[發明專利]一種聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯導電漿料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610001211.6
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105552376B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 趙立平;洪江彬;林麗萍
• 申請（專利權）人: 廈門凱納石墨烯技術股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

本發明公開了一種聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯導電漿料及其制備方法和應用，該導電漿料的組成和重量百分比分別為聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料1?10%，碳導電劑0.5?10%，溶劑80?98.5%。其中，聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料按如下方法制得：首先將石墨烯加入到含有分散劑的去離子水中，制備石墨烯分散液，然后將所述分散液、N?乙烯基吡咯烷酮單體、引發劑、pH調節劑加入到反應釜中，進行原位懸浮聚合，制備得到的復合材料具有優異的力學、電學等各方面的性能；同時，本發明制備的聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯導電漿料可作為鋰電池正負極材料的導電劑，該導電漿料穩定性好，有利于石墨烯性能的發揮，可與活性物質形成良好的導電網絡，具有制備工藝簡單、生產效率高、成本低、環境友好等優點，適于大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯導電漿料及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯是碳納米管、富勒烯同屬碳家族的最新成員，它是一種由單層碳原子以sp²雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結構的新型碳納米材料，因其具有優異的導電性和導熱性以及電子傳輸通道而逐漸被應用于鋰電池的導電劑中。然而，由于石墨烯的高比表面積，石墨烯材料層與層之間存在范德華力，石墨烯片層之間極易堆砌、容易團聚，導致其在導電漿料中分散困難，進而降低了電池的理論容量以及循環壽命。

聚乙烯吡咯烷酮是一種無毒、兩親水溶性高分子材料，它能與多種高分子、低分子物質互溶或復合，具有優異的化學穩定性、生物相容性、絡合性和表面活性，作為一種高分子表面活性劑，在不同的分散體系中，可作為分散劑、增稠劑、乳化劑、粒度調節劑、助溶劑、抗再沉淀劑，因而廣泛地應用在醫藥、涂料、生物、傳感、催化等領域。如果將聚乙烯吡咯烷酮修飾到石墨烯的表面，構筑聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料，有望改善石墨烯在導電漿料中的分散性。

目前，有關聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料的研究很少，中國專利號CN101831130A公開了一種實現石墨烯表面接枝聚乙烯吡咯烷酮的方法，該方法將聚乙烯吡咯烷酮和還原劑依次加入氧化石墨烯水溶液中，利用聚乙烯吡咯烷酮在還原劑L-抗壞血酸作用下水解后表面的羧基與氧化石墨烯表面的羥基發生酯化反應得到表面接枝聚乙烯吡咯烷酮的石墨烯，該法接枝的聚合物，從嚴格意義上來說已經不是聚乙烯吡咯烷酮，而且這種復合物以酯基作用結合在一起，耐酸、堿作用弱。中國專利號CN102911474A公開了一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應用，該發明是先將氧化石墨分散液和硅烷偶聯劑混合回流12-48小時得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料，將該漿料稀釋，加入還原劑，混合回流6-12小時，后處理得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉末，最后將硅烷偶聯的石墨烯粉末、引發劑、N-乙烯吡咯烷酮加入乙醇溶劑中，超聲0.5-2小時，繼續回流12-48小時后在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮，并將此聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料應用在制備金屬催化劑方面，該法采用溶液聚合，反應耗時長，聚合速率慢，使用有機溶劑時增加成本，污染環境，溶劑分離回收費用較高且較難除盡聚合物中殘留的溶劑。中國專利號CN104078685A公開了一種聚乙烯吡咯烷酮修飾石墨烯包覆的硫/多孔碳復合材料及其制備方法，其中聚乙烯吡咯烷酮修飾石墨烯是聚乙烯吡咯烷酮通過長的聚乙烯碳鏈吸附在石墨烯表面形成的石墨烯衍生材料，該法聚乙烯吡咯烷酮只是簡單地與石墨烯進行物理共混，兩者之間缺乏有效的化學鍵合力，在受到外力作用時，石墨烯易于與聚乙烯吡咯烷酮分離而無法發揮其應有的增強作用。

發明內容

本發明的目的之一是采用原位懸浮聚合的方法制備聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料，所制得的復合材料在力學、電學等方面的性能均有很大的提升。

本發明的另一個目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯導電漿料及其制備方法，改善現有石墨烯在導電漿料中分散困難、片層容易堆積、導電性和導熱性差的問題，從而有效提高電池的理論容量以及循環壽命。

為了實現上述目的，本發明的解決方案是：