[發(fā)明專利]石墨烯復(fù)合集流體的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210176646.6
• 申請(qǐng)日: 2012-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN103450477A
• 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): C08G73/06
• 分類號(hào): C08G73/06;C08G73/02;C08G75/00;C08K9/00;C08K3/04;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，從而可用作集流體使用，而且可大大降低集流體的質(zhì)量。因?yàn)樗妮^輕，理論密度為2.26g/cm³，僅為僅為Cu密度(8.5g/cm³)的26%。

一般可通過將石墨烯懸浮液真空減壓過濾制備石墨烯集流體。但是由于石墨烯的比表面積較大，較易團(tuán)聚，影響所制備出的石墨烯集流體的性質(zhì)，制備得到的石墨烯集流體的完整性、成膜性均受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種可以制備完整性、成膜性較好的石墨烯復(fù)合集流體的石墨烯復(fù)合集流體的制備方法。

一種石墨烯復(fù)合集流體的制備方法，包括如下步驟：

將氧化石墨加入溶劑中，超聲分散得到氧化石墨烯懸浮液；

向所述氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體，原位聚合后得到氧化石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液；

向所述氧化石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液中加入水合肼溶液，混合后反應(yīng)得到石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液；

采用微孔濾膜真空過濾所述石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液，烘干濾餅，將所述濾餅從濾膜上剝離后在100℃~200℃下真空熱處理，得到所述石墨烯復(fù)合集流體。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述將氧化石墨加入溶劑中，超聲分散得到氧化石墨烯懸浮液的步驟中，所述溶劑為乙醇、異丙醇、丙醇或四氯化碳。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述將氧化石墨加入溶劑中，超聲分散得到氧化石墨烯懸浮液的步驟中，所述氧化石墨的濃度為0.1mg/ml~5mg/ml。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述向所述氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體的步驟中，氧化石墨烯和導(dǎo)電高分子單體的質(zhì)量比為1：1~5：1。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述向所述氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體的步驟中，所述導(dǎo)電高分子單體為吡咯單體、苯胺單體或噻吩單體。

在一個(gè)實(shí)施例中，在向所述氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體后，還包括繼續(xù)超聲混合以形成穩(wěn)定的懸浮液的步驟。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述原位聚合的操作為：

向所述氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體后，接著加入氧化劑，反應(yīng)后得到氧化石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化劑為氯化鐵，所述氯化鐵與所述導(dǎo)電高分子單體的摩爾比為1：1~1：3；

或者，所述氧化劑為過硫酸銨，所述過硫酸銨與所述導(dǎo)電高分子單體的摩爾比為1：1~3：1。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述向所述氧化石墨烯/導(dǎo)電高分子復(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，所述混合后反應(yīng)得到石墨烯/導(dǎo)電高分子復(fù)合懸浮液的步驟中，反應(yīng)溫度為80℃~100℃，反應(yīng)時(shí)間為12h~24h。

這種石墨烯復(fù)合集流體的制備方法通過向氧化石墨烯懸浮液中加入導(dǎo)電高分子單體后聚合形成導(dǎo)電高分子，導(dǎo)電高分子能夠很好的分散在石墨烯的片層之間，防止石墨烯團(tuán)聚，得到分散性良好的石墨烯混合懸浮液，與傳統(tǒng)的石墨烯集流體的制備方法相比，可以制備出完整性、成膜性較好的石墨烯復(fù)合集流體。