[發明專利]石墨烯電極片及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210504643.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103854880A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵
• 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: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/32;H01G11/50
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及電化學材料領域，尤其涉及一種石墨烯電極片及其制備方法和應用。

背景技術

20世紀90年代，對電動汽車的開發以及對功率脈沖電源的需求，刺激了人們對電化學電容器的研究。目前電化學電容器的比能量仍舊比較低，而電池的比功率較低，人們正試圖從兩個方面解決這個問題：（1）將電池和超級電容器聯合使用，正常工作時，由電池提供所需的動力；啟動或者需要大電流放電時，則由電容器來提供，一方面可以改善電池的低溫性能不好的缺點；可以解決用于功率要求較高的脈沖電流的應用場合，如GSM、GPRS等。電容器和電池聯合使用可以延長電池的壽命，但這將增加電池的附件，與目前能源設備的短小輕薄等發展方向相違背。（2）利用電化學電容器和電池的原理，開發混合電容器作為新的貯能元件。

1990年Giner公司推出了貴金屬氧化物為電極材料的所謂贗電容器或稱準電容器（Pseudo-capacitor）。為進一步提高電化學電容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想極化電極和法拉第反應電極結合起來構成混合電容器的概念（Electrochemical?Hybrid?Capacitor，EHC或稱為Hybrid?capacitor）。1997年，ESMA公司公開了NiOOH/AC混合電容器的概念，揭示了蓄電池材料和電化學電容器材料組合的新技術。2001年，G.G.Amatucci報告了有機體系鋰離子電池材料和活性炭組合的Li₄Ti₅O₁₂/AC電化學混合電容器，是電化學混合電容器發展的又一個里程碑。

目前研究的混合型超級電容器主要采用高比表面積的活性碳作為正極材料，石墨或者Li₄Ti₅O₁₂作為負極，在正極與電解液的表面形成雙電層，正極材料的容量決定了整個體系的容量，由于正極雙電層的容量較小，限制了超級電容器整個體系的容量提高，因此制備高容量的正極是鋰離子電容器的能量密度提高的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的問題在于提供一種能量密度高的石墨烯電極片。

本發明的技術方案如下：

一種石墨烯電極片的制備方法，包括如下步驟：

將氧化石墨加入到水中，超聲1~5h，形成濃度為0.1~10mg/ml的懸浮液；

將懸浮液旋涂在集流體上，干燥，得到前驅體電極片；

將前驅體電極片置于激光發射器下，采用波長為760~1200nm下的紅外光反復照射前驅體電極片，得到石墨烯電極片。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述集流體為鋁箔、鎳網、不銹鋼片、鈦箔或金箔。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，在將懸浮液旋涂在集流體上時，需要在干燥揮發溶劑后反復旋涂、干燥，并控制前驅體電極片的厚度為20~200um。

本發明還提供一種上述方法制得的石墨烯電極片。

本發明還提供上述石墨烯電極片用于鋰離子電容器的正極。

本發明制備的石墨烯電極片，在被用作鋰離子電容器的正極后，其能量密度能達到113~136wh/kg，較文獻（Journal?of?Power?Sources?177(2008)643-651）報道的103.8wh/kg有了提高，超過了鎳氫電池的能量密度60~80wh/kg，達到了鋰離子電池的能量密度113~136wh/kg。

附圖說明

圖1為本發明石墨烯電極片的制備工藝流程圖。

具體實施方式

本發明提供的石墨烯電極片的制備方法，如圖1所示，包括如下步驟：

（1）將氧化石墨加入到水中，超聲1~5h形成濃度為0.1~10mg/ml的懸浮液；

（2）將懸浮液旋涂在集流體上，干燥揮發溶劑，反復重復旋涂、干燥步驟，得到前驅體電極片的厚度20~200um；

（3）將得到的前驅體電極片置于激光發射器下，采用波長為760~1200nm下的紅外光反復照射前驅體電極片表面，直到前驅體電極片表面顏色由金黃色完全變為黑色，此時，停止照射，得到石墨烯電極片。

上述步驟（2）中，集流體可以選用鋁箔、鎳網、不銹鋼片、鈦箔、金箔等。

本發明是基于激光產生的瞬間高能量，將紅外光照射在前驅體電極片表面的氧化石墨烯上，使含氧官能團被還原，能將石墨烯很好的進行剝離，一步實現了將石墨烯的制備和電極片的制備，簡化了生產工藝，同時制備成電極片不需要加入導電劑和粘結劑電導率也能達到15S/cm左右，完全可以用作電極片使用。