[發(fā)明專利]摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極及其制備方法與電容器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210362601.8
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN103681002A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明杰;袁新生;王要兵;鐘輝
• 申請（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;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;H01G11/38
• 代理公司: 深圳市隆天聯(lián)鼎知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極及其制備方法。本發(fā)明還涉及采用該摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極作為電極材料所制備的電容器。

背景技術(shù)

石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·K·海姆(Andre?K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，并獲得2010年物理諾貝爾獎，再次引發(fā)碳材料研究熱潮。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)使其成為碳材料、納米技術(shù)、凝聚態(tài)物理和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點，吸引了諸多科技工作者。石墨烯擁有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)，可用于電極材料、復(fù)合材料等。目前的制備方法中有氧化石墨還原法，這種方法會造成石墨烯結(jié)構(gòu)的破壞，造成石墨烯的電導(dǎo)率降低，對其進(jìn)行氮摻雜有利于提高石墨烯的電導(dǎo)率；也有使用化學(xué)氣相沉積法來制備摻氮石墨烯，這種方法產(chǎn)量低、成本較高。超級電容器有良好循環(huán)使用壽命及很高的功率密度，所以有著廣泛的應(yīng)用前景。目前石墨烯用于超級電容器電極材料時需要添加粘結(jié)劑，這樣會導(dǎo)致活性材料的比重下降，還會增加內(nèi)阻，進(jìn)而影響功率密度的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供一種摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極及其制備方法與采用該摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極所制備的電容器，通過使用整塊摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合物作為電極，在其中一面涂覆金屬膜，減少了電容器重量，也提高了活性物質(zhì)比重。

本發(fā)明針對上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案為：一種摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極的制備方法，包括如下步驟。

(a)制備摻氮石墨烯與離子液體混合物：將氧化石墨加入到離子液體溶劑中均勻混合后，加入摻氮劑，依次進(jìn)行超聲和離心操作，得到摻氮石墨烯與離子液體混合物。

(b)制備摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極：取所述摻氮石墨烯與離子液體混合物放到模具里，對模具恒定施加壓后保持此壓力直到冷卻至室溫，取出樣品，再在所述樣品任一面噴涂厚度為2～5um的金屬膜，即得到單面噴涂金屬膜的塊狀摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極。

所述氧化石墨的制備方法如下：將石墨粉加入濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，控制溫度在10℃以下攪拌，再在室溫水浴中攪拌后，在冰浴條件下緩慢加入去離子水，15min后再加入含有濃度為30%雙氧水的去離子水，抽濾后再用濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌、抽濾，直到濾液呈中性后即得到所述氧化石墨。

所述石墨粉為天然石墨、人造石墨、膨脹石墨中的一種。

在步驟(a)中，所述離子液體溫度為150～300℃；所述摻氮劑為工業(yè)氨水或尿素；所述氧化石墨、所述離子液體及所述工業(yè)氨水的質(zhì)量體積比為1g：（10～100）ml：（5～50）mL，或所述氧化石墨、所述離子液體及所述尿素的質(zhì)量體積比為1g：（10～100）ml：（1～20）g；所述超聲是在1000～2000w的微波爐里進(jìn)行的，所述剝離的時間為10～300分鐘；所述離心的速度為1000～5000轉(zhuǎn)/分鐘、時間為1～30分鐘。

所述離子液體為：1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。

在步驟(b)中，選取的所述摻氮石墨烯與離子液體混合物的重量為20～60g，所述模具的長寬尺寸分別為200mm×300mm，所述金屬膜為銅膜或鋁膜。

本發(fā)明還包括利用上述制備方法制得的摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極。

上述摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極可作為電極材料應(yīng)用在電容器中，該電容器包括由復(fù)合電極片、離子液體膜、復(fù)合電極片按順序?qū)盈B組成的電芯、用于納置所述電芯的密閉殼體，以及加注在密閉殼體的電解液，所述復(fù)合電極片未噴涂所述金屬膜的一面與所述離子液體膜相接觸，所述復(fù)合電極片為上述方法所制得的摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極。

所述離子液體膜采用薄膜涂覆器制備而成，厚度為3～10um，長寬為300mm×200mm；制備所述離子液體膜的材料與所述步驟(a)中選用的離子液體相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的摻氮石墨烯/離子液體復(fù)合電極及其制備的優(yōu)點在于。

1.利用室溫下為固態(tài)的離子液體做溶劑，在加熱狀態(tài)下制備石墨烯，這樣就提高了制備效率，且對石墨烯有很好分散性，摻氮后業(yè)提高了石墨烯的電導(dǎo)率及容量。