[發明專利]石墨烯/離子液體復合材料及其制備方法與電化學電容器

在審

• 申請號: 201210412666.9
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103779107A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘輝;王要兵;袁新生
• 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: H01G11/38
• 分類號: H01G11/38;H01G11/86
• 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/離子液體復合電極材料及其制備方法。本發明還涉及采用該石墨烯/離子液體復合電極材料所制備的電化學電容器。?

背景技術

電化學電容器作為一種新型儲能器件，由于其充放電速率快、功率密度高、循環壽命長等優點，是繼鋰離子電池后又一極具應用潛力和開發價值的儲能器件。然而能量密度較低是制約電化學電容器發展和應用的一個關鍵因素，探索如何提高電化學電容器的能量密度是目前該領域研究的重點。根據能量密度的計算公式E=?1/2?CV²，提高能量密度主要從兩方面入手，一方面提高電化學電容器的電壓窗口，另外一方面是提高電極材料的比容量，這兩方面的提高都會帶來能量密度的提高。電化學電容器的電壓窗口主要與電解液的耐壓范圍有關，為了提高電化學電容器的電壓窗口，目前開始采用離子液體作為電解液，它的化學窗口可達到4-6V，能顯著增加電化學電容器的能量密度，但離子液體由于粘度大，對電極材料的浸潤性較差，這使得電極材料的比容量較難提高。?

石墨烯作為一種二維單分子層材料，具有較高的比表面積和較高的電導率，是一種理想的電化學電容器電極材料，但該材料容易團聚，導致其實際比表面積并不大，而且與離子液體的浸潤性較差，所獲得的儲能比容量并不高。?

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/離子液體復合材料及其制備方法與采用該復合材料所制備的電化學電容器。?

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/離子液體復合材料的制備方法，包括如下步驟：(a)?制備石墨烯：將氧化石墨分散于去離子水中，超聲后加入還原試劑攪拌加熱還原并過濾得石墨烯，將所得石墨烯放置于無水乙醇中保存。?

(b)?制備石墨烯/離子液體復合材料：將所述石墨烯從無水乙醇中取出并吸干表面的無水乙醇，然后將所述石墨烯置于離子液體中得石墨烯與離子液體混合物，將該混合物于100°C的真空環境下放置20～30小時，最后將多余的離子液體抽濾除去，即得到所述石墨烯/離子液體復合材料。?

在所述步驟(a)中，所述氧化石墨分散在去離子水中得到的溶度為0.5～1mg/ml；所述超聲的時間為1～2小時；所述還原試劑與所述氧化石墨的質量比為1-5mg：1-3mg，所述加熱的還原溫度：80～120°C，還原時間：2～3小時，所述還原試劑為水合肼或硼氫化鈉。?

在所述步驟(b)中，所述離子液體為：1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的至少一種。?

在所述步驟(a)中，所述氧化石墨采用如下方法制得：將純度99.5%的石墨加入到質量分數為98%的濃硫酸和質量分數為65%的濃硝酸組成的混合溶液中，攪拌后向所述混合溶液中加入高錳酸鉀并加熱氧化，再加入質量分數30%的過氧化氫溶液攪拌以除去高錳酸鉀，然后對所述混合溶液進行抽濾得抽濾物，再依次用稀鹽酸和去離子水對所述抽濾物洗滌干燥后即得到所述氧化石墨。所述石墨、所述濃硫酸、所述濃硝酸、所述高錳酸鉀及所述過氧化氫的質量體積比為1-5g：90-475ml：25-120ml：4-20g：10-30ml。所述干燥在60°C下的真空烘箱中進行，所述干燥的時間為12小時。?

本發明還包括利用上述制備方法制得的石墨烯/離子液體復合材料。?

本發明還進一步涉及采用該石墨烯/離子液體復合材料制備的電化學電容器。所述電化學電容器包括由電容器電極片、隔膜、電容器電極片按順序層疊組成的電芯、用于納置所述電芯的密閉殼體，以及加注在所述密閉殼體內的電解液，所述電容器電極片包括集流體以及涂覆在該集流體上的漿料，所述漿料包括按質量比85:5:10混合的電極材料、粘結劑聚偏氟乙烯、以及導電劑乙炔黑，所述電極材料為上述制備方法所制備的石墨烯/離子液體復合材料。其中，所述電解液與所述步驟(b)中選用的離子液體相同。?

與現有技術相比，利用本發明的制備方法所制備的石墨烯/離子液體復合材料，石墨烯片層之間的團聚較少，且與離子液體電解液具有較高的浸潤性，使得該復合材料用作電化學電容器電極材料時具有較高的儲能容量。此外，制備該復合材料的設備、工藝簡單，便于操作，易于實現大規模工業化生產。?

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。?