石墨烯及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學領(lǐng)域，其公開了一種石墨烯、其制備方法、電極片以及超級電容器；該石墨烯的制備方法包括步驟：制備氧化石墨烯懸浮液；制備NaOH與氧化石墨烯的混合溶液；制備石墨烯。本發(fā)明的石墨烯制備方法，能夠得到高比表面積、高電導率、高比容量的石墨烯，且該制備方法簡化了操作步驟，大大降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】石墨烯及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯及其制備方法和應用。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器(Supercapacitors)又稱電化學電容器(ElectrochemicalCapacitors)或者雙電層電容器(Electric Double Layer Capacitors),它是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件，與傳統(tǒng)電容器相比具有更高比電容量和能量密度，與電池相比則具有更高的功率密度；由于超級電容器具有充放電速度快、對環(huán)境無污染和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，有希望成為本世紀新型的綠色能源。電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器電容性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，因此研究開發(fā)高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究工作的重要內(nèi)容。目前研究的超級電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導電聚合物電極材料。
[0003]目前雙電層超級電容器的電極材料主要為碳材料，具有優(yōu)良的導熱和導電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學領(lǐng)域作電極材料，碳材料是目前工業(yè)化最為成功的電極材料之一。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發(fā)具有高比表面積、內(nèi)阻較小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面積、極好的導電性、優(yōu)良的導熱性，通過氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價比較高，且穩(wěn)定性好，是超級電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級電容器將會比目前所有的超級電容器的能量存儲密度都高。但是實際制備出來的石墨烯電極材料由于團聚等原因，容量偏低，水系中容量為135F/g，有機系容量99F/g,距離理論容量(550F/g)相差較遠，目前對石墨烯電容的改進主要在質(zhì)量比容量上，還很少人開始關(guān)注石墨稀的體積比電容。
[0004]石墨烯具有較高的質(zhì)量比電容，較低的電阻率，但其體積比電容并未得到顯著提聞。目如提聞石墨稀的體 積比電容成為了提聞超級電容器能量密度的關(guān)鍵因素，而質(zhì)量比電容和振實密度是決定超級電容器體積比電容的主要因素，因而在獲得較高質(zhì)量比電容石墨稀的如提下如何提聞其振實密度，成為提聞其體積比電容的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種比電容較高的石墨烯的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將氧化石墨加入到水中超聲分散處理，得到濃度為I~20mg/ml的氧化石墨烯懸浮液；
[0009]將濃度為I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液；
[0010]將上述得到混合溶液過濾，并將濾物進行干燥處理，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中并于惰性氛圍下進行高溫煅燒，冷卻后、水洗、過濾、干燥，得到所述石墨烯。
[0011]優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述超聲分散處理時間為I~5h。
[0012]優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述NaOH與氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為I~50:1。
[0013]優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述干燥處理過程中，干燥處理溫度為60~80 °C，干燥處理時間為24~48h。
[0014]優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述高溫煅燒時，溫度為800~1200°C，煅燒時間為I~5h。
[0015]本發(fā)明還提供一種石墨烯，該石墨烯采用上述制備方法制得。
[0016]本發(fā)明還提供一種電極片，包括集流體，以及涂覆在所述集流體表面的活性材料；該活性材料包括上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導電劑；石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導電劑的質(zhì)量比為88: 10: 2。
[0017]本發(fā)明還提供一種超級電容器，其電極采用上述電極片。
[0018]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，采用NaOH活化得到的石墨烯，微孔孔徑分布集中、孔結(jié)構(gòu)可控、振實密度大；NaOH活化后石墨烯的比表面積能夠達到1000~1500m2/g，大于一般熱還原石墨烯的比表面積~900m2/g ;所制石墨烯作為雙電層電容器電極材料，具有優(yōu)異的體積比電容。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0019]圖1為本發(fā)明石墨烯的制備工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，如圖1所示，其工藝流程步驟如下:
[0021]S1、將氧化石墨加入到水中超聲分散I~5h,得到濃度為I~20mg/ml的氧化石墨烯懸浮液；
[0022]S2、將濃度為I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌I~5h，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液；其中，所述NaOH與氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為I~50:1 ；
