TRILOS超高压纳米均质机在锂电池用石墨烯导电浆料的应用

随着汽车动力电池和储能电池需求量的高速增长，我国锂电子电池产业将在新的起点上引来发展机遇。其中锂电子电池正极材料为三元材料、磷酸铁锂和钴酸锂等，但因其电导率较低，为减少锂电子电池的极化内阻，需要辅助添加导电剂构建电子导电网络，增加电子传导速率，确保电子能够和锂离子同时到达活性物质表面从而参与电化学反应，实现正极活性物质性能的良好发挥。

锂电池中的导电剂通常是炭黑、石墨烯、碳纳米管等导电碳材料，其中石墨烯导电   材料的制备方法中，液相物理法剥离方式以低成本且保留高导电性的特点应用较为广泛。但液相剥离方式目前以大片径膨胀石墨为原材料，导致最终获取的导电浆料的石墨烯片径较大，其浆料稳定性较差，长时间存储后容易沉降。如果增加分散剂含量，增加导电碳材料间的空间位阻，以减少其凝聚，但分散剂比例增加势必会增加成本，且分散剂本身最终残留电池极片中，可能与电解液兼容性差，且在高温或者较高电压平台下分解导致电池性能失效。

所以，可尝试从分散工艺入手，选择合适的分散方法，来获得具有较好分散稳定性的石墨烯导电浆料。我们提供一种具有较好分散稳定性和流动性的浆料制备方法，即采用TRILOS超高压纳米均质机对石墨烯导电浆料进行均匀细化处理，较大或团聚的颗粒得以分散，从而提高浆料的稳定性。  

1. TRILOS超高压纳米均质机介绍：

TRILOS超高压纳米均质机采用高压喷射原理，能够在短时间内产生巨大的剪切力，碰撞力，气穴力，从而将大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均质的状态存在，能够大幅提升效率。通过调控均质机来达到理想的粒径分布效果，且不会产生金属材料污染，可实现实验研发到大生产的线形放大，为高价值材料提供可靠的技术方案。

TRILOS超高压纳米均质机不堵不漏，采用10寸工业触控屏，可实时监控压力曲线图，最高压力可达4000bar。

2. 实验过程

1） 采用气流粉碎机对膨胀石墨烯微片粉体进行粉粹处理得D50为10土2µm, D99 <

100µm;

2） 取步骤1)得到的2kg石墨烯以及8kg碳纳米管加入到预先溶解有0.25kg聚偏二氟乙烯、0.25kg聚乙烯醇缩醛树脂、0.5kg氢化丁晴橡胶的磷酸三乙酯中，磷酸三乙酯的重量为88.5kg，后加入总量为0.5kg的pH调节剂，然后用球磨装置进行初步剥离处理;

3） 采用球磨装置进行第二次剥离分散处理，粒径达到D50<15μm，D99<50μm；

4） 采用TRILOS超高压纳米均质机进行第三次剥离分散处理，粒径达到D50<l0μm，D99<30μm；

5） 经过除磁处理后得到石墨烯导电浆料。

6） 

3. 实验结果

表1 导电浆料物理性能检测结果表

将导电浆料使用刮刀均匀涂覆到聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上，并置于鼓风烘箱中烘干获得极片，使用拉曼光谱仪测试极片的G峰、D峰的峰面积或峰强度比值，即为GD比值（0.99），GD比值越大说明石墨化程度越好，材料性能越佳。

将导电浆料用在正极体系中来评估其导电性能。以在磷酸铁锂(LFP)体系为例，以PVDF（聚偏二氟乙烯）为粘结剂，以质量百分含量计，则LFP含量为96%、导电浆料含量为1%、PVDF的含量为3 %，正极合浆的固含量按照粘度需求控制在50-60%，合浆完成后均匀涂覆到PET膜上，然后使用四探针测试仪测试极片电阻率。同时将导电浆料稀释后制样于碳支持膜上，以高倍率透射电镜进行石墨烯片层拍摄，统计片层值，检测结果如表2所示。从表中的测试结果看，用TRILOS超高压纳米均质机可有效地提高石墨烯导电浆料的分散稳定性，和锂电池极片的导电性能。

表2 导电浆料极片体电阻率和片层检测结果表