[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

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%。