[发明专利]一种石墨烯导电剂、其制备方法、锂离子电池负极和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种石墨烯导电剂，包括石墨烯材料、分散剂、其他助剂和水；所述石墨烯材料包括质量比为0:100～100:0的1～10层的石墨烯和10～100层的石墨烯微片；所述石墨烯的直径为0.1～50μm，所述石墨烯微片的直径为0.1～50微米。本发明中的石墨烯导电浆料中同时含有柔性的薄片材料石墨烯(层数1～10层)和刚性/弱柔性的石墨烯微片(层数10～100层)，柔性的石墨烯为负极提供较好的搭桥作用，提升导电性能；同时刚性的石墨烯微片具有更大的层间距，为锂离子的脱嵌过程提供快速通道，能有效改善电池的比容量、倍率性能和低温性能。本发明还提供了一种石墨烯导电剂的制备方法及一种锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种石墨烯导电剂、其制备方法、锂离子电池负极和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有低成本、环境友好、高比能量、无记忆效应、质量轻等特点，成为动力电源(医疗设备、娱乐设备、计算机、通讯设备、电动汽车、航天飞行器等)的重要组成部分。锂离子电池正极常采用过渡金属氧化物为活性材料，例如层状钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂或磷酸铁锂等，负极常采用石墨、硅基材料等作为活性材料。

虽然硬碳、石墨等导电性良好的活性材料会作为负极电极材料，但是在多次充放电循环过程中会发生膨胀收缩，导致活性材料之间产生不良接触，因此，迫切需要选取具有优良导电性、低密度、结构及化学性能稳定的导电剂添加至活性材料中。

导电剂一般可分为金属系导电剂(银粉、铜粉、镍粉等)、金属氧化物系导电剂(氧化锡、氧化铁、氧化锌等)、碳系导电剂(炭黑、石墨等)、复合导电剂(复合粉、复合纤维等)以及其他导电剂。导电剂加入锂离子电池中不能参加电池中的氧化还原反应，要有很高的抗酸碱腐蚀能力，碳系导电剂除了满足上述条件外，还具有低成本、质量轻等特点。碳系导电剂主要为导电石墨、导电炭黑、纤维状导电剂、石墨烯。自石墨烯被发现以来，将其用于负极导电剂一直备受关注，但现有的石墨烯导电剂性能仍有待改善，尤其是其低温性能以及倍率性能，如何大规模制备性能良好的石墨烯导电剂是现在要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯导电剂、其制备方法、锂离子电池负极和锂离子电池，本发明中的石墨烯导电及具有优异的低温性能和倍率性能。

本发明提供一种石墨烯导电剂，包括石墨烯材料、分散剂、其他助剂和水；

所述石墨烯材料、分散剂、其他助剂和水的质量比为(0.1～20)：(0.1～16)：(0～10)：(80～99.9)；

所述石墨烯材料包括质量比为0:100～100:0的1～10层的石墨烯和10～100层的石墨烯微片；所述石墨烯的直径为0.1～50μm，所述石墨烯微片的直径为0.1～50μm。

优选的，所述石墨烯导电剂还包括炭黑和/或碳纳米管；

所述炭黑和/或碳纳米管与所述石墨烯材料的质量比为1：99～99:1：。

优选的，所述其他助剂包括抑菌剂、稳定剂、降粘剂和碱性介质中的一种或几种。

本发明提供一种石墨烯导电剂的制备方法，包括以下步骤：

A)以重量份数计，将0.1～4份分散剂和0～3份其他助剂A加入水中，搅拌均匀，得到助剂溶液；

B)在所述助剂溶液中加入0.1～5份石墨碳材料，在超声条件下搅拌，得到石墨碳材料浆料；

C)将所述石墨碳材料浆料进行剥离，得到石墨烯浆料；

所述步骤C)中剥离的压力为40～200MPa，剥离的次数为1～3次；

D)将0.05～16份分散剂和0～10份其他助剂加入所述步骤C)得到的石墨烯浆料中，搅拌均匀，得到预分散液；