【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及離子電池，尤其涉及一種石墨烯基離導電劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著電動汽車和移動電子設備的飛速發展，人們對離子電池能量密度的要求越來越高。近年來，全球經濟快速發展對能源需求的不斷增長，發展具有高能量密度、長循環壽命、高安全性、綠色環保和低成本的二次電池在新能源領域具有重大意義。
2、離子電池作為一種常見的儲能器件，其儲能原理是金屬離子在正負極材料中嵌入/脫出，并伴隨外電路的電子傳輸。以鋰離子電池為例，鋰電池正極材料主要有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元材料等，鋰離子在正極材料晶格中，正常充放電情形下，正極材料在脫嵌鋰離子的同時得失電子，因此為了發揮其性能，必須保證其離子和電子的傳輸通道。然而，目前使用的正極材料導電性較差，僅依靠正極材料本身的導電性無法達到良好的充放電性能。因此，在制備離子電池極片時通常加入一定量的導電劑，提高電池的倍率和循環性能。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種石墨烯基導電劑及其制備方法和應用，提供一種導電性能優異的導電劑，提升正極材料的比容量。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、一種石墨烯基導電劑的制備方法，包含以下步驟：
4、將多層石墨烯與金屬氯化物在保護氣氛下進行氣相插層，得到多層石墨烯插層化合物；
5、將所述多層石墨烯插層化合物、磷源和鋰源混合，得到混合材料；
6、對混合材料進行熱處理，得到所述石墨烯基導電劑。>
7、可選地，所述金屬氯化物包含無水氯化鋁、無水氯化銅、無水三氯化鐵、無水氯化鈉、無水氯化鈷、無水氯化鎳和無水氯化鉀中的至少一種；所述多層石墨烯與金屬氯化物的質量比為1：1～20。
8、可選地，所述保護氣氛包含氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種；所述氣相插層的溫度為300～500℃，時間為5～24h；所述磷源包含h3po4和nh4h2po4中的至少一種；所述鋰源包含lioh、lih2po4、li2co3和lino3中的至少一種；所述多層石墨烯插層化合物、磷源及鋰源的摩爾比為1～3：1～3：1～3；所述混合材料還包含碳源。
9、可選地，所述碳源包含葡萄糖、peg12000、蔗糖和聚吡咯中的至少一種；所述碳源質量為石墨烯插層化合物、磷源和鋰源總質量的0～20％。
10、可選地，所述熱處理前，將所述混合材料進行球磨；所述球磨的球磨介質包含不銹鋼球、瑪瑙球、氧化鋯球、氧化鋁球和碳化硅球中的至少一種；球磨介質與混合材料的質量比為15～200：1；球磨的轉速為50～580rpm，時間為0.5～72h。
11、可選地，所述熱處理的升溫速率為2～10℃/min，溫度為600～800℃，時間為2～24h。
12、本專利技術提供了所述制備方法制得的石墨烯基導電劑。
13、本專利技術還提供了所述石墨烯基導電劑在離子電池中的應用。
14、可選地，所述離子電池為鋰離子電池、鈉離子電池、鋅離子電池或鉀離子電池。
15、可選地，將石墨烯基導電劑用于離子電池時，將所述石墨烯基導電劑、活性物質、粘結劑和溶劑混合，得到正極漿料，將正極漿料涂覆在正極箔材上，得到離子電池正極材料；
16、所述活性物質包含磷酸鐵鋰或ncm811，粘結劑包含pvdf、ptfe或pva，溶劑包含n-甲基吡咯烷酮、水、乙醇和異丙醇中的至少一種；石墨烯基導電劑、活性物質、粘結劑的質量比為1～4：6～8：1。
17、本專利技術通過三氯化鐵氣相插層和高溫固相法兩步成功合成了自帶比容量的石墨烯基導電劑。在該過程中，使用的石墨烯為機械剝離的多層石墨烯，具有超低缺陷密度，其獨特的二維片層結構和整個片層內的離域大π鍵，使其表現出至薄至柔結構特性及優異的導電性能；無水金屬氯化物氣相插層多層石墨烯能夠有效擴大石墨烯的層間距，制備多層石墨烯插層化合物；之后通過高溫固相法將多層石墨烯插層化合物與鋰源、磷源、碳源結合，制備自帶比容量的石墨烯基離子電池正極導電劑。該過程會合成磷酸鐵鋰納米顆粒以及團簇，可更好的與離子電池中的活性物質相結合，減小接觸電阻，并且，磷酸鐵鋰納米顆粒以及團簇充分填充于石墨烯片層間，防止了石墨烯的進一步堆疊，提高了鋰離子電池正極導電劑的導電性能，從而表現出了極佳的電化學性能。不僅如此，防止石墨烯堆疊可以形成高導電性石墨烯薄片，有助于充放電過程中的電子遷移從而提高離子電池的容量，提升磷酸鐵鋰正極比容量。
18、本專利技術制得的石墨烯基導電劑對電解液的浸潤性優異，保液能力強；且該石墨烯基導電劑存在規律的堆疊結構(其中電化學活性物質被許多石墨烯片層夾在一起)，用作鋰離子電池時，為鋰化過程中的體積變化提供了緩沖基質。分布在層間的磷酸鐵鋰的存在擴大了石墨烯片層之間的距離，這使得鋰離子能夠在材料內外快速擴散，相互耦合從而使得磷酸鐵鋰正極比容量得以顯著提升，達到178mah/g。
