[發(fā)明專利]石墨烯紙集流體的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210137234.1
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN103383898A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;吳鳳;王要兵
• 申請（專利權(quán)）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
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01M4/04
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集流體，特別是涉及一種石墨烯紙集流體的制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器是一種新型能量存儲裝置，具有高功率密度（為普通電池的10倍以上）、高循環(huán)壽命（循環(huán)次數(shù)可達(dá)10萬次以上）、快速充放電性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動通訊裝置、計(jì)算機(jī)、以及電動汽車的混合電源等。通常超級電容器的主要由電極活性物質(zhì)層、電解質(zhì)、隔膜、集流體、外殼等組裝而成。現(xiàn)有的超級電容器的能量密度一般比較低，影響能量密度的因素主要有電極材料的電容，體系的電壓，電極材料占電極活性物質(zhì)層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重等等，因此，增加電極材料的儲能性能和降低器件各個組成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流體的質(zhì)量是一個有效的提高能量密度的方法。

集流體是一種匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，主要功能是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，提供電子通道，加快電荷轉(zhuǎn)移，提高充放電庫侖效率。作為集流體需要滿足電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好、質(zhì)量輕、內(nèi)阻小等特點(diǎn)。

目前，大多數(shù)的文獻(xiàn)中或行業(yè)中，一般集流體正極采用鋁箔、負(fù)極采用銅箔，由于金屬集流體的密度較大，質(zhì)量較重，一般集流體的重量占整個電池的20-25%，則電極材料占整個電池的比重大大減少，最終導(dǎo)致超級電容器的能量密度較低。

自從英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·K·海姆(Andre?K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。如：①高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1,100GPa)，拉伸強(qiáng)度：(150-180GPa)；②高電導(dǎo)率（108S/m）；③高的比表面積，(理論計(jì)算值：2,630m2/g)。石墨烯可通過一定的方法制備成石墨烯薄膜或石墨烯紙，由于石墨烯的比表面積較大，其密度較低，則石墨烯紙的質(zhì)量較輕，同時其高的機(jī)械性能和高電導(dǎo)率也能滿足集流體應(yīng)用的基本性能指標(biāo)，因此基于石墨烯所制備的石墨烯紙可充當(dāng)集流體使用，并可降低集流體的質(zhì)量。

然而，傳統(tǒng)的通過石墨烯懸浮液直接過濾的方法制備石墨烯紙時，制備的石墨烯紙往往因?yàn)榇嬖诖罅咳毕荻鴮?dǎo)致電導(dǎo)率較低。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種電導(dǎo)率較高的石墨烯紙集流體的制備方法。

一種石墨烯紙集流體的制備方法，包括如下步驟：

將石墨、高錳酸鉀與濃硫酸進(jìn)行氧化反應(yīng)后得到氧化石墨；

將所述氧化石墨加入溶劑中，配制成氧化石墨溶液；

將所述氧化石墨溶液超聲攪拌，得到均勻分散的氧化石墨烯懸浮液；

將所述氧化石墨烯懸浮液放入反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，得到石墨烯懸浮液；

采用微孔濾膜真空過濾所述石墨烯懸浮液，烘干，然后從濾膜上剝離后得到石墨烯紙；及

將所述石墨烯紙?jiān)诙栊詺怏w的氛圍下，于500~1000℃下通入還原性氣氛，進(jìn)行還原反應(yīng)，冷卻到室溫，得到所述石墨烯紙集流體。

在其中一個實(shí)施例中，所述氧化石墨采用如下方法制得：將石墨加入濃硫酸中，然后加入高錳酸鉀，保持在10℃以下，攪拌2h，在室溫水浴攪拌均勻后，在冰浴條件下緩慢加入去離子水，對石墨進(jìn)行氧化，最后加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，用稀鹽酸和去離子水對固體物進(jìn)行反復(fù)洗滌，干燥，得到氧化石墨。

在其中一個實(shí)施例中，所述溶劑為DMF或NMP的水溶液，其中，所述DMF或NMP與水的體積比為9:1~5：5。

在其中一個實(shí)施例中，所述氧化石墨溶液的濃度為0.25~1mg/ml。

在其中一個實(shí)施例中，所述超聲攪拌的時間為0.5~1小時。

在其中一個實(shí)施例中，所述氧化石墨烯懸浮液在反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度150~200℃，反應(yīng)時間為5~12小時。

在其中一個實(shí)施例中，將所述石墨烯紙?jiān)诙栊詺怏w的氛圍下，先以1~5℃/min的速率升溫至200℃，保溫5分鐘，再以5~10℃/min的速率升溫至500~1000℃。

在其中一個實(shí)施例中，所述還原反應(yīng)的時間為0.5~2小時。

在其中一個實(shí)施例中，所述惰性氣體為氬氣，所述氬氣的流量為50~70ml/分鐘。

在其中一個實(shí)施例中，所述還原性氣氛由按體積比90~95%的氬氣與5~10%的氫氣組成。

上述方法通過溶劑熱法還原掉環(huán)氧基團(tuán)，再通過氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原其他官能團(tuán)，還原較為徹底，且避免了熱還原的過程中，有環(huán)氧基團(tuán)的存在會導(dǎo)致大量的缺陷和碳原子的損失，因此能夠提高石墨烯紙集流體的電導(dǎo)率。

附圖說明