[發(fā)明專利]一種石墨烯電極片的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210361476.9
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN103681001A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 周明杰;吳鳳;王要兵;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: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01M4/1393
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發(fā)明涉及電化學材料領域，尤其涉及一種石墨烯電極片的制備方法。

背景技術

自從英國曼徹斯特大學的安德烈·K·海姆(Andre?K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨特的結構和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。石墨烯被喻為材料科學與凝聚態(tài)物理領域正在升起的“新星”，它所具有的許多新穎而獨特的性質(zhì)與潛在的應用正吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯具有大的比表面積，優(yōu)良的導電、導熱性能和低的熱膨脹系數(shù)。如：1.高強度，楊氏摩爾量，(1,100GPa)，斷裂強度：(125GPa)；2.高熱導率，(5,000W/mK)；3.高導電性、載流子傳輸率，(200,000cm²/V×s)；4.高的比表面積，(理論計算值：2,630m²/g)。尤其是其高導電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結構性質(zhì)，可在超級電容器和鋰離子電池中用作電極材料。

由于石墨烯內(nèi)碳原子層之間存在著很強的π-π堆積和范德華力，因此，在制備電極材料的過程中，很容易發(fā)生團聚。傳統(tǒng)制備電極片的工藝較為復雜，而且加入一定的粘結劑，絕緣的粘結劑的加入不僅降低了材料的導電性，還極大的降低了材料的比表面積，因而影響了石墨烯自身的電容特性。

石墨烯可通過一定的方法制備成石墨烯電極片，同時其高的機械性能和高電導率，因此可以在不加入任何粘結劑和金屬集流體的情況下，被直接應用于超級電容器電極中。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種石墨烯電極片的制備方法。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種石墨烯電極片的制備方法，包括如下步驟：

將導電基底片依次置于丙酮、乙醇、二次水中超聲處理20-30min，隨后吹干，再將導電基底片浸入到1-5g/l的聚乙烯亞胺水溶液中，進行表面電荷化處理10-30min，取出后用二次水沖洗并吹干，備用；

將石墨烯放入裝有濃酸的燒瓶中，在60-80℃中加熱回流10-24h，隨后在50-80℃真空干燥箱干燥24h，得到表面帶負電荷的石墨烯，然后將表面帶負電荷的石墨烯加入到第一溶劑中進行超聲分散1-5h，形成濃度為0.1～5mg/ml的表面帶負電荷的石墨烯懸浮液；

將石墨烯與離子液體混合后研磨均勻，得到混合物，然后將混合物加入第二溶劑中進行超聲分散1-5h，形成濃度為0.1～5mg/ml的表面帶離子液體正電荷的石墨烯懸浮液；

將經(jīng)過表面電荷處理后的導電基底片首先浸入到上述制得的表面帶負電荷的石墨烯懸浮液中5-20min后取出，用大量二次水沖洗干凈、吹干；接著再將導電基底片浸入到上述制得的表面帶正電荷的石墨烯溶液中5-20min，用大量二次水沖洗干凈、吹干，制得一層石墨烯薄膜，多次重復該步驟，制得多層結構石墨烯薄膜；

將所述多層結構石墨烯薄膜置于保護性氣體環(huán)境中，并以5-10℃/min的升溫速率，緩慢升溫至200-800℃對所述多層結構石墨烯薄膜進行加熱處理0.5-2h后，得到石墨烯電極片。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述導電基底片為銦錫氧化物玻璃、鋁鋅氧化物玻璃或銦鋅氧化物玻璃。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述吹干是采用氮氣進行吹干。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述濃酸為體積比為1:1-3:1的濃硫酸與濃硝酸組成的混合酸。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述第一溶劑和第二溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述離子液體為咪唑類離子液體或吡咯烷類離子液體。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述咪唑類離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述吡咯烷類離子液體為1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸鹽或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸鹽。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述保護性氣體為體積比為95:5～90:10的氮氣與氫氣的混合氣體。