19、將本專利技術制得的石墨烯基導電劑制成離子電池能建立優異的導電網絡，從而提高電池的能量密度，導電性能優異。將其制成離子電池時，對應的金屬離子在石墨烯表面吸附/脫附，電解質中的金屬離子與石墨烯發生氧化還原反應出現額外容量，在石墨烯層間生成活性物質，進而抑制石墨烯的進一步堆積，形成具有高導電性的石墨烯薄片，擴大離子電池容量；在離子電池循環過程中，電解液中的部分競速離子還會嵌入層狀結構中，經長時間的循環使其剝離更充分，提升導電性。
20、具體地，組裝成鋰離子電池時，由于鋰離子在石墨烯表面的吸附/脫附，以及電解質中的鋰離子與石墨烯之間的可逆氧化還原反應出現額外容量；石墨烯層間生成的磷酸鐵鋰納米顆粒，抑制石墨烯進一步堆疊，而高導電性石墨烯薄片有助于充放電過程中的電子遷移從而提高鋰離子電池的容量。在循環過程中，由于石墨烯為層狀結構，電解液中的部分鋰離子會嵌入層狀結構中，經過長時間的循環使其剝離更充分，提高了導電性，克服了磷酸鐵鋰由于自身結構限制導致的電子電導率低的問題，長時間循環后，電池內阻增加少，容量衰減少。
21、本專利技術所述的石墨烯基導電劑制備過程簡單，成本低廉，易于實現大規模生產，且整個反應過程不需添加任何溶劑，成本低、環保，可實現商業化生產。
22、將本專利技術所述的石墨烯基導電劑與活性材料混合制成導電漿料時，不需使用分散劑，僅添加少量溶劑即可達到均勻分散。
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1.一種石墨烯基導電劑的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬氯化物包含無水氯化鋁、無水氯化銅、無水三氯化鐵、無水氯化鈉、無水氯化鈷、無水氯化鎳和無水氯化鉀中的至少一種；所述多層石墨烯與金屬氯化物的質量比為1：1～20。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣氛包含氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種；所述氣相插層的溫度為300～500℃，時間為5～24h；所述磷源包含H3PO4和NH4H2PO4中的至少一種；所述鋰源包含LiOH、LiH2PO4、Li2CO3和LiNO3中的至少一種；所述多層石墨烯插層化合物、磷源及鋰源的摩爾比為1～3：1～3：1～3；所述混合材料還包含碳源。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述碳源包含葡萄糖、PEG12000、蔗糖和聚吡咯中的至少一種；所述碳源質量為石墨烯插層化合物、磷源和鋰源總質量的0～20％。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理前，將所述混合材料進行球磨；所述球磨的球磨介質包含不銹鋼球、瑪瑙球
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的升溫速率為2～10℃/min，溫度為600～800℃，時間為2～24h。
7.權利要求1～6所述制備方法制得的石墨烯基導電劑。
8.權利要求1～6所述制備方法制得的石墨烯基導電劑或權利要求7所述石墨烯基導電劑在離子電池中的應用。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述離子電池為鋰離子電池、鈉離子電池、鋅離子電池或鉀離子電池。
10.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，將所述石墨烯基導電劑、活性物質、粘結劑和溶劑混合，得到正極漿料，將正極漿料涂覆在正極箔材上，得到離子電池正極材料；
...【技術特征摘要】
1.一種石墨烯基導電劑的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬氯化物包含無水氯化鋁、無水氯化銅、無水三氯化鐵、無水氯化鈉、無水氯化鈷、無水氯化鎳和無水氯化鉀中的至少一種；所述多層石墨烯與金屬氯化物的質量比為1：1～20。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣氛包含氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種；所述氣相插層的溫度為300～500℃，時間為5～24h；所述磷源包含h3po4和nh4h2po4中的至少一種；所述鋰源包含lioh、lih2po4、li2co3和lino3中的至少一種；所述多層石墨烯插層化合物、磷源及鋰源的摩爾比為1～3：1～3：1～3；所述混合材料還包含碳源。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述碳源包含葡萄糖、peg12000、蔗糖和聚吡咯中的至少一種；所述碳源質量為石墨烯插層化合物、磷源和鋰源總質量的0～20％。
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