一种石墨烯导电液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于导电剂制备技术领域，具体涉及一种石墨烯导电液及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有电压高，能量密度大，充放电迅速，寿命长，无记忆效应等优点，已成为新能源的重要发展方向。磷酸铁锂做正极的锂离子电池具有热稳定性好、安全性高、循环寿命长、原材料成本低等优点。但磷酸铁锂材料本身的电导率较低，因此在磷酸铁锂正极浆料制备过程中加入优异的导电添加剂，可显著提高正极材料内的电子迁移速率，达到提升电池倍率性能和循环性能的效果。目前，商品化的导电剂以碳材料为主，主要有导电石墨、乙炔黑、Super P-Li和碳纳米管。

石墨烯是由sp

目前制备石墨烯导电液的方法中，化学气相沉积法和化学合成法存在成本昂贵、产量低的缺点，化学氧化还原法存在产品缺陷较多、对环境污染严重的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有石墨烯制备成本高、对环境污染严重的不足，提供了一种石墨烯导电液的制备方法，所述制备方法简单。

本发明还提供了上述石墨烯导电液的应用，所述导电液可应用于磷酸铁锂正极，导电性能好。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯导电液制备方法，采用以下步骤：

步骤1. 将膨胀石墨、溶剂和分散剂混合均匀，得到悬浊液；

步骤2. 向步骤1得到的悬浊液中用加压的方式通入保护气得混合溶液；

步骤3. 将步骤2得到的混合液进行球磨处理，

步骤4. 将步骤3得到的分散液超声处理；

步骤5. 将步骤4得到的分散液浓缩得到石墨烯导电液。

优选地，步骤1中所述的膨胀石墨与溶剂的质量比为1:10-1:100，膨胀石墨与分散剂的比例为100:1-10:1，所述膨胀石墨为粉末状。

优选地，所述膨胀石墨的粒径为0.1μm-1mm。

优选地，步骤3所述球磨采用高速行星式球磨机，设定球磨机的转速为1000-5000r/min，球磨时间5-30min，球磨次数1-3次。

优选地，步骤4中所述的超声处理，超声功率为500-2000W，时间为2-5h。

优选地，步骤2中所述的保护气为氮气，压力为5-10Mpa。

优选地，步骤5中所述的浓缩为离心、抽滤或压滤。

优选地，步骤1中所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的混合液。

一种上述制备方法制备得到的石墨烯导电液。

一种上述石墨烯导电液的应用，其特征在于，所述石墨烯导电液可应用于磷酸铁锂正极。

本发明的有益效果

（1）、本发明所采用的原材料资源丰富、工艺简单、分散性好；

（2）、本发明提供的制备方法得到的石墨烯导电液中石墨烯层数约为5-20层左右，导电性能好，低温性能优，-20℃ 1C放电容量保持率为76%-80%，20C倍率放电容量保持率＞95%。

附图说明

图1为实施例1制备的石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的3C充放循环性能曲线；

图2为实施例1制备的石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的-20℃下1C恒流放电曲线；

图3为实施例1制备的石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的20C相较于1C的恒流放电曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，但具体实施方式不限于此。

实施例1

步骤1. 分别称取50g粉末状的膨胀石墨，5000g N-甲基吡咯烷酮，5g 十二烷基苯磺酸钠，先将N-甲基吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合，边搅拌加缓慢加入粉末状的膨胀石墨至混合均匀，膨胀石墨的粒径为0.1μm-1mm；

步骤2.向步骤1得到的混合液中用加压的方式通入氮气，压力为10Mpa；

步骤3. 将步骤2得到的混合液置于高速行星式球磨机中球磨处理，球磨机的转速为5000r/min，球磨时间为30min，球磨次数3次；

步骤4. 将步骤3得到的分散液置于超声仪中超声处理，超声功率为2000W，时间5h；

步骤5. 将步骤4得到的分散液通过离心得到浓缩的石墨烯导电液，其中石墨烯所占质量百分比在5%-99%之间，该导电液适用于磷酸铁锂正极。

实施例2

步骤1. 分别称取50g粉末状的膨胀石墨、2500g N-甲基吡咯烷酮、0.5g 十二烷基苯磺酸钠、0.5g聚乙烯吡咯烷酮，先将N-甲基吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮搅拌混合，边搅拌加缓慢加入粉末状的膨胀石墨至混合均匀，膨胀石墨的粒径为0.1μm-1mm；

步骤2.向步骤1得到的混合液中用加压的方式通入氮气，压力为5Mpa；

步骤3. 将步骤2得到的混合液置于高速行星式球磨机中球磨处理，球磨机的转速为2500r/min，球磨时间为15min，球磨次数3次；

步骤4. 将步骤3得到的分散液置于超声仪中超声处理，超声功率为1000W，时间2h；

步骤5. 将步骤4得到的分散液通过离心得到浓缩的石墨烯导电液，其中石墨烯所占质量百分比在5%-99%之间，该导电液适用于磷酸铁锂正极。

本发明的实施例1和实施例2的技术方法利用高速球磨、高频震荡、超声剥离的综合作用将石墨进行机械剥离，从而得到石墨烯分散液，再经离心即可得到浓缩的石墨烯导电液。这种方法的优点是工艺简单，制备过程绿色无污染，分散性好。

将实施例1制备的石墨烯导电液应用在磷酸铁锂正极浆料制备中，添加量为磷酸铁锂正极的0.5%-10%（质量百分含量）。将聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再加入石墨烯导电液，搅拌均匀后，加入磷酸铁锂正极活性材料，搅拌分散制得磷酸铁锂正极浆料。上述制备方法制备得到的石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的3C充放循环性能见图1，石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的-20℃下1C恒流放电性能见图2；石墨烯导电液用于磷酸铁锂电池的20C相较于1C的恒流放电性能见图3。由以上图片可知，石墨烯导电液作为磷酸铁锂正极的导电添加剂，优于传统导电添加剂，可显著改善和提升磷酸铁锂电池的循环稳定性、低温性能和倍率性能，3C循环4000次容量保持率≥87%，-20℃ 1C放电容量保持率为76%-80%，20C倍率放电容量保持率＞95%。