[發(fā)明專利]一種石墨烯分散液及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011179376.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112429726A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李桂林;梁亞濤;朱紅芳;雷偉健;陳鋼;楊正高
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東聚石科技研究有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;H05B3/14;H01M4/62;H01M10/0525;H01B1/04
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 慶之

本發(fā)明提供一種石墨烯分散液及其制備方法和應(yīng)用，該石墨烯分散液包括石墨烯、分散劑和溶劑，所述分散劑包括高分子量的分散劑和低分子量的分散劑。本發(fā)明的優(yōu)勢在于，隨著物理剝離過程中石墨烯微片尺寸和數(shù)量的變化匹配合適分子量分散劑，可在實現(xiàn)高效剝離同時降低分散劑用量；其次，本發(fā)明制備的石墨烯分散液中包含低分子量和高分子量表面活性劑具有協(xié)同作用，有利于石墨烯的穩(wěn)定分散；最后，分散劑分批次加入，避免了多次預分散處理對高分子分散劑結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高了工藝過程的可控性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導電材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯分散液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。由于其結(jié)構(gòu)的獨特性，石墨烯具有高導電、高導熱、高強度和高比表面等特性。物理剝離制備方法可以不破壞石墨片層結(jié)構(gòu)制備高導電導熱石墨烯材料，且工藝簡單易于工業(yè)化生產(chǎn)，越來越受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。然而，物理剝離制備石墨烯分散液過程中需要解決兩個關(guān)鍵問題，一方面是溶液充分浸潤石墨材料表面有利于機械力對石墨材料的剝離作用，另一方面是穩(wěn)定剝離的石墨烯以防止其重新堆疊。非離子表面活性劑容易吸附到石墨片層表面浸潤剝離石墨，當非離子分散劑分子鏈足夠長且充分延展時，對石墨烯片層的空間位阻使層間距遠大于范德華力產(chǎn)生的距離，使石墨烯得以分散，是一種物理剝離制備石墨烯分散液過程中優(yōu)異的分散劑材料。需要注意的是，由于物理剝離制備石墨烯分散液過程中，會發(fā)生石墨烯片層變薄、數(shù)量增加和片徑降低現(xiàn)象，因此對匹配分散劑體系的需求也會發(fā)生變化。目前研究為了實現(xiàn)較好剝離和分散效果，一般需要添加較高濃度分散劑。例如CN111129470A以聚乙烯吡咯烷酮和/或四苯基卟啉為分散劑物理剝離制備高固含石墨烯分散液，雖然石墨烯固含量可以達到10～15％，但是加入了大量的分散劑(分散劑占總固含量大于20％)。過多的分散劑用量不僅會增加成本，而且會在下游應(yīng)用時引入過多的雜質(zhì)，影響石墨烯分散液的應(yīng)用性能。例如在用作鋰離子電池導電劑材料時，過多的分散劑會影響鋰離子電池的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

研究表明不同分子量高分子類非離子表面活性劑對石墨烯微片的分散效果不同。即如果分散劑分子量較小，吸附作用相對較弱，吸附量會相對較小，起到空間位阻作用有限，表現(xiàn)相對較差的分散穩(wěn)定性；分子量如果過大分散劑分子鏈過長，會導致同一個分子鏈上吸附多個石墨烯納米片，同樣會影響石墨烯分散穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種石墨烯分散液及其制備方法和應(yīng)用，在物理剝離制備石墨烯分散液過程中，根據(jù)石墨烯微片粒徑和尺寸發(fā)生變化分別匹配的合適分子量的非離子表面活性劑，可實現(xiàn)高效的物理剝離效果，同時減少分散劑用量。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的第一個方面，提供：

一種石墨烯分散液，包括石墨烯、分散劑和溶劑，所述分散劑包括高分子量的分散劑和低分子量的分散劑。

優(yōu)選的，以質(zhì)量份計，所述石墨烯分散液包括5～10份所述石墨烯、0.5～1份所述分散劑和89～95份所述溶劑。

優(yōu)選的，上述高分子量的分散劑和低分子量的分散劑的質(zhì)量比為(1～4)：(6～9)。

優(yōu)選的，上述高分子量為平均分子量10萬～40萬，上述低分子量為平均分子量1萬～10萬。

優(yōu)選的，上述高分子量為平均分子量15萬～40萬，上述低分子量為平均分子量1萬～6萬。

優(yōu)選的，上述分散劑為非離子高分子分散劑中的一種或者多種。

優(yōu)選的，上述分散劑為選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一種。

優(yōu)選的，上述石墨為選自鱗片石墨、人造石墨、膨脹石墨和可膨脹石墨中的至少一種。