掺杂石墨烯设备制作高导电浆料的方法与相关技术

图片简介:一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法，涉及高导电浆料的配制方法领域，解决现有的成熟型导电浆料导电性能差的技术不足，本技术包括以下步骤：（1）称量质量比例为：100∶5～15∶3~5∶700的导电浆料、石墨烯、分散剂、去离子水；（2）将分散剂与二分之一的去离子水混合抽真空搅拌1h；（3）加入导电浆料真空搅拌1.5h；（4）加入石墨烯抽真空搅拌2h；（5）加入剩余的去离子水抽真空搅拌30min，测量制备浆料粘度与固含量，使得粘度在

100~500mpa.s，固含量在3%~8%。通过稀释成熟型导电浆料，用少部分高导电的石墨烯掺

杂来替换原有的大部分导电剂，浆料配置工艺简化，浆料的导电性高、内阻小、粒度分布均匀，易于涂覆，成本低，性价比高。

技术要求1.一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）称量质量比例为：100：5～15：3~5 : 700的导电浆料、石墨烯、分散剂、去离子水；

（2）将分散剂与二分之一的去离子水混合，倒入真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌至分散剂完全浸润至去离子水中，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1h；（3）将导电浆料加入至（2）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌1h，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1.5h；

（4）将石墨烯加入至（3）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌0.5h，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌2h；

（5）将剩余的去离子水加入至（4）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌10min，然后抽真空至-0.1mpa，按公转80±5r/min，自转

2000±100r/min快速搅拌30min，测量制备浆料粘度与固含量，使得粘度在100~500mpa.s，

固含量在3%~8%。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯选用碳氧比在50以上的石

墨烯，包括石墨烯粉末以及以石墨烯为主要溶质的溶液，或者是含石墨烯的混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的导电浆料选用汉高系列、日本昭

和SDX系列的其一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂选用聚乙烯吡咯烷酮、羧甲

基纤维素钠以及其它具有分散作用的聚丙烯酸类物质的一种物质或两种以上物质的混合物。

说明书一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法技术领域本技术涉及一种高导电浆料的配制方法领域，具体的说是一种在成熟型导电浆料的基础上配制一种高导电浆料的制备方法。

背景技术研究发现通过降低电池内阻，改善导电基体材料的导电能力，能极大提高电池的倍率放电性能，且在高倍率放电情况下，电池热升温平稳，对电池负极表面SEI膜损害较小，提高电池的安全性能，同时通过改善基体电子传递，降低电池极化，提高电池的循环性能。我们通过实验发现，在基体材料上涂覆1u~2u的高导电材料，能降低电池极化内阻，安全性能得到提高，同时其循环性能也有所提高，改善电池综合性能。

石墨烯（Graphene），又称单层石墨，一种由碳原子组成的平面薄膜，自石墨材料中剥离，只有一个碳原子的厚度，是由单层碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二维材料。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小，常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s，电子的运动速度达到了光速的1/300，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于石墨烯具有以上特殊优点，在导电浆料中只需要添加极少部分就能很大程度改善浆料导电性能。

技术内容本技术的目的在于解决现有的成熟型导电浆料导电性能差的技术不足，而提出一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法。

为了解决本技术所提出的技术问题，采用的技术方案为：1、一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）称量质量比例为：100：5～15：3~5 : 700的导电浆料、石墨烯、分散剂、去离子水；

（2）将分散剂与二分之一的去离子水混合，倒入真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌至分散剂完全浸润至去离子水中，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1h；（3）将导电浆料加入至（2）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌1h，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1.5h；

（4）将石墨烯加入至（3）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌0.5h，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌2h；

（5）将剩余的去离子水加入至（4）的真空搅拌器中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌10min，然后抽真空至-0.1mpa，按公转80±5r/min，自转

2000±100r/min快速搅拌30min，测量制备浆料粘度与固含量，使得粘度在100~500mpa.s，

固含量在3%~8%。

所述的石墨烯选用碳氧比在50以上的石墨烯，包括石墨烯粉末以及以石墨烯为主要溶质的溶液，或者是含石墨烯的混合物。

所述的导电浆料选用汉高系列、日本昭和SDX系列的其一种或两种以上的混合物。所述分散剂选用聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠以及其它具有分散作用的聚丙烯酸类物质的一种物质或两种以上物质的混合物。

