[發明專利]石墨烯?離子液體復合電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210491421.X
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103839684B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 周明杰;王要兵;鐘輝;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: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/045;H01G9/145
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及電化學電容器領域，特別是涉及一種石墨烯-離子液體復合電極材料及其制備方法和應用。

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=1/2CV²，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。離子液體是一種耐壓范圍較寬的電解液，其化學窗口可達到4-6V，能提高電化學電容器的電壓窗口，顯著增加電化學電容器的能量密度；而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。

發明內容

基于此，有必要提供一種與離子液體電解液有較高的浸潤性的石墨烯-離子液體復合電極材料及其制備方法。

一種石墨烯-離子液體復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于0℃環境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85℃環境下反應，再保持溫度向反應體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應除去未反應的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石墨；

將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯；

在保護氣體氛圍中，以15-30℃/分鐘的升溫速率將所述氧化石墨烯從室溫緩慢加熱至500-700℃進行脫氧反應，反應后冷卻得到石墨烯；

按照石墨烯及離子液體的質量比為5~10:1~2的比例稱取所述石墨烯及離子液體，并將稱取的所述石墨烯與所述離子液體加入至溶劑中使所述石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，再將得到的混合溶液置于真空環境中攪拌，除去溶劑后得到所述石墨烯-離子液體復合電極材料。

在其中一個實施例中，所述溶劑為異丙醇或甲基吡咯烷酮。

在其中一個實施例中，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽或1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽。

一種石墨烯-離子液體復合電極材料，采用上述方法制備得到。

該石墨烯-離子液體復合電極材料通過在具有較高的比表面積和電導率的石墨烯電極材料中增添離子液體形成復合電極材料，該復合電極材料中增添的離子液體，能增加復合電極材料與離子液體電解液的浸潤性，從而提高復合電極材料的比容量。因此，上述復合電極材料，具有高的比容量、優良的電導率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優點。

且該石墨烯-離子液體復合電極材料的制備過程簡單，對設備要求低，可以廣泛推廣應用。

此外，還有必要提供一種含有上述石墨烯-離子液體復合電極材料的電極片及其制備方法以及使用該電極片的電化學電容器。

一種電極片，包括集流體以及涂覆在所述集流體上的電極漿料，所述電極漿料包括導電劑、粘接劑以及石墨烯-離子液體復合電極材料，所述石墨烯-離子液體復合電極材料為采用上述方法制備得到的石墨烯-離子液體復合電極材料。

在其中一個實施例中，所述導電劑為乙炔黑，所述粘接劑為聚偏氟乙烯，所述集流體為鋁箔。

一種電極片的制備方法，包括如下步驟：

按照石墨烯及離子液體的質量比為5~10:1~2的比例稱取所述石墨烯及離子液體，并將稱取的所述石墨烯與所述離子液體加入至溶劑中使所述石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，再將得到的混合溶液置于真空環境中攪拌，得到含有石墨烯-離子液體復合電極材料的溶液；

按照石墨烯-離子液體復合電極材料、粘接劑與導電劑的質量比為85:5:10的比例，將所述含有石墨烯-離子液體復合電極材料的溶液、粘接劑與導電劑混合均勻，得到電極漿料；

將所述電極漿料涂覆在集流體上，依次經80℃干燥2小時、250℃干燥2小時處理，切片后得到所述電極片。

在其中一個實施例中，所述制備方法還包括石墨烯的制備步驟，如下：