一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料及其制备方法与流程

本技术涉及锂离子电池材料领域，更具体地说，它涉及一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池电芯的正极材料本身的电导率更是很低，为了提高锂电子电池的倍率性能，一般商用的锂离子电池正极和负极材料中会掺杂导电剂，特别是正极材料中掺杂的导电剂材料更多，导电剂与正极活性材料接触形成导电网络，以提高锂离子电池的倍率性能。

2、目前，市场上的导电剂通常以导电剂浆料的形式进行存储和使用，主要采用碳纳米管、石墨烯二元复合材料作为导电剂浆料，加工时需要自己添加导电炭黑粉体配料使用，而石墨烯浆料容易沉降，碳纳米管浆料不易分散，使加入的导电炭黑更易分散不均匀，不易于加工。

技术实现思路

1、为了提高碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的分散均匀性，本技术提供了一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料及其制备方法，其采用如下技术方案：

3、一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料，其包括如下重量百分含量的原料：碳纳米管2-3％、石墨烯0.3-0.7％、导电炭黑6-8％和聚乙烯吡咯烷酮0.5-1.5％，余量为去离子水。

4、本技术的碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的原料可选用碳纳米管2-3％、石墨烯0.3-0.7％、导电炭黑6-8％和聚乙烯吡咯烷酮0.5-1.5％，余量为去离子水，可选用各自范围内的任一值，且提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的导电性，且当碳纳米管2.5％、石墨烯0.5％、导电炭黑7％、聚乙烯吡咯烷酮1％和去离子水89％，效果最佳。

5、通过采用上述技术方案，碳纳米管的导电性和耐酸碱性较高，同时具有优异的机械性能，在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能，将碳纳米管作为导电剂的原料，其网络结构可有效连接更多的活性物质，更适宜用于锂离子电池领域。石墨烯具有优异的电化学性能和机械性能，可提高正负极材料的循环性能和高倍率性能。导电炭黑结构度高、化学性质稳定、密度小、比表面积大，导电性能较好，采用导电炭黑作为碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的主要原料，可提高碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的稳定性。

6、聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂加入，含有氰基，芳香基团及酰亚胺基团，可效改善石墨烯、碳纳米管和导电炭黑在去离子水溶液中的分散性，降低电极极片的膨胀和收缩，易与活性物质形成良好的导电网络，使得电池具有优良的循环寿命、能量密度等电化学性能。

7、作为优选：一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料，其包括如下重量份的原料：碳纳米管2.4-2.8％、石墨烯0.4-0.6％、导电炭黑6.5-7.5％和聚乙烯吡咯烷酮0.8-1.2％，余量为去离子水。

8、本技术一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料原料可选用碳纳米管2.4-2.8％、石墨烯0.4-0.6％、导电炭黑6.5-7.5％和聚乙烯吡咯烷酮0.8-1.2％，余量为去离子水，可选用各自范围内的任一值，且提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的导电性。

9、作为优选：所述石墨烯通过l-色氨酸改性得到改性石墨烯；所述改性石墨烯通过如下步骤制备得到：制备质量浓度为2-4％的l-色氨酸水溶液；加入l-色氨酸质量40-60％的氢氧化钠，搅拌均匀，加入石墨烯和石墨烯质量20-40％的十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到改性石墨烯。

10、通过采用上述技术方案，采用l-色氨酸处理石墨烯，可改善石墨烯在去离子水溶液中的分散性，再加入十二烷基硫酸钠可进一步提高l-色氨酸处理石墨烯的效果。

11、作为优选：所述石墨烯与l-色氨酸水溶液的质量比为1：(2-2.5)。

12、通过采用上述技术方案，调节石墨烯与l-色氨酸水溶液的质量比，可进一步提高l-色氨酸处理石墨烯的效果。

13、作为优选：所述碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料还包括如下重量百分含量的原料：聚氧亚烷基胺0.1-0.3％。

14、通过采用上述技术方案，加入聚氧亚烷基胺，可提高聚乙烯吡咯烷酮分散性的临界范围，提高聚乙烯吡咯烷酮的分散性。

15、作为优选：所述聚氧亚烷基胺与聚乙烯吡咯烷酮的重量份比为1：(2-14)。

16、通过采用上述技术方案，调节聚氧亚烷基胺与聚乙烯吡咯烷酮的重量份比，可进一步提高聚乙烯吡咯烷酮的分散性。

17、作为优选：所述碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料还包括如下重量百分含量的原料：活性炭5-10％。

18、通过采用上述技术方案，活性炭可提高碳纳米管的分散性。

19、作为优选：所述碳纳米管与活性炭重量份配比为1：(2-4)。

20、通过采用上述技术方案，调节碳纳米管与活性炭重量份配比，可进一步提高碳纳米管的分散性。

21、第二方面，本技术提供一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：

22、一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料，其包括以下操作步骤：

23、将聚乙烯吡咯烷酮加至去离子水中，搅拌分散，得到混合液；

24、将石墨烯加至一半混合液中，搅拌分散，研磨，得到石墨烯浆料；

25、将碳纳米管加至另一半混合液中，搅拌分散，加入石墨烯浆料，搅拌分散，研磨，加入导电炭黑，搅拌分散，研磨，得到碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料。

26、通过采用上述技术方案，加入每一种原料都会进行搅拌分散研磨，且石墨烯和碳纳米管分别加至混合液中分散，提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料各原料的分散均匀性。

27、第三方面，本技术提供一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：

28、一种碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料，其包括以下操作步骤：

29、将聚乙烯吡咯烷酮加至去离子水中，搅拌分散，得到混合液；

30、将改性石墨烯加至一半混合液中，搅拌分散，研磨，得到改性石墨烯浆料；

31、将碳纳米管加至另一半混合液中，搅拌分散，加入改性石墨烯浆料，搅拌分散，研磨，加入导电炭黑，搅拌分散，研磨，加入其余原料，搅拌分散，研磨，得到碳纳米管、改性石墨烯和炭黑复合材料。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、(1)本技术通过控制碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的各原料种类和掺量，使碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量为10.97％，粘度为1550mpa·s，提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量，并降低了粘度，体积电阻率为13.13ω·cm，提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的分散均匀度。

34、(2)本技术通过将石墨烯替换为改性石墨烯，并调节石墨烯与l-色氨酸水溶液的质量比，使碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量为11.07-11.12％，粘度为1530-1539mpa·s，体积电阻率为12.30-12.75ω·cm，进一步提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的分散均匀度。

35、(3)本技术通过加入聚氧亚烷基胺，并调节聚氧亚烷基胺与聚乙烯吡咯烷酮的重量份比，使碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量为11.16-11.20％，粘度为1510-1515mpa·s，体积电阻率为11.72-11.89ω·cm，进一步提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量，并降低了粘度。

36、(4)本技术通过加入活性炭，并调节碳纳米管与活性炭重量份配比，使碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的固含量为11.25-11.29％，粘度为1490-1503mpa·s，体积电阻率为11.18-11.32ω·cm，进一步提高了碳纳米管、石墨烯和炭黑复合材料的分散均匀度。