[0023]S3、將步驟S2得到的混合溶液過濾，濾物置于60~80°C干燥處理24~48h，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中，并于惰性氛圍(優(yōu)選氬氣氛圍)下、于800~1200°C中高溫煅燒I~5h，冷卻后、水洗、過濾、干燥得到石墨烯。
[0024]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，采用NaOH活化得到的石墨烯，微孔孔徑分布集中、孔結(jié)構(gòu)可控、振實密度大；NaOH活化后石墨烯的比表面積能夠達到1000~1500m2/g，大于一般熱還原石墨烯的比表面積~900m2/g ;所制石墨烯作為雙電層電容器電極材料，具有優(yōu)異的體積比電容。
[0025]以下是超級電容器的制造方法:
[0026]1、制備電極片
[0027]首先，按照質(zhì)量比為88: 10: 2的比例，選用上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及乙炔黑導電劑混合均勻，得到凝膠狀漿料；[0028]其次、將凝膠狀漿料涂覆在集流體(如，鋁箔，鎳箔，鎳網(wǎng)，銅箔，優(yōu)選鋁箔)上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得電極片。
[0029]2、制備超級電容器
[0030]選用上述制得的電極片兩片，分別作為正極片和負極片；按照正極片、隔膜、負極片的順序疊片組裝成電芯，再用電池殼體密封電芯，隨后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入電解液，密封注液口，得到超級電容器；
[0031]其中，電解液采用BMMBF4、EMMTFSI等離子液體，也可以采用常規(guī)的電解液TEABF4/ANo
[0032]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0033]實施例1
[0034](I)將Ig氧化石墨加入水中形成懸浮液,超聲分散Ih,形成濃度為lmg/ml氧化石墨烯懸浮液，
[0035](2)配制濃度為lg/L的NaOH溶液，將NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌lh，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:1;
[0036](3)將上述步驟(2)得到的混合溶液進行過濾，濾物于60°C干燥48h，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中,800°C反應5h，冷卻后、水洗、過濾、干燥得到高比表面積的石墨烯。
[0037]實施例2
[0038](I)將20g氧化石墨加入水中形成懸浮液,超聲分散5h,形成濃度為20mg/ml氧化
石墨烯懸浮液，`
[0039](2)配制濃度為500g/L的NaOH溶液，將NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌5h，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為50:1 ；
[0040](3)將上述步驟(2)得到的混合溶液進行過濾，濾物于80°C干燥24h，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中，1200°C反應Ih，冷卻后、水洗、過濾、干燥得到高比表面積的石墨烯。
[0041]實施例3
[0042](I)將IOg氧化石墨加入水中形成懸浮液,超聲分散Ih,形成濃度為10mg/ml氧化
石墨烯懸浮液，
[0043](2)配制濃度為100g/L的NaOH溶液，將NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌2h，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為10:1 ；
[0044](3)將上述步驟(2)得到的混合溶液進行過濾，濾物于70°C干燥36h，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中,900°C反應4h，冷卻后、水洗、過濾、干燥得到高比表面積的石墨烯。
[0045]實施例4
[0046](I)將5g氧化石墨加入水中形成懸浮液,超聲分散2h,形成濃度為5mg/ml氧化石墨烯懸浮液，
[0047](2)配制濃度為300g/L的NaOH溶液，將NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌3h，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為30:1 ；
[0048](3)將上述步驟(2)得到的混合溶液進行過濾，濾物于75°C干燥30h，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中，1000°c反應3h，冷卻后、水洗、過濾、干燥得到高比表面積的石墨烯。
[0049]對實施例1~4制備的石墨烯通過BET測試得到的比表面積如表1所示:
[0050]表1
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將氧化石墨加入到水中超聲分散處理，得到濃度為I~20mg/ml的氧化石墨烯懸浮液； 將濃度為I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌，得到NaOH與氧化石墨烯的混合溶液； 將上述得到混合溶液過濾，并將濾物進行干燥處理，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中并于惰性氛圍下進行高溫煅燒，冷卻后、水洗、過濾、干燥，得到所述石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述超聲分散處理時間為1 ~5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述NaOH與氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為I~50: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述干燥處理過程中，干燥處理溫度為60~80°C，干燥處理時間為24~48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒時，溫度為800~1200°C，煅燒時間為I~5h。
6.一種石墨烯，其特征在于，該石墨烯采用權(quán)利要求1~5任一所述的制備方法制得。
7.一種電極片，包括集流體，以及涂覆在所述集流體表面的活性材料；其特征在于，所述活性材料包括權(quán)利要求6所述的石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導電劑；所述石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導電劑的質(zhì)量比為88: 10: 2。
8.一種超級電容器，其特征在于，包括權(quán)利要求7所述的電極片。
【文檔編號】C01B31/04GK103833010SQ201210480794
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】周明杰, 鐘玲瓏, 王要兵, 劉大喜 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司