本技术与现有传统导电浆料制备方法相比较，本技术具有以下优点：（1）改善了导电性能，降低了涂层厚度；（2）由于导电浆料是选用成熟型导电浆料，本身含有一定的粘接剂与分散剂，在一定程度上能起到分散于粘结作用；（3）本技术的搅拌方式分散加工性能好；（4）工艺流程短、操作简单、能耗低、安全性能好，易于实现规模化工业生产。

本技术结合导电浆料中石墨、炭黑具有一定粗糙度的优点，发挥了石墨烯的高导电优势，利用成熟的导电浆料体系中的粘结剂体系，避免了复杂的粘结剂选型和混合与分散的步骤，通过稀释传统导电浆料，添加少量的石墨烯，在保证导电涂层具有一定粗糙度的基础上，改善了导电性能，降低了涂层厚度，简化了配置流程。导电浆料中的导电剂一般是高导电的纳米级石墨或者碳黑。而石墨烯的导电性能要优于石墨或者炭黑，因此，一小部分石墨烯可以替代多部分的导电石墨和炭黑，增强导电性，而且还降低了导电浆料中的固含，可以使涂层朝更薄的方向发展。同时，作为锂电池集流体的涂碳铝箔，希望表面有一定的粗糙度，以利于集流体和正极活性物质的颗粒与颗粒之间的密接。因此，单纯用石墨烯作为导电剂，表面非常平整，粗糙度小，不利于与正极活性物质的密接。因此，发展一种石墨烯与石墨混合的导电体系是解决的导电性和表面密接性的有效方法。

用于锂电池导电浆料的粘结剂必须具有耐电解液的性能，这种粘结剂体系非常复杂，而且很难分散，涉及到复杂的粘结剂体系的选型与分散。相比于石墨烯导电剂，该粘结体系可以用于石墨烯的粘结。

附图说明图1是本技术的工艺流程示意图。图2是本技术制备的高导电浆料分散效果图。图3是本技术制备的高导电浆料作为涂层材料做成电池的循环测试容量保持率图。具体实施方式以下结合实施例对本技术作进一步说明，但本技术不局限于这些实施例。实施例1：分别称量导电浆料100g，石墨烯5g，分散剂（pvp）4g，去离子水700 g，其总重量为809g，且初始计算固含量为4.69%待用。所述的导电浆料选用现有的固含量为29%的汉高

系列导电浆料，实施过程中也可以选用日本昭和SDX系列的导电浆料，或者汉高系列、日本昭和SDX系列的其一种或两种以上的导电浆料的混合物。

也即是导电浆料：石墨烯：分散剂：去离子水质量比分别为：100： 5：4: 700。搅拌步骤为：首先，将4g的分散剂（pvp）和350g的去离子水倒入真空搅拌器中进行混合，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌至分散剂完全浸润至去离子水中，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1h。

然后，再向真空搅拌器中倒入100g的导电浆料，混合过程同样中先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌至分散剂完全浸润至导电浆料中，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌1h。搅拌过程中及时观察浆料分散效果及真空除

气情况，如出现分散不到位情况，则应再调整分散速度与分散时间，直至浆料完全分散。在搅拌完成后如气泡较多则对浆料进行换气动作，消除浆料气泡。

接下来，将5g的石墨烯加入上述浆料中，先以公转20±3r/min，自转400±20r/min慢速搅拌0.5h至石墨烯完全浸润，然后抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快

速搅拌2h。搅拌完成后同样观察浆料颜色，流动性能等情况，并测量浆料的粘度与固含量。

最后，将余下350g去离子水加入上述浆料中，抽真空至-0.1mpa，按公转100±5r/min，自转4000±100r/min快速搅拌0.5h。进行粘度与固含调整，使得粘度在100~500mpa.s，固含量在

3%~8%。

将本技术方法制备的高导电浆料用喷涂技术均匀喷涂于16u锂电池常规铝箔两面，烘干测量使得单面涂层材料厚度在1u~1.5u，双面涂层材料厚度在2u~3u，其分散效果如图2所示。

将实验室已配制好的锂电池正极浆料，按相同涂敷密度分别涂敷于厚度在16u光铝箔和涂有本技术高导电浆料的厚度在16u铝箔上，匹配相同负极片及其他制作电池所用物料，做成电池进行对比测试，其电池循环性能测试数据曲线图如图3所示。

本技术避免了复杂的粘结剂和基础导电剂选型过程，通过稀释成熟型导电浆料，用少部分高导电的石墨烯掺杂来替换原有的大部分导电剂，浆料配置工艺简化，浆料的导电性高、内阻小、粒度分布均匀，易于涂覆，成本低，性价比高。