[发明专利]介孔石墨烯导电浆料和制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔石墨烯导电浆料及其制备方法，以及使用该导电浆料制备的电极极片。

背景技术

现有的储能器件的电极材料通常是由碳基材料：如活性炭、硬碳、石墨等，和粘结剂构成，但由于碳基材料应用在超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池时电子电导率比较低，通常需要加入导电剂：如炭黑等，增加导电性。传统的电极浆料的制作方法为：将活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂按照一定配比混合，加入搅拌机或者分散机中搅拌一定时间后，即得极片浆料。但此法容易导致导电浆料分散不均匀，而且单独使用一种导电剂不能形成有效的立体导电网络结构。文献Electrochimica Acta 187(2016)，134-142采用了硬碳作为负极材料，粒径为30～50um的炭黑作为导电剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，尽管显示出了锂离子电容器的电化学特征，功率密度达到7.6kW/kg，但由于炭黑与碳基材料之间只是形成了“点-点”接触，不能形成三维的导电网络结构，对材料的电导率提高有限从而限制了其性能。因此本发明是为了解决现有的电极导电浆料的分散，以及不易形成高效的导电网络结构和电导率不高的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种介孔石墨烯导电浆料及其制备方法和用途。本发明制备的石墨烯分散性好、导电率高，可应用于超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池。

本发明采用以下技术方案：

一种介孔石墨烯导电浆料，含有介孔石墨烯、导电碳黑及溶剂。所述介孔石墨烯与导电碳黑的质量比为1：9～1：1，所述介孔石墨烯比表面积为650～750m²/g，孔径分布集中在4nm，石墨烯层数在1～8层之间，电子电导率为10000～14000S/m，氧含量少于2wt％。

本发明在导电剂中添加石墨烯，利用介孔石墨烯独特的平面结构和电子导电率高的特点，可以与电极活性材料形成“点-面”接触，并结合导电剂中的炭黑，形成高效的三维网状导电结构。

所述的溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。

所述的导电碳黑为商业化导电碳黑产品，Timcal的Super C、Super P Li,日本DENKA公司的乙炔黑、日本科琴黑Ketjen Black ECP均可。

制备所述的介孔石墨烯的方法如下：

步骤1，将金属镁粉与氧化镁粉混合均匀，得到混合粉末，将所述混合粉末放入密封耐压容器中，并在所述混合粉末中埋入钨丝线圈；

步骤2，使用分子泵将所述密封耐压容器压力降至2×10^-4Pa，向所述密封耐压容器中通入二氧化碳气体，至所述密封耐压容器内压力为0.125^-10MPa；

步骤3，使用直流电源对所述钨丝线圈施加直流电，所述钨丝线圈产生高温引发金属镁粉与二氧化碳发生反应，得到黑色粉末；

步骤4，将步骤3得到的所述黑色粉末置于稀酸中静置后，再使用去离子水抽滤洗涤所述黑色粉末至中性，得到滤饼，将所述滤饼冷冻干燥后得到介孔石墨烯粉体。

介孔一般是指孔径为2-50nm。本发明使用的介孔石墨烯对比商业化的石墨烯产品具有如下特点：1.介孔石墨烯孔径分布单一，集中在4nm，比表面积为650～750m²/g，层数为1-8之间，有利于电极材料与电解液的充分接触，提高离子电导率，从而提高材料的电化学性能；2.介孔石墨烯电子导电率高达10000～14000S/m，远高于商用的导电型石墨烯，氧含量低于2wt％，作为导电剂与导电炭黑可以形成高效的导电网络，提高电极材料电子导电率，可以有效降低极片内阻；3.石墨烯具有高电容，电池组分与电容组分内并联，能提高电容器的比容量；4.石墨烯中的介孔可以吸附较多的电解液，能有效缩短离子传输距离；5.石墨烯作为二维材料会造成对锂离子扩散行为的阻挡作用，增长了锂离子的扩散路径，而介孔石墨烯可以克服这一缺陷。商用的石墨烯产品，以炭美公司生产的导电型石墨烯为例，其比表面积为400-600m²/g，电子电导率为800-2000S/m，孔径分布不均一，作为导电剂使用性能远不如本发明使用的介孔石墨烯。

本发明制备介孔石墨烯导电浆料的方法如下：

步骤1，将10～50质量份的介孔石墨烯加入溶剂中，搅拌分散均匀，得到浆料A；

步骤2，在步骤1制得的浆料A中加入50～90质量份的导电碳黑，搅拌混合均匀，得到浆料B；

步骤3，将步骤2制得的浆料B超声分散，得到介孔石墨烯导电浆料。