[發明專利]一種石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210504799.9
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103854881A
• 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;H01M4/1393
• 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

本發明涉及電極的制備，尤其涉及一種石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法。

背景技術

英國曼徹斯特大學的安德烈·K·海姆(Andre?K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨特的結構和光電性質受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優良的導電、導熱性能和低的熱膨脹系數而被認為是理想的材料。如：1，高強度，楊氏摩爾量，(1,100GPa)，斷裂強度：(125GPa)；2，高熱導率，(5,000W/mK)；3，高導電性、載流子傳輸率，(200,000cm2/V*s)；4，高的比表面積，(理論計算值：2,630m2/g)。尤其是其高導電性質，大的比表面性質和其單分子層二維的納米尺度的結構性質，可在超級電容器和鋰離子電池中用作電極材料。到目前為止，所知道的制備石墨烯的方法有多種，如：（1）微機械剝離法。這種方法只能產生數量極為有限石墨烯片，可作為基礎研究；（2）超高真空石墨烯外延生長法。這種方法的高成本以及小圓片的結構限制了其應用；（3）化學氣相沉積法（CVD）。此方法可以滿足規模化制備高質量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復雜。（4）溶劑剝離法。此方法缺點是產率很低,限制它的商業應用；（5）氧化-還原法。

Ruoff小組利用化學改性的石墨烯作為電極材料，測試了基于石墨烯的超級電容器的性能。這種石墨烯材料的電容性能在水系和有機電解液中的容量分別可以達到135F/g和99F/g。Rao等人比較了通過二種方法制備的石墨烯的電容性能。在硫酸電解液中，通過氧化石墨熱膨脹法和納米金剛石轉化法得到的石墨烯具有較高的容量，可以達到117F/g;在有機電解液中，電壓為3.5V的時候，其容量和能量密度可以達到71F/g和31.9Wh/kg。

以上方法均是采用制備的石墨烯粉末經過混料、涂布、輥壓、切片等工藝做成電極片，在石墨烯的制備和制成極片的過程中總是存在石墨烯材料的團聚的問題，進而做成電池后影響電池的能量密度，石墨烯材料的實際能量密度遠遠小于其理論值。

發明內容

基于上述問題，本發明所要解決的問題在于提供一種石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法

本發明的技術方案如下：

一種石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，包括如下步驟：

將碳納米管在強酸中于50-80℃下回流0.5-2h，然后過濾，并將得到的濾物經水洗、過濾、干燥，得到羧基化碳納米管；其中，碳納米管與強酸的固液比為0.1-2g:100ml；

將所述羧基化碳納米管在加入酰氯化試劑，于50-80℃下回流5-15h，得到酰氯化碳納米管；其中，羧基化碳納米管與酰氯化試劑的固液比為0.1-2g:100ml；

將所述酰氯化碳納米管與酰胺化試劑加入有機溶劑中，并于50-80℃下反應24-48h，隨后過濾，并將得到的濾物經乙醇和水洗、干燥后，得到酰胺化碳納米管；其中，酰氯化碳納米管：酰胺化試劑：有機溶劑的固液比為0.1-1g:100:200ml；

將所述酰氯化碳納米管加入水中超聲分散，形成0.2-0.8mg/ml的酰胺化碳納米管分散液；同時，將氧化石墨加入水中超聲分散，形成0.2-0.8mg/ml的氧化石墨烯分散液；

將集流體在酰胺化碳納米管分散液浸泡30~60min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡1~5min；接著再在酰胺化碳納米管分散液和分散液中交替浸泡30~500次，且在每種分散液中浸泡時間為1~5min，干燥后得到氧化石墨烯/碳納米管復合電極；

將所述氧化石墨烯/碳納米管復合電極在惰性氣體保護下，于500~1000℃高溫反應1~5h，冷卻后，得到所述石墨烯/碳納米管電極片。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述強酸為68%濃硝酸與98%濃硫酸按照3:1的體積比混合得到的混合酸。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述酰氯化試劑為二氯亞酚、三氯氧磷或亞硫酰氯。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述酰胺化試劑為乙二胺、三乙胺或尿素。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述有機溶劑為無水甲苯、四氫呋喃或二氯甲烷。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述集流體為鋁箔、鎳網、鈦箔或鋼箔。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述酰氯化碳納米管制備過程中的干燥是在真空干燥箱中50℃干燥24h。

所述石墨烯/碳納米管復合電極的制備方法，其中，所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣及氖氣中的一種或多種。