一種鋰離子電容器電極漿料中復(fù)合導(dǎo)電劑的分散方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電容器電極漿料中復(fù)合導(dǎo)電劑的分散方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器因其具有功率高、使用壽命長和充電速度快等優(yōu)點(diǎn)而被業(yè)界廣泛關(guān)注，但常規(guī)超級電容器電極片的電極材料通常由碳基活性材料(如活性炭)和粘結(jié)劑制成，存在電壓低、能量密度低的缺陷，在很多方面的應(yīng)用都受到了限制。因此，為提高超級電容器的電壓和能量密度，現(xiàn)有的超級電容器電極片在制備時(shí)會在碳基活性材料中摻入含鋰材料。
[0003]但是含鋰材料的電子電導(dǎo)率都比較低，因此在電極片漿料的制備過程中需要加入導(dǎo)電劑改善其導(dǎo)電性，常用的導(dǎo)電劑主要為顆粒狀的導(dǎo)電炭黑、碳纖維等。傳統(tǒng)的漿料的制備方法為:將活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和有機(jī)溶劑按照一定配比同時(shí)加入攪拌機(jī)或者分散機(jī)中進(jìn)行攪拌一定時(shí)間后，即得極片漿料。
[0004]然而由于導(dǎo)電炭黑等導(dǎo)電劑顆粒小，很容易團(tuán)聚，很難在有機(jī)溶劑中分散，另外，使用單一的導(dǎo)電炭黑或者碳纖維等導(dǎo)電劑不能很好的構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，很難達(dá)到大幅改善功率性能的需要。因此，在鋰離子電容器電極漿料的制備過程中，如何選擇合適的導(dǎo)電劑并使導(dǎo)電劑均勻分散，對于提高鋰離子電容器的電性能具有重要意義。
[0005]CN102496476A，申請公布日2012.06.13的中國專利公開了一種超級電容器漿料制備方法，具體公開了:將平均粒徑1~30微米，BET比表面為400~5000m2/g的活性炭、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑和磨球放入球磨罐中球磨成超級電容器電極用漿料。該制備方法將活性炭、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑和磨球放入球磨罐中球磨成超級電容器電極用漿料，其不足之處在于:通過球磨導(dǎo)電劑并不能均勻分散并包裹在電極活性物質(zhì)(即活性炭)的表面，且球磨的工作效率低；另外導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨和碳纖維中的一種或幾種，這些碳基導(dǎo)電劑只是鑲嵌在活性炭之間，并不能在活性炭表面形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對于電極片導(dǎo)電率的提高效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電容器電極漿料中的導(dǎo)電劑不易分散，不能有效形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的問題，提供了一種鋰離子電容器電極漿料中復(fù)合導(dǎo)電劑的分散方法，本發(fā)明工藝步驟簡單，可操作性強(qiáng)，適合工業(yè)化生產(chǎn)，能使復(fù)合導(dǎo)電劑均勻分散并形成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在保持電容較高比能量的同時(shí)，功率性能得到顯著改善。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種鋰離子電容器電極漿料中復(fù)合導(dǎo)電劑的分散方法，包括以下步驟:
(I)稱料:按0.5-14.5%石墨烯，5.5-14.5%碳納米管，余量為導(dǎo)電碳黑的配比稱取各組分，其中石墨烯、碳納米管和導(dǎo)電碳黑構(gòu)成復(fù)合導(dǎo)電劑，同時(shí)稱取為復(fù)合導(dǎo)電劑質(zhì)量4~9倍量的N-甲基吡咯烷酮和為復(fù)合導(dǎo)電劑質(zhì)量5~15%的表面活性劑，待用。本發(fā)明對導(dǎo)電劑進(jìn)行了篩選，以石墨烯、碳納米管和導(dǎo)電碳黑作為導(dǎo)電劑，其中導(dǎo)電炭黑為球體結(jié)構(gòu)，石墨烯為由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，碳納米管主要為由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管結(jié)構(gòu)，三種導(dǎo)電劑呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)，當(dāng)三種導(dǎo)電劑混合分散時(shí)，以導(dǎo)電炭黑為中心，碳納米管的兩端分別連接相鄰的導(dǎo)電炭黑上從而將不同的導(dǎo)電炭黑串接起來形成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，石墨烯則會包裹在導(dǎo)電碳黑表面形成復(fù)合導(dǎo)電顆粒以進(jìn)一步提高導(dǎo)電率，本發(fā)明復(fù)合導(dǎo)電劑的導(dǎo)電率相比單一的導(dǎo)電劑或者形成平面狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電劑相比，導(dǎo)電率能得到明顯改善；表面活性劑可以改善碳基導(dǎo)電劑在有機(jī)溶劑中的表面浸潤性能和分散效果。
[0008](2)分步加料分散:先將導(dǎo)電炭黑與N-甲基吡咯烷酮、表面活性劑混合后進(jìn)行超聲分散，接著加入碳納米管進(jìn)行第一次高速分散，最后加入石墨烯進(jìn)行第二次高速分散即可。本發(fā)明先將導(dǎo)電炭黑與N-甲基吡咯烷酮、表面活性劑混合后進(jìn)行超聲分散以保證導(dǎo)電碳黑充分均勻分散，同時(shí)輔以表面活性劑以提高分散效果，再依次加入碳納米管、石墨烯進(jìn)行高速分散以形成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各組分的加入步驟極為重要，否則得不到立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超聲分散與機(jī)械分散工藝步驟簡單，成本低，且易操作。
[0009]作為優(yōu)選，步驟(I)中，所述導(dǎo)電碳黑的粒徑10~50nm。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(I)中，所述碳納米管管徑為50~100nm。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(I)中，所述表面活性劑為亞麻酸、十六烷基三甲基溴化銨、硬脂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(2)中，超聲分散的工藝條件為:頻率15~20KHz，功率200~300W，超聲時(shí)間20~30min。
[0013]作為優(yōu)選，超聲分散期間每隔l~3min向料液中通入氫氣，每次氫氣通入時(shí)間5~10S，通入量為0.3-0.5m3/ho超聲分散時(shí)超聲波會在分散物料中形成駐波，使得導(dǎo)電炭黑會受機(jī)械力的作用而聚集在波節(jié)處，不利于進(jìn)一步分散，為解決這一問題，本發(fā)明在進(jìn)行超聲分散時(shí)間斷性地通入氫氣以使有分散物料從下向上翻滾，破壞超聲波在分散物料中所形成的橫向的駐波，避免導(dǎo)電碳黑在在波節(jié)處發(fā)生聚集，氫氣密度小，通入后會迅速逸出，使用效果好。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(2)中，第一次高速分散與第二次高速分散的工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為6000~10000r/min,分散時(shí)間為 30~60min。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)中，第一次高速分散與第二次高速分散均在真空條件下進(jìn)行。在真空條件下進(jìn)行分散以去除氣泡，避免影響物料的分散均勻性。
[0016]因此，本發(fā)明具有如下有益效果:
(1)對導(dǎo)電劑進(jìn)行了篩選，以石墨烯、碳納米管和導(dǎo)電碳黑作為導(dǎo)電劑，三者協(xié)同配合以形成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于改善導(dǎo)電率；
(2)對加料步驟和分散方式進(jìn)行了改進(jìn)，分散效果好，工藝步驟簡單，可操作性強(qiáng)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0018]在本發(fā)明中，若非特指，所有百分比均為重量單位，所有設(shè)備和原料均可從市場購得或是本行業(yè)常用的，下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)方法。
[0019]實(shí)施例1
(I)稱料: