[發明專利]石墨烯集流體及其制備方法與應用

無效

• 申請號: 201210321035.6
• 申請日: 2012-09-03
• 公開（公告）號: CN103680969A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周明杰;王要兵;吳鳳;鐘玲瓏
• 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;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01M4/66
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種石墨烯集流體及其制備方法。本發明還涉及該石墨烯集流體為電極材料在電容器或電化學電池中的應用。

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、高循環壽命、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電容器的性能。

其中，降低集流體的質量是一個有效的提高電容器能量密度的方法。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。作為集流體需要具備電導率高、機械性能好、質量輕、內阻小等特點。

目前，大多數的文獻中或行業中，一般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。同時，金屬材料容易被腐蝕，進而影響了超級電容器的使用壽命。鑒于此，有必要提供一種密度較小且不容易被腐蝕的集流體。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的問題和不足，提供一種石墨烯集流體及其制備方法及該石墨烯集流體作為電極材料在電容器或電化學電池中的應用。本發明制備出的石墨烯集流體的質量較低，大大提高了電容器的能量密度，并且由于石墨烯的化學穩定性較高，不易被腐蝕，故還可提高超級電容器的壽命。

本發明針對上述技術問題而提出的技術方案為：一種石墨烯集流體的制備方法，包括如下步驟。

(a)?制備膨脹石墨：將可膨脹石墨加熱后熱剝離得到膨脹石墨。

(b)?制備石墨烯懸浮液：將所述膨脹石墨和溶劑按質量比7：3～5：5攪拌后球磨得到石墨烯懸浮液。

(c)?制備石墨烯集流體：將所述石墨烯懸浮液和溶劑按質量比2：8～5：5混合后超聲得到均勻漿料，然后將所述漿料涂敷在紙上，干燥后即得到所述石墨烯集流體。

所述步驟(a)中，所述可膨脹石墨平均直徑為300～500?μm，純度為99～99.5%。

所述步驟(a)中，對所述可膨脹石墨的加熱是在功率為500～1500W的微波反應器中進行，加熱時間為10～60秒。

所述(b)步驟及(c)步驟所用溶劑均為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或者正丁醇。

所述(b)步驟中，所述膨脹石墨和所述溶劑的攪拌時間為0.5～1小時；所述球磨是：按質量比為15：1～20：1的球料比將瑪瑙球與所述膨脹石墨-溶劑混合液放于球磨罐中密封后再置于球磨機上進行球磨，球磨轉速為350～450轉/分鐘，球磨時間為2～6小時，且每球磨1小時休息20分鐘。

所述步驟(c)中，所述超聲的時間為0.5～1小時。

所述步驟(c)中，所述漿料的濃度為1mg/ml～10mg/ml；所述漿料涂敷在所述紙上的涂覆厚度為1～10μm。

所述步驟(c)中，所述干燥是在真空干燥箱中進行，干燥溫度為50～80℃，干燥時間為1～5小時。

本發明還包括利用上述制備方法制得的石墨烯集流體。

本發明還提出上述石墨烯集流體可作為電極材料應用在電容器或電化學電池中。

與現有技術相比，采用本發明的制備方法所制備的石墨烯集流體，其由石墨烯和紙組成，由于石墨烯和紙的密度均較小，故制備出的石墨烯集流體的質量較低，可大大提高超級電容器的能量密度，并且由于石墨烯的化學穩定性較高，不易被腐蝕，故還可提高電容器的壽命。此外，本發明通過球磨的方式獲得的石墨烯集流體電導率較高，而用紙作為基底物質，無需對其表面進行處理，也無需添加粘結劑就可以直接涂敷，工藝簡單，成本較低。

具體實施方式

以下結合實施例，對本發明予以進一步地詳盡闡述。

本發明的石墨烯集流體的制備過程大致分為以下三個步驟。

(a)?制備膨脹石墨：將可膨脹的石墨在功率為500～1500W的微波反應器中加熱10～60秒后熱剝離得到膨脹石墨。其中，可膨脹石墨的平均直徑為300～500?μm，純度為99～99.5%。