[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池用材料制备技术领域，具体涉及到一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料及其制备方法。

背景技术

石墨稀是一种由单层碳原子组成的二维材料，石墨烯作为一种新型碳材料，自发现以来引起了国内外研究者的极大兴趣，被科学《Science》评为 2009 年度世界十大科学突破之一。石墨烯即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元。作为一维和二维纳米材料的代表者，碳纳米管与石墨烯既有区别又有联系，二者在结构和性能上具有互补性。从结构上来看，碳纳米管是碳的一维晶体结构；而石墨烯仅由单碳原子层构成，是真正意义上的二维晶体结构，是当前世界上最薄的材料。形象地来说碳纳米管铺展开来就形成石墨烯，而石墨烯卷曲起来就形成碳纳米管。从性能上来看，石墨烯具有可与碳纳米管相媲美或更优异的特性，石墨烯具有超高的电子迁移率、热导率、超高电荷载流子迁移率、极好的电子传导率、高弹性、高强度和刚度等。由于这些优异的性质,石墨烯在很多应用领域可以单独使用或者通过杂化或复合金属以及半导体。它已被广泛研究用作锂离子电池的电极添加材料。

碳纳米管与石墨稀作为新型碳基纳米材料的代表，具有优异的电子导电特性及特殊的一维或二维柔性结构，与不同电极材料相复合，可有效地提高活性材料的比容量、高倍率放电性能和循环性能。然而，这样的碳纳米材料单独改性的电极材料的倍率性能还是提高有限，因为一维碳纳米管难以形成有效的连续网络结构，限制了电极接触。在另一方面，石墨稀难以紧密缠绕在正极材料的表面上，某种程度上不利于提高正极材料的电化学活性。因此有待进一步优化改善。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料及其制备方法，石墨烯/碳纳米管复合可以有效避免单独使用石墨烯或单独使用碳纳米管存在的问题，协同改善电极的导电性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料，该复合导电浆料按照质量分数组分的组成为：1.5-3.0%的石墨烯、3.0-8.0%的碳纳米管、0.3-0.8%的分散剂和剩余比例的溶剂，其中分散剂为非离子型表面活性剂，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）在搅拌分散机中将分散剂溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中并以自转1000-1500转/min，公转20-35转/min的速度进行真空搅拌；

（2）加入质量分数组分3.0-8.0%的碳纳米管，在搅拌机中以自转1500-2000转/min，公转35-45转/min的速度进行真空高速搅拌制得预分散的碳纳米管浆料；

（3）将上述碳纳米管浆料全部转入带有锆珠的砂磨机中进行研磨超细分散，转速1500-2500转/min，氧化锆研磨珠大小为0.8-1.0mm，研磨过程中开启冷却循环水降温，得到超细分散的碳纳米管导电剂浆料；

（4）往上述碳纳米管导电剂浆料加入质量分数组分1.5-3.0%的石墨烯，以转速1500-2500转/min研磨分散，研磨过程中开启冷却循环水降温，得到超细分散的石墨烯/碳纳米管复合导电浆料。

作为优选的，一种石墨烯/碳纳米管复合导电浆料中分散剂为聚乙烯醇。

本发明的有益效果是：（1） 本发明的石墨烯/碳纳米管复合导电浆料制备方法中先将碳纳米管进行预分散，再进行石墨烯的复合分散，预先分散的碳纳米管可以有效地避免石墨烯分散过程中可能产生的团聚堆积现象，形成超细分散均匀稳定的复合导电浆料。（2） 本发明的石墨烯/碳纳米管复合导电浆料中碳纳米管两端的点和本身一维的线状与二维片状的石墨烯构成三维网络导电结构，在正负极浆料制备的过程中可以有效地与正负极活性物质形成蜂窝状网络导电结构，极大地改善了正负极材料的导电性能，从而提高了电池的快速充电性能、倍率性能，也可以改善电池的循环性能和安全性能。本发明的石墨烯/碳纳米管复合导电浆料制备方法简单，适合于大规模工业化生产。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

实施例1的复合导电浆料按照质量分数组分的组成为：3.0%的石墨烯、8.0%的碳纳米管、0.8%的聚乙烯醇和剩余比例的N-甲基吡咯烷酮溶剂。该复合导电浆料的制备方法包括以下步骤：

（1）在搅拌分散机中将分散剂溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中并以自转1500转/min，公转35转/min的速度进行真空搅拌；