中國(guó)粉體網(wǎng)訊 如今，鋰電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為提高鋰電池性能尤其電極材料的導(dǎo)電性，通常需要在電池制備過(guò)程中加入適量導(dǎo)電劑以提高正極材料的導(dǎo)電性。目前常用的導(dǎo)電劑主要為導(dǎo)電碳黑和碳納米管為主，然而作為碳納米材料大家庭的石墨烯雖然也有使用，但是市場(chǎng)占比并盡如人意，隨著碳納米管導(dǎo)電劑狼吞虎咽導(dǎo)電炭黑的市場(chǎng)，如何才能讓石墨烯分一杯羹？
石墨烯在電子傳導(dǎo)應(yīng)用具有巨大優(yōu)勢(shì)，但是受范德華力影響，疏油疏水的石墨烯納米片容易產(chǎn)生團(tuán)聚，難以獲得具有良好分散穩(wěn)定性的石墨烯導(dǎo)電漿料，因而制約著石墨烯導(dǎo)電劑的發(fā)展。改善石墨烯的分散穩(wěn)定性，通常可采用分散劑、化學(xué)摻雜等化學(xué)方法和超聲、微波等物理方法。分散劑對(duì)石墨烯導(dǎo)電漿料有哪些影響？
華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的吳永健和廣東省稀有金屬研究所唐仁衡等人通過(guò)系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)探究不同分散劑在油性體系中對(duì)石墨烯分散穩(wěn)定性的影響，并研究所獲導(dǎo)電漿料應(yīng)用在磷酸鐵鋰正極的電化學(xué)性能。
石墨烯導(dǎo)電漿料的制備
分別向預(yù)處理的PVP、KD1、BYK-2150分散劑溶液中加入石墨烯，經(jīng)過(guò)再處理后獲得石墨烯和分散劑含量均為１％的導(dǎo)電漿料。分別命名為GR-PVP、GR-KD、GR-BYK。另外，在不加任何分散劑的情況下，采用相同的步驟配制出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為１％的石墨烯漿料作為對(duì)比該漿料命名為GR。
不同分散劑對(duì)石墨烯分散效果的影響
制備出GR-PVP、GR-KD、GR-BYK四種石墨烯漿料后，分別在靜置0d、1d、4d、7d時(shí)進(jìn)行紫外吸收光譜測(cè)試。四種漿料靜置不同時(shí)間的紫外吸收光譜如圖所示：
研究發(fā)現(xiàn)KD1和BYK-2150對(duì)石墨烯的分散以及穩(wěn)定都表現(xiàn)出良好的效果。
四種石墨烯漿料的SEM和TEM圖
圖像表明超聲和砂磨分散處理可破碎石墨烯片，使之有利于在正極材料中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。其中，采用分散劑KD1和BYK-2150處理的石墨烯分散效果最好，說(shuō)明這兩種分散劑可有效提高石墨烯的分散穩(wěn)定性、抑制石墨烯片層的團(tuán)聚。
原因可能是：非離子型分散劑BYK-2150含有可與石墨烯表面形成π-π鍵結(jié)合的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使其有效吸附在石墨烯表面并形成空間位阻效應(yīng)，阻礙石墨烯的再次團(tuán)聚；KD1為陽(yáng)離子分散劑，電離后產(chǎn)生的靜電排斥力以及由其大分子鏈形成的空間位阻效應(yīng)，使得石墨烯得到良好的分散。
不同漿料對(duì)電池性能的影響
采用不同導(dǎo)電漿料制備的電池在1C倍率下循環(huán)50次的放電比容量和庫(kù)侖效率曲線如圖所示：
從圖像中可以看出GR-BYK和GR-KD分散劑處理的電極現(xiàn)出良好的首次放電性能，這是因?yàn)锽YK-2150和KD1對(duì)石墨烯具有良好的分散穩(wěn)定作用，使得石墨烯與LFP顆粒間能夠均勻混合，有利于構(gòu)建穩(wěn)定高效的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而極大降低了電池內(nèi)阻，減弱了反應(yīng)極化作用。此外，分散在LFP表面的石墨烯可以有效抵消Li離子嵌入和脫出反應(yīng)所造成的應(yīng)力，保持正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
不同導(dǎo)電漿料制備的電池的循環(huán)伏安曲線如下圖所示，圖像表明采用分散劑 BYK-2150和KD1處理的石墨烯導(dǎo)電漿料制備的電池性能最佳。
不同導(dǎo)電漿料制備的電池的電化學(xué)阻抗譜和等效電路圖
結(jié)論
以KD1和BYK-2150作為石墨烯的分散劑，結(jié)合砂磨和超聲分散等物理手段，從而獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為１％的石墨烯導(dǎo)電漿料。測(cè)試表明石墨烯漿料的分散濃度和穩(wěn)定性均有所提高。以磷酸鐵鋰為正極材料，GR-KD和GR-BYK為導(dǎo)電漿料制備的扣式電池在0.2C倍率下的首次放電比容量分別為150.7mAh/g和156.1mAh/g，首次放電效率分別為94.4%和97.7%；在1C倍率下循環(huán)50次后，比容量保持在152.5mAh/g和159.7mAh/g，且GR-KD表現(xiàn)出良好的倍率性能。
參考資料：吳永健，分散劑對(duì)油性石墨烯導(dǎo)電漿料性能的影響及其在鋰電池中的應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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