[發明專利]石墨烯及其活化方法與超級電容器

無效

• 申請號: 201210227494.8
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN103523771A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘玲瓏;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: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01G11/34
• 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

本發明涉及儲能器件的電極材料制備領域，特別是涉及一種石墨烯及其活化方法與超級電容器。

背景技術

超級電容器(Supercapacitors)，又稱電化學電容器(Electrochemical?Capacitors)或者雙電層電容器(Electric?Double?Layer?Capacitors)，是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能元件，與傳統電容器相比具有更高比電容量和能量密度，與電池相比則具有更高的功率密度；由于超級電容器具有充放電速度快、對環境無污染和循環壽命長等優點，有希望成為本世紀新型的綠色能源。電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器電容性能和生產成本的關鍵因素，因此研究開發高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究工作的重要內容。目前研究的超級電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導電聚合物電極材料。

目前雙電層超級電容器的電極材料主要為碳材料，具有優良的導熱和導電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學領域作電極材料，碳材料是目前工業化最為成功的電極材料之一。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發具有高比表面積、內阻較小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面積、極好的導電性、優良的導熱性，通過氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價比較高，且穩定性好，是超級電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級電容器將會比目前所有的超級電容器的能量存儲密度都高。但是實際得到的的石墨烯電極材料由于團聚等原因而降低了石墨烯的比表面積，使得容量偏低，水系中容量為135F/g，有機系容量99F/g，距離理論容量（550F/g）相差較遠。

發明內容

基于此，有必要提供一種石墨烯的活化方法，以得到比表面積較高的石墨烯，并提供一種使用該活化方法得到的石墨烯的超級電容器。

一種石墨烯的活化方法，包括如下步驟：

將氧化石墨在保護氣體氛圍中在800~1200℃下處理1~12小時得到石墨烯；及

將所述石墨烯在惰性氣體氛圍中升溫至700~900℃，然后在二氧化碳氛圍中反應0.5~2小時，得到活化后的石墨烯。

在其中一個實施例中，將所述石墨烯在二氧化碳氛圍中反應的步驟包括：將所述石墨烯裝入敞口的石英管中，然后將所述石英管放入爐管中，并向所述爐管通入惰性氣體并將所述爐管升溫至700~900℃，然后向所述石英管通入二氧化碳與所述石墨烯進行反應，反應過程中所述石英管繞石英管的中軸線轉動。

在其中一個實施例中，所述石英管的轉動速度為10~25轉/min。

在其中一個實施例中，所述二氧化碳的流量為1000~2000mL/min。

在其中一個實施例中，所述惰性氣體選自氬氣、氮氣、氦氣和氖氣中的一種。

在其中一個實施例中，所述保護氣體選自氫氣、氬氣或氮氣中的一種。

在其中一個實施例中，所述氧化石墨采用如下方法制備：

將石墨加入由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將所述混合液的溫度保持在-2~2℃攪拌10~30分鐘；

向所述混合液加入高錳酸鉀，將所述混合液與高錳酸鉀的混合物保持在-2~2℃攪拌1小時，然后將所述混合物加熱至80~90℃，并保持0.5~2小時；

向所述混合物加入去離子水，然后在80~90℃保持0.5~2小時，再加入過氧化氫，攪拌、抽濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨；

其中，所述石墨、濃硫酸與濃硝酸的比為1g:80~110ml:15~35ml，所述石墨與高錳酸鉀的質量比為1:1~10，所述石墨與去離子水的比為1g:46~92ml，所述高錳酸鉀與過氧化氫溶液的比為1g:1~3ml。

上述活化方法得到的石墨烯。

一種超級電容器，包括正極片，所述正極片包括集流體和涂覆在所述集流體上的正極漿料層，所述正極漿料層的材料包括粘結劑、導電劑及上述石墨烯。

在其中一個實施例中，所述粘結劑為聚偏氟乙烯，所述導電劑為乙炔黑，所述石墨烯、粘結劑及導電劑的質量比為88:10:2；所述超級電容器還包括殼體、隔膜、負極片和電解液，所述正極片、隔膜和負極片依次層疊后收容于所述殼體中，所述電解液灌裝于所述殼體中，且所述電解液為離子液體，所述離子液體的陽離子為季銨鹽、吡啶鹽或吡咯鹽正離子，所述離子液體的陰離子為PF₆^-或BF₄^-。