[發(fā)明專利]石墨烯-納米碳纖維復(fù)合集流體的制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201210176558.6 | 申請(qǐng)日: | 2012-05-31 |
| 公開(公告)號(hào): | CN103456501A | 公開(公告)日: | 2013-12-18 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 周明杰;吳鳳;王要兵 | 申請(qǐng)(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(hào): | H01G9/00 | 分類號(hào): | H01G9/00;H01G9/004 |
| 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 |
| 地址: | 518100 廣東省深*** | 國省代碼: | 廣東;44 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 石墨 納米 碳纖維 復(fù)合 流體 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種石墨烯-納米碳纖維復(fù)合集流體的制備方法。
背景技術(shù)
超級(jí)電容器是一種新型能量存儲(chǔ)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(dòng)通訊裝置、計(jì)算機(jī)、以及電動(dòng)汽車的混合電源等。通常超級(jí)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(jí)電容器的能量密度一般比較低,超級(jí)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(zhì)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(chǔ)能性能和降低器件各個(gè)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(gè)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,提高充放電庫倫效率。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)。
傳統(tǒng)的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(gè)電池的20%~25%,則電極材料占整個(gè)電池的比重大大減少,最終導(dǎo)致超級(jí)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(dǎo)電率、高強(qiáng)度、較好的導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。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(zhì)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(qiáng)度為1.5-1.8×105MPa,約為銅箔拉伸強(qiáng)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(zhì)量。
但是,通過氧化還原法制備的石墨烯的拉伸強(qiáng)度較低,則使得石墨烯薄膜作為集流體使用時(shí)不能做的太薄。
發(fā)明內(nèi)容
基于此,有必要提供一種可以制備出拉伸強(qiáng)度較好的石墨烯-納米碳纖維復(fù)合集流體的石墨烯-納米碳纖維復(fù)合集流體的制備方法。
一種石墨烯-納米碳纖維復(fù)合集流體的制備方法,包括如下步驟:
按照質(zhì)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(fù)合懸浮液;
向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)合懸浮液中加入水合肼溶液,混合后反應(yīng)得到石墨烯-納米碳纖維復(fù)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(fù)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(fù)合集流體。
在一個(gè)實(shí)施例中,所述按照質(zhì)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(gè)實(shí)施例中,所述超聲分散得到氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)合懸浮液的步驟中,所述超聲分散的時(shí)間為1h~2h。
在一個(gè)實(shí)施例中,所述超聲分散得到氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)合懸浮液的步驟中,所述氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)合懸浮液的總濃度為0.1mg/ml~5mg/ml。
在一個(gè)實(shí)施例中,所述向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)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(zhì)量比為1:10~7:10。
在一個(gè)實(shí)施例中,所述向所述氧化石墨烯-納米碳纖維復(fù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%。
在一個(gè)實(shí)施例中,所述混合后反應(yīng)得到石墨烯-納米碳纖維復(fù)合懸浮液的步驟中,加入水合肼后,反應(yīng)溫度為80℃~100℃,反應(yīng)時(shí)間為12h~24h。
在一個(gè)實(shí)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(hù)氣體排出所述管式爐內(nèi)的空氣,然后控制保護(hù)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(hù)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(gè)實(shí)施例中,所述保護(hù)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(hù)氣體總體積的5~10%。
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