[發明專利]石墨烯-納米碳纖維復合集流體的制備方法

在審

• 申請號: 201210176558.6
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103456501A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 周明杰;吳鳳;王要兵
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/004
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及一種石墨烯-納米碳纖維復合集流體的制備方法。

背景技術

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）、高循環壽命（循環次數可達10萬次以上）、快速充放電性能好等優點，被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、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層、電解質、隔膜、集流體、外殼等組裝而成。現有的超級電容器的能量密度一般比較低，超級電容器的能量密度的影響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層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重，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構或零件，主要功能是將電池活性物質產生的電流匯集起來，提供電子通道，加快電荷轉移，提高充放電庫倫效率。作為集流體需要滿足電導率高、機械性能好、質量輕、內阻小等特點。

傳統的集流體正極采用鋁箔、負極采用銅箔。由于金屬集流體的密度較大，質量較重，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，最終導致超級電容器的能量密度較低。且金屬類集流體較容易被電解液所腐蝕。

石墨烯具有較大的比表面積，較高的導電率、高強度、較好的導熱性能和低的熱膨脹系數而被認為是理想的材料。石墨烯可通過一定的方法制備成石墨烯薄膜或石墨烯紙，此石墨烯薄膜可用作集流體使用。它的質量較輕，理論密度為2.26g/cm³，僅為Cu密度(8.5g/cm³)的26%，且理論拉伸強度為1.5-1.8×10⁵MPa，約為銅箔拉伸強度（200MPa）的1000倍，因此理論上，以石墨烯薄膜作為集流體，可以大大降低集流體的質量。

但是，通過氧化還原法制備的石墨烯的拉伸強度較低，則使得石墨烯薄膜作為集流體使用時不能做的太薄。

發明內容

基于此，有必要提供一種可以制備出拉伸強度較好的石墨烯-納米碳纖維復合集流體的石墨烯-納米碳纖維復合集流體的制備方法。

一種石墨烯-納米碳纖維復合集流體的制備方法，包括如下步驟：

按照質量比為1：1~2：1將氧化石墨和納米碳纖維加入到溶劑中，超聲分散得到氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液；

向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液中加入水合肼溶液，混合后反應得到石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液；

采用微孔濾膜真空過濾所述石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液，烘干濾餅，將所述濾餅從濾膜上剝離后在500℃~1000℃、還原氣氛下熱處理，得到所述石墨烯-納米碳纖維復合集流體。

在一個實施例中，所述按照質量比為1：1~2：1將氧化石墨和納米碳纖維加入到溶劑中的步驟中，所述溶劑為離子水、乙醇、異丙醇、丙醇、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。

在一個實施例中，所述超聲分散得到氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液的步驟中，所述超聲分散的時間為1h~2h。

在一個實施例中，所述超聲分散得到氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液的步驟中，所述氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液的總濃度為0.1mg/ml~5mg/ml。

在一個實施例中，所述向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液中加入水合肼溶液的步驟中，所述水合肼與所述氧化石墨烯的質量比為1：10~7：10。

在一個實施例中，所述向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液中加入水合肼溶液的步驟中，所述水合肼溶液中水合肼的質量分數為85%。

在一個實施例中，所述混合后反應得到石墨烯-納米碳纖維復合懸浮液的步驟中，加入水合肼后，反應溫度為80℃~100℃，反應時間為12h~24h。

在一個實施例中，所述將所述濾餅從濾膜上剝離后在500℃~1000℃、還原氣氛下熱處理的步驟為：

將所述濾餅放入管式爐中，通入保護氣體排出所述管式爐內的空氣，然后控制保護氣體的流量為50ml/min~70ml/min，先以1℃/min~5℃/min的升溫速率升溫至200℃，保溫5min，再以5℃/min~10℃/min的升溫速率，升溫至500℃~1000℃，通入保護氣體和還原氣體的混合氣體形成還原氣氛并保持溫度0.5h~2h。

在一個實施例中，所述保護氣體為氬氣，所述還原氣體為氫氣，所述還原氣氛為所述還原氣體占所述還性氣體與保護氣體總體積的5~10%。