，將分散劑溶解于溶劑的方式?jīng)]有特別要求，可以采用攪拌、超聲 或適當(dāng)?shù)募訜岬燃铀偃芙獾确绞剑且沟梅稚┠軌蛲耆芙庥谌軇┲屑纯伞?br>[0038] 上述步驟S03中，向溶液A中加入石墨烯和潤濕劑進(jìn)行的混料處理方式可以是采 用真空或惰性氣體保護(hù)下攪拌分散的方式處理30-120min，轉(zhuǎn)速為50-500rpm。
[0039] 上述步驟S04中，為了使得石墨烯能夠在分析體系中充分分散，需對混合液B進(jìn)行 分散處理，在一實施例中，對所述混合液B進(jìn)行分散處理的方法為超聲分散、球磨、砂磨、研 磨、高速攪拌中的一種或兩種方式進(jìn)行組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，不管是采用超聲分散、球磨、砂 磨、研磨、高速攪拌的哪一種方式，應(yīng)當(dāng)是混合液中的各物料充分分散，以形成穩(wěn)定的分散 體系。
[0040] 該步驟S04中，待對所述混合液B進(jìn)行分散處理后，向分散體系中加入穩(wěn)定劑并進(jìn) 行混料處理，使得穩(wěn)定劑分散均勻，從而提高分散體系的穩(wěn)定性，最終獲得上文所述的本發(fā) 明實施例石墨烯導(dǎo)電液。
[0041] 因此，本發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電液制備方法只需按照成分及比例將各原料按照次 序依次混料分散處理即可，其制備方法工藝簡單，條件易控，對設(shè)備要求低，而且制備的本 發(fā)明實施例石墨烯導(dǎo)電液分散體系穩(wěn)定，石墨烯分散均勻。
[0042] 正是由于本發(fā)明實