[發(fā)明專利]一種鋰電池專用石墨烯導(dǎo)電漿料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610968844.4
• 申請(qǐng)日: 2016-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN106448926B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李新國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州天鎰研磨材料有限公司
• 主分類號(hào): H01B13/00
• 分類號(hào): H01B13/00;H01B1/24;C01B32/225;H01M4/62
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯材料領(lǐng)域，特別是涉及一種利用射流機(jī)制備石墨烯漿料的方法。

背景技術(shù)

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的Geim和Novoselov兩位科學(xué)家首次利用機(jī)械剝離法發(fā)現(xiàn)了二維的石墨烯材料，他們因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯內(nèi)的碳原子以sp²混成軌域呈蜂巢晶格而構(gòu)成單層二維晶體材料，其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性能，應(yīng)用前景廣闊。石墨烯材料自被發(fā)現(xiàn)以后，由于其優(yōu)異的性能和巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景引發(fā)了物理和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱潮。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯同時(shí)具備透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等眾多普通材料不具備的性能，未來有望在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫(yī)療、海水淡化等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，是最有前景的先進(jìn)材料之一。然而，目前高質(zhì)量石墨烯的規(guī)?；苽淙匀惠^難，因此限制了石墨烯材料的應(yīng)用。

石墨烯的制備方法主要包括化學(xué)還原法、取向附生法、氧化插層再還原法、機(jī)械剝離法、液相剝離法?；瘜W(xué)還原法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，然而產(chǎn)率低，對(duì)襯底要求高，轉(zhuǎn)移存在極大的困難；取向附生法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會(huì)影響碳層的特性；氧化插層還原法是通過氧化石墨的剝離和還原脫氧而得到石墨烯，由于氧化會(huì)使含氧官能團(tuán)和缺陷存在，還原脫氧也不可能完全去除含氧官能團(tuán)，因此該方法制備的石墨烯與純石墨烯在性能上具有一定的差別；傳統(tǒng)機(jī)械法可制備出質(zhì)量高、尺寸大的石墨烯，但制備的石墨烯材料缺陷較多，同時(shí)效率和產(chǎn)量較低。

中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01510423274.6公開了一種石墨烯的制備方法，在可膨脹石墨及膨脹石墨的制備過程中引入增氮?jiǎng)┎⑼ㄟ^氮化處理得到氮化膨脹石墨，再以氮化膨脹石墨作為原料制備氮化石墨烯，但在該過程中引入的氮化物在后期分離時(shí)較難除去，對(duì)墨烯的導(dǎo)電性與穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，限制了氮化法石墨烯作為鋰離子電池漿料的應(yīng)用。

中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01110190763.3公開了一種射流空化法制備石墨烯的裝置及方法，該方法利用加壓后的石墨水溶液通過高壓管進(jìn)入空化發(fā)生器中，使溶液中的石墨顆粒在空化力的作用下發(fā)生片層的剝離，得到含單層和多層石墨烯的溶液，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。該方法的不足在于以水溶液為溶劑，降低了制備的石墨烯的穩(wěn)定性、分散性。然而，應(yīng)用于鋰電池正極材料要求石墨烯漿具有良好的相容性、導(dǎo)電性，同時(shí)不聚沉性，要求漿體溶劑無毒環(huán)保、并具有穩(wěn)定性與抗氧化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前機(jī)械剝離制備石墨烯易造成石墨晶格破壞、石墨烯粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差、易團(tuán)聚，且耗時(shí)長、成本高、無法連續(xù)穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)的缺陷，本發(fā)明提出了一種利用射流機(jī)制備石墨烯導(dǎo)電漿料的方法，采用含特殊分散劑、鋰電池正極材料及有機(jī)溶劑所組成的溶液作為射流工作液，在射流機(jī)的作用下形成高速流體而從石墨晶體中剝離片層石墨烯，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定地制備分散均勻、性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性優(yōu)異的石墨烯漿料，推動(dòng)了石墨烯的在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，其特征在于利用含特殊分散劑、鋰電池正極材料及有機(jī)溶劑的工作溶液，以射流方式制備石墨烯漿料的方法，具體步驟如下：

（1）將分散劑、鋰電池正極材料、有機(jī)溶劑以一定的比例混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，獲得利用射流機(jī)制備石墨烯所需要的工作溶液；

（2）將塊狀石墨晶體固定在射流機(jī)噴嘴的工作位，固定方向?yàn)槭咕w內(nèi)部的石墨片層沿噴射流體方向分布；

（3）啟動(dòng)射流機(jī)使工作溶液形成高速流體，作用于塊體石墨材料，使石墨片層剝離，并隨同工作溶液回流至射流機(jī)，循環(huán)噴射，得到含有石墨烯的漿料；

（4）當(dāng)石墨烯漿料濃度達(dá)到要求后，回流石墨烯漿料到儲(chǔ)料罐，通過靜置、離心方法去除石墨烯漿料中大顆粒石墨，得到石墨烯導(dǎo)電漿料。

所述分散劑為乙醇、丙醇、異丙醇﹑四氫呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的至少一種。

進(jìn)一步，所述分散劑在工作溶液中的質(zhì)量百分比為0.1%-90%，其余為鋰電池正極材料與有機(jī)溶劑。

與文獻(xiàn)報(bào)道的價(jià)格昂貴或具有一定毒性的石墨烯漿料分散劑相對(duì)比，乙醇、丙醇、異丙醇、四氫呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮具有無毒無污染、成本低的特點(diǎn)，更加適合于優(yōu)質(zhì)石墨烯漿料的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。