[發明專利]石墨烯導電復合材料及其制備方法和應用以及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011042741.8
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN114426668B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 孫賽;張絲雨;董文芊;高煥新
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京至臻永信知識產權代理有限公司 11568
• 代理人: 張寶香;彭曉玲

本發明公開了一種石墨烯導電復合材料及其制備方法和應用以及鋰離子電池。該石墨烯導電復合材料，包括石墨烯和共軛共聚物，其中共軛共聚物通過炔基與石墨烯接枝。該石墨烯導電復合材料的制備方法，包括以下步驟：用4?溴硼酸重氮苯四氟硼酸鹽對石墨烯進行預處理，以及共軛共聚物在預處理后石墨烯存在下的聚合。本發明石墨烯導電復合材料可在電極漿料中均勻分散，降低極片內阻，提升電極材料的導電性，同時石墨烯的柔性結構能夠緩沖硅負極材料充放電過程中的體積膨脹，改善硅負極極片的結構穩定性，提升硅負極材料的綜合性能，應用于鋰離子電池中可以提高鋰電池倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及石墨烯導電復合材料及其制備方法和應用以及鋰離子電池。

背景技術

作為一種新型導電劑，石墨烯二維片狀結構使其具備更低的導電閾值，可顯著降低電池內阻，提高倍率性能，高柔韌性可以有效緩解充放電過程引發的體積膨脹，提升電池循環性能，在鋰電池導電劑方面得到廣泛應用。例如，CN109824041A提供了一種鋰電池用石墨烯導電劑及其制備方法，將一定質量的石墨、分散劑和溶劑通過球磨、篩網震蕩分離獲得石墨烯導電劑，作為正極添加劑顯著提升了鈷酸鋰正極材料的綜合性能。CN108975322A公開了一種制備石墨烯漿料的方法，將膨脹石墨放入分散介質中浸泡并攪拌后超聲剝離獲得石墨烯漿料。但將石墨烯與溶劑通過球磨機、高壓均質機或者超聲制備的石墨烯導電漿料，易團聚，漿料的穩定性較差且石墨烯片層較厚，質量較差。為了改善上述問題，CN111509226A公開了一種表面生長碳納米管的石墨烯，接枝的碳納米管將二維石墨烯轉變為三維石墨烯，抑制了石墨烯的堆疊問題，但該工藝對石墨烯前驅體要求較高，且工藝復雜，不利于工藝生產。

因此，開發分散性能優異、制備工藝簡單、成本低廉且質量高的石墨烯導電復合材料屬于該領域的技術難題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中石墨烯復合材料在溶劑中分散不均勻、易團聚、片層厚的問題，提供一種新的石墨烯導電復合材料及其制備方法和應用以及一種鋰離子電池。本發明石墨烯導電復合材料在有機溶劑中分散性良好，不易團聚，導電性得到顯著改善。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種石墨烯導電復合材料，所述導電復合材料包括石墨烯和共軛共聚物，其中共軛共聚物通過炔基與石墨烯接枝。

進一步地，所述的石墨烯為少層石墨烯，優選為3-5層石墨烯。所述石墨烯可以為石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯中至少一種。所述的石墨烯，尺寸為0.05-5.0μm。

進一步地，所述共軛共聚物中含有R-≡-R'或R-＝-R'結構，其中R和R'可以為任意含共軛單元的結構，比如各自獨立選自苯環、五元雜環或六元雜環等。

進一步地，所述共軛共聚物優選為聚芳炔共聚物、聚芴共聚物、聚對苯乙烯撐共聚物、聚對苯乙炔撐共聚物、聚噻吩共聚物、聚噻吩衍生物共聚物、聚吡咯共聚物、聚吡咯衍生物共聚物中的至少一種，進一步優選為聚芳炔共聚物、聚芴共聚物、聚噻吩共聚物以及聚噻吩衍生物共聚物中的至少一種。

進一步地，聚芳炔共聚物可以為1,4-二炔基苯-三苯胺共聚物。聚芴共聚物可以為1,4-二炔基苯-9-己基芴共聚物。聚噻吩共聚物可以為1,4-二炔基苯-3-己基噻吩共聚物、1,4-二炔基苯-噻吩共聚物中的至少一種。聚噻吩衍生物共聚物可以為1,4-二炔基苯-3,4-乙烯二氧噻吩共聚物。

進一步地，所述石墨烯導電復合材料的總質量為基準，所述石墨烯的質量含量為85％-99％，所述共軛共聚物的質量含量為1％-15％。

本發明第二方面提供一種石墨烯導電復合材料的制備方法，包括以下步驟：

用4-溴硼酸重氮苯四氟硼酸鹽對石墨烯進行預處理，以及共軛共聚物在預處理后石墨烯存在下的聚合。