[發(fā)明專利]石墨烯、其制備方法、電極片以及超級(jí)電容器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210480792.8
• 申請(qǐng)日: 2012-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN103833009A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵;劉大喜
• 申請(qǐng)（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(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04;H01G11/24
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯及其制備方法。本發(fā)明還涉及使用石墨烯為活性材料的電極片，以及使用該電極片的超級(jí)電容器。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器(Supercapacitors)又稱電化學(xué)電容器(Electrochemical?Capacitors)或者雙電層電容器(Electric?Double?Layer?Capacitors)，它是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能元件，與傳統(tǒng)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(jí)電容器具有充放電速度快、對(duì)環(huán)境無(wú)污染和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，有希望成為本世紀(jì)新型的綠色能源。電極材料是超級(jí)電容器的重要組成部分，是影響超級(jí)電容器電容性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，因此研究開發(fā)高性能、低成本的電極材料是超級(jí)電容器研究工作的重要內(nèi)容。目前研究的超級(jí)電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導(dǎo)電聚合物電極材料。

目前雙電層超級(jí)電容器的電極材料主要為碳材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學(xué)領(lǐng)域作電極材料，碳材料是目前工業(yè)化最為成功的電極材料之一。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發(fā)具有高比表面積、內(nèi)阻較小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面積、極好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性，通過(guò)氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價(jià)比較高，且穩(wěn)定性好，是超級(jí)電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級(jí)電容器將會(huì)比目前所有的超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)密度都高。但是實(shí)際制備出來(lái)的石墨烯電極材料由于團(tuán)聚等原因，容量偏低，水系中容量為135F/g，有機(jī)系容量99F/g，距離理論容量(550F/g)相差較遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于提供一種電導(dǎo)率、電容量高以及能量存儲(chǔ)密度較高的石墨烯的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

將氧化石墨加入到水中超聲分散處理，得到濃度為1～20mg/ml的氧化石墨烯懸浮液；

將濃度為1～500g/L的KOH溶液加入到所述氧化石墨烯懸浮液中，攪拌，得到凝聚狀溶液；

將濃度為1～500g/L的NaOH溶液加入到所述凝聚狀溶液中，充分?jǐn)嚢?～5h，得到混合溶液；

將上述得到混合溶液過(guò)濾，并將濾物進(jìn)行干燥處理，再將干燥后的濾物放入馬弗爐中并于惰性氛圍下進(jìn)行高溫煅燒，冷卻后、水洗、過(guò)濾、干燥，得到所述石墨烯。

優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述超聲分散處理時(shí)間為1～5h。

優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述凝聚狀溶液中，KOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1～30∶1。

優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述混合溶液中，NaOH與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1～10∶1。

優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述干燥處理過(guò)程中，干燥處理溫度為60～80℃，干燥處理時(shí)間為24～48h。

優(yōu)選，所述石墨烯的制備方法，其中，所述高溫煅燒時(shí)，溫度為800～1200℃，煅燒時(shí)間為1～5h。

本發(fā)明還提供一種石墨烯，該石墨烯采用上述制備方法制得。

本發(fā)明還提供一種電極片，包括集流體，以及涂覆在所述集流體表面的活性材料；該活性材料包括上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導(dǎo)電劑；所述石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和乙炔黑導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為88∶10∶2。

本發(fā)明還提供一種超級(jí)電容器，其電極采用上述電極片。

本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，KOH能夠很好的活化石墨烯，得到高比表面積的石墨烯材料1500～3000m²/g，高比表面積的石墨烯能夠發(fā)揮出更高的容量；在KOH中加入NaOH進(jìn)行共同的活化能夠增加活化后石墨烯的密度，從而增加石墨烯的體積比電容。這是由于K的活性強(qiáng)于Na，KOH能更多地滲透進(jìn)石墨烯片層結(jié)構(gòu)中進(jìn)行活化。在反應(yīng)溫度達(dá)到750℃左右，K(沸點(diǎn)762℃)析出，K的蒸氣不斷擠入到石墨烯的結(jié)構(gòu)中使碳原子層得到擴(kuò)張，形成較多細(xì)小的孔隙，迅速地增大多孔炭的比表面積。而Na的沸點(diǎn)較高(883℃)，較難形成蒸氣，為熔融狀態(tài)，流動(dòng)性差，滲透速度較慢。NaOH活化主要以NaOH的刻蝕作用為主，其活化形成更多中孔，孔容不如KOH活化多孔炭，使得振實(shí)密度較以微孔為主的KOH高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明石墨烯的制備工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，如圖1所示，其工藝流程步驟如下：