[發明專利]石墨烯/碳納米管復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201210433810.7
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103794379A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 周明杰;王要兵;鐘玲瓏;吳鳳
• 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;H01G11/36
• 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/碳納米管復合材料及其制備方法。本發明還涉及該石墨烯/碳納米管復合材料作為電極材料應用在電化學電容器中。

背景技術

超級電容器又稱電化學電容器或者雙電層電容器，它是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能元件，與傳統電容器相比具有更高比電容量和能量密度，與電池相比則具有更高的功率密度。由于超級電容器具有充放電速度快、對環境無污染和循環壽命長等優點，故極有希望成為本世紀新型的綠色能源。電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器電容性能和生產成本的關鍵因素，因此研究開發高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究工作的重要內容。目前研究的超級電容器的電極材料主要有碳材料、金屬氧化物及其水合物電極材料以及導電聚合物電極材料等。

目前雙電層超級電容器的電極材料主要為碳材料，因其具有優良導熱和導電性能、較高的比表面積，所以被廣泛用于電化學領域作電極材料。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發具有高比表面積、內阻較小的多孔碳材料等方面。石墨烯具有高的比表面積、極好的導電性、優良的導熱性，通過氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價比較高，且穩定性好，是超級電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級電容器將會比目前所有的超級電容器的能量存儲密度都高。但是實際制備出來的石墨烯電極材料由于團聚等原因，容量偏低，水系中容量為135F/g，有機系容量99?F/g，距離理論容量（550?F/g）相差較遠。

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/碳納米管復合材料及其制備方法，該石墨烯/碳納米管復合材料可作為電極材料應用在電容器或電化學電池中。本發明制備出的石墨烯/碳納米管復合材料，針對石墨烯電極材料容量偏低的問題進行改進，通過復合碳納米管防止石墨烯團聚，提高了雙電層容量，在石墨烯上引入羰基增加贗電容，達到增加電極材料電容的效果。

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/碳納米管復合材料及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：(a)?制備氧化石墨烯懸浮液：將氧化石墨放入水中超聲得到濃度為0.5mg/L的氧化石墨懸浮液，然后按質量體積比1mg：（1~10）mL在所述氧化石墨懸浮液中加入硝酸，超聲后得到氧化石墨烯懸浮液。

(b)?制備碳納米管懸浮液：將碳納米管加入到水中，超聲后形成碳納米管懸浮液。

(c)?制備氧化石墨烯/碳納米管復合物：將得到的所述氧化石墨烯懸浮液和所述碳納米管懸浮液按體積比為1:（0.43~2.33）混合，超聲后過濾干燥，得到氧化石墨烯/碳納米管復合物。

(d)?制備石墨烯/碳納米管復合材料：將所述氧化石墨烯/碳納米管復合物放入惰性氣體氛圍中加熱后冷卻，即得到石墨烯/碳納米管復合材料。

在所述步驟(a)中，所述硝酸的濃度為50~70%；所述超聲的時間為0.5~1h。

在所述步驟(b)中，所述超聲的時間為0.5~1h；所述碳納米管懸浮液的濃度為0.5mg/L；所述碳納米管為電導率103~105S/m的單壁碳管或多壁碳管。

在所述步驟(c)中，所述超聲的時間為1~2h，所述干燥的溫度為60~80℃。

在所述步驟(d)中，所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣或氖氣中的一種，所述加熱是在馬弗爐中進行的，所述加熱的反應溫度為500~700℃、反應時間為0.5~1h。

本發明還提出上述石墨烯/碳納米管復合材料可作為電極材料應用在電容器中，該電化學電容器包括由電化學電容器電極片、隔膜、電化學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的電解液，所述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95:3:2混合的電極材料、粘結劑聚偏氟乙烯、以及導電劑乙炔黑，所述電極材料采用以上所述的石墨烯/碳納米管復合材料。

所述電解液為1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-4-甲基咪唑二（三氯甲磺酰亞胺）鹽、或四氟硼酸四乙基銨與乙腈的混合溶液中的一種。

與現有技術相比，采用本發明的制備方法所制備的石墨烯/碳納米管復合材料，針對石墨烯電極材料容量偏低的問題進行改進，通過復合碳納米管防止石墨烯團聚，提高了雙電層容量，在石墨烯上引入羰基增加贗電容，達到增加材料電容的效果。

附圖說明

圖1是本發明實施例1所制備的石墨烯/碳納米管復合材料的掃描電鏡圖。

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。