[发明专利]一种高导电石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及新材料领域，旨在提供一种高导电石墨烯复合材料的制备方法。本发明将石墨微粉作为最大的基础导电网络结构，以石墨烯作为石墨微粉的导电网络结构连接石墨微粉连接处的微小区域，并通过在石墨烯表面原位还原制备铜纤维和银纳米线，构建出双层多维的导电网络结构，还利用石墨烯表面非共价物理吸附作用负载难分散的炭黑粒子，形成“长程”导电网络和“短程”导电网络。本发明通过构建“点‑线‑面”结合的多维度石墨烯复合材料导电网络，显著提高了复合材料的导电性，实现了复合材料体电导率的显著提升；原位反应获得的复合材料均匀稳定。本发明工艺简单、流程短，原材料易获取，易于实现工业化和大规模推广。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种高导电石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

能源和环境问题日益突出，国家能源结构朝绿色低碳发展，新能源汽车动力电池、高端3C锂电池和储能电池等国家战略性新兴产业及其主要配套高新技术和材料已被列入国家重点发展项目。导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接关系到电池的性能。传统导电剂采用的导电炭黑导电性差，而且其高添加量降低了锂离子电池的能量密度。为满足动力型锂离子电池高比容量和大电流下快速充放电的要求，研究和开发新型导电剂是新能源电池发展的重要趋势。

石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，由于优异的物理化学性质被誉为“新材料之王”，广泛应用于储能器件、生物医疗、传感器和复合材料领域，尤其在动力型锂离子电池领域展现出巨大的应用前景。由于高导电性和特殊的二维结构，石墨烯在极少量情况下就能有效提升正极材料的导电性，从而提高锂离子电池体积能量密度，在电动汽车锂离子电池领域得到了快速发展。然而，受限于石墨烯原材料的品质、石墨烯在复合材料中的分散、以及石墨烯对锂离子的位阻效应等，目前石墨烯基导电剂仍处于实验研究阶段，尚未开展大规模的制备和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种高导电石墨烯复合材料及其制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种高导电石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量比0.5∶4∶0.3取去离子水、无水乙醇和异丙醇，混匀；以无水乙醇的质量为基准，加入2.5-6wt％的分散剂和7-11wt％的还原剂；继续搅拌20-25min，获得溶液A；

(2)将氧化石墨烯加入到溶剂A中，超声分散后获得溶液B；氧化石墨烯在溶液B中的浓度为2-5g/L；

(3)按Cu与氧化石墨烯的质量比为13-25∶6-9，Ag与氧化石墨烯的质量比为9-11∶6-9，分别称取硝酸铜和硝酸银；然后依次加入去离子水中，在65℃搅拌30min，获得溶液C；去离子水与氧化石墨烯的质量比为70∶6-9；

(4)在搅拌和超声条件下，将溶液B加入到溶液C中，获得溶液D；

(5)按炭黑与氧化石墨烯的质量比为30-40∶6-9，石墨微粉与氧化石墨烯的质量比为15-42∶6-9，分别称取炭黑粉体和石墨微粉；在超声条件下依次加入到溶液D中，获得溶液E；

(6)将溶液E转移到反应釜中，在230℃保温4个小时；将所获得的液体取出，冷冻干燥15小时，获得高导电石墨烯复合材料；该复合材料中，石墨烯作为石墨微粉的导电网络结构连接微区，石墨烯表面原位还原形成铜纤维和银纳米线，炭黑粒子嵌入石墨烯，与石墨微粉、铜纤维、银纳米线构成的三维网络结构形成多维度导电网络。

作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，分散剂是十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇6000中的一种或两种混合。

作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，还原剂是葡萄糖、甲醛中的一种或两种混合。

作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，搅拌的速率为2000-3000转/分钟。