[發明專利]硼摻雜石墨烯薄膜及電化學電容器的制備方法

無效

• 申請號: 201210428397.5
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103787309A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 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: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01G9/042
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 劉誠;何平

技術領域

本發明涉及石墨烯復合材料領域，特別是涉及硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法及使用該硼摻雜石墨烯薄膜的電化學電容器的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種二維單分子層材料，具有優異的性質，如高比表面積，高電導率，高機械強度以及優異的韌性等，在很多領域都有應用的潛能，因此受到研究者的廣泛關注。

目前，出現了摻雜石墨烯的復合材料，如在石墨烯上進行硼摻雜形成硼摻雜石墨烯，由于硼元素的電負性，能夠提高石墨烯儲能效率，從而提高儲能容量，使得硼摻雜石墨烯具有電導率高、結構穩定等優點，是一種非常理想的電化學電容器電極材料。傳統的硼摻雜石墨烯的制備方法在反應釜中合成硼摻雜石墨烯，然后對硼摻雜石墨烯進行提純。制備過程中石墨烯的難以分散或分散后容易團聚，直接影響了電極材料的儲能性能。這大大限制了石墨烯復合材料的發展和應用。

發明內容

基于此，有必要提供一種能提高儲能性能的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法及使用該硼摻雜石墨烯薄膜的電化學電容器的制備方法。

一種硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，包括：

將石墨進行氧化，得到氧化石墨；

將所述氧化石墨分散在去離子水中，超聲2小時~4小時，過濾，烘干，得到氧化石墨烯；

將所述氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性氣體的混合氣氛下，升溫至800℃~1000℃的溫度下進行反應，并保溫30分鐘~120分鐘，得到硼摻雜石墨烯；及

將所述硼摻雜石墨烯加入到甲基吡咯烷酮中，得到硼摻雜石墨烯溶液，對所述硼摻雜石墨烯溶液進行超聲處理后真空過濾，然后將過濾物置于-25℃以下的環境中冷凍干燥3小時~5小時，再置于-60℃以下且壓力低于5Pa的環境中冷凍干燥12小時~24小時，得到硼摻雜石墨烯薄膜。

在其中一個實施例中，所述制備氧化石墨的步驟包括：

將石墨加入濃硫酸和濃硝酸的混合溶液中，在-2℃~2℃溫度下攪拌；

加入高錳酸鉀至所述混合溶液中并加熱至80℃~90℃進行反應，并保溫20分鐘~30分鐘；

加入去離子水至加入了高錳酸鉀的混合溶液，繼續在80℃~90℃下保持20分鐘~30分鐘；

加入過氧化氫至加入了去離子水的混合溶液中；

將加入了過氧化氫的混合溶液進行抽濾并用稀鹽酸和去離子水對固體物進行洗滌；及

干燥所述固體物，得到氧化石墨。

在其中一個實施例中，所述石墨的純度為99.5%。

在其中一個實施例中，所述三氯化硼和惰性氣體的混合氣氛中，所述三氯化硼的流速為200mL/min~400mL/min，所述惰性氣體的流速為200mL/min~400mL/min。

在其中一個實施例中，所述升溫過程的升溫速率為10℃/min~20℃/min。

在其中一個實施例中，所述硼摻雜石墨烯溶液的濃度為0.5g/L~2.0g/L。

一種電化學電容器的制備方法，包括：

將上述硼摻雜石墨烯薄膜進行輥壓后，經干燥和切片處理，得到電極片；

按照所述電極片、隔膜和所述電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；及

在所述電芯外包覆殼體，并向所述殼體內注入電解液，密封后得到電化學電容器。

在其中一個實施例中，所述干燥為在80℃溫度下干燥2小時。

在其中一個實施例中，所述電解液為離子液體。

在其中一個實施例中，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸鹽([BMIM][BF₆])。

上述硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法及電化學電容器中的制備方法中，通過將氧化石墨在三氯化硼和惰性氣體的混合氣氛中與硼摻雜，獲得硼摻雜石墨烯，然后在低溫低壓下進行冷凍干燥處理獲得硼摻雜石墨烯薄膜。利用冷凍干燥技術，直接把硼摻雜石墨烯片層間的溶劑從固態轉變為氣態，有效地降低了片層間的團聚，因此可以有效地提高石墨烯的儲能表面，使該材料在用作電化學電容器電極材料時具有優異的儲能性能。

附圖說明

圖1為一實施方式的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法的流程圖；

圖2為一實施方式的硼摻雜石墨烯薄膜電化學電容器的制備方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合實施方式及附圖，對硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，一實施方式的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法包括以下步驟：

S101，將石墨進行氧化，得到氧化石墨。