[發(fā)明專利]一種石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310590070.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103723722A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王云峰;李曉斐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鹽城納新天地新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/08
• 分類號(hào): C01B31/08;H01G11/32;H01G11/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的制備方法，本發(fā)明涉及到一種石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的制備方法，它是將活性炭去雜質(zhì)后添加石墨烯在有機(jī)溶劑中進(jìn)行高溫活化，再去除有機(jī)溶劑得到石墨烯改性超級(jí)電容用活性炭。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器是一種新型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由于它是根據(jù)電化學(xué)原理設(shè)計(jì)、制造出來的，因此又被稱為電化學(xué)電容器，泛指具有高功率和高能量密度的電容器。超級(jí)電容器具有充放電快、使用壽命長(zhǎng)、功率密度高、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有著越來越重要、越來越廣泛的用途。

碳材料，特別是sp²雜化的碳材料，由于特殊的層狀結(jié)構(gòu)、超大的比表面積而成為重要儲(chǔ)能裝置的電極材料。碳材料如無定形碳、活性炭、石墨等已經(jīng)廣泛用于鋰電池中。

石墨烯因其擁有較高的比表面積和高的電導(dǎo)率，因此在作為電容器材料時(shí)具有比傳統(tǒng)多孔碳材料更優(yōu)異的性質(zhì)，但是石墨烯體積比電容小，無法應(yīng)用于大容量的超級(jí)電容器等電學(xué)器件。雖然用活性炭改性石墨烯可以提高石墨烯的體積比電容至119.7F/cm²，但其改性過程的活化溫度較高，且石墨烯價(jià)格昂貴，同時(shí)由于目前沒有大量制備石墨烯的技術(shù)，所以用石墨烯制備超級(jí)電容器用電極材料不能工業(yè)化生產(chǎn)。

活性炭是超級(jí)電容器使用最多的電極材料，具有比表面積高、電化學(xué)穩(wěn)定性好、原料豐富等優(yōu)點(diǎn)。但是活性炭導(dǎo)電性較差、孔徑分布不合理，活性炭的微孔結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)了主要的比表面積，而離子在微孔中的遷移阻力較大，另外，傳統(tǒng)活性炭制作的超級(jí)電容器散熱性能不理想。因此，無論它的原料來源如何變化、制備工藝如何改進(jìn)，傳統(tǒng)的活性炭的比表面積已經(jīng)達(dá)到了峰值，傳統(tǒng)活性炭生產(chǎn)的電容器性能已經(jīng)無法再獲得很大的突破。

因此，如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的制備方法，該方法制備的活性炭比表面積達(dá)1600?m²~2020m²，振實(shí)密度達(dá)0.3008g/ml，用它制作的超級(jí)電容器，質(zhì)量比電容達(dá)320F/g以上，體積比電容達(dá)198F/cm²。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的制備方法是將活性炭原料經(jīng)水洗后加入石墨烯有機(jī)溶劑分散液，超聲處理，加熱至60℃~100℃后，恒溫?cái)嚢柚粱旌暇鶆虺浞郑俳?jīng)過過濾和離心處理得到石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭；其中，活性炭和石墨烯有機(jī)溶劑分散液的質(zhì)量比為1:1~1:80，石墨烯有機(jī)溶劑分散液為石墨烯和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1‰~5%的混合物；

????所述的有機(jī)溶劑為二甲基碳酸酯、甲乙基碳酸酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和γ-丁內(nèi)酯中的一種或幾種的組合物，其具體比例不作要求。選用有機(jī)溶劑，與去離子水相比，其浸潤(rùn)性能的差異導(dǎo)致石墨烯-活性炭組裝結(jié)構(gòu)不同，從而使獲得的石墨烯活性炭復(fù)合物的體積比電容和質(zhì)量比電容更高。

????進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的活性炭原料為石油焦活性炭。

進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的活性炭原料粒度為800~12000目。

進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的石墨烯片徑為100nm~500μm。

進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的超聲處理的時(shí)間為0.5h~10h。

進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的加熱恒溫條件下攪拌時(shí)間為0.5h~10h。

進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的去除有機(jī)溶劑的方式是離心分離。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：本發(fā)明通過引入石墨烯，形成了石墨烯和活性炭構(gòu)成的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，首先使活性炭的比表面積得到充分利用，利用率高達(dá)99%；其次大幅度提高了活性炭的導(dǎo)電性，從根本上改變了離子遷移阻力大的問題；再次，石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)熱性能使器件的散熱性能提高55%。本發(fā)明使用少量的石墨烯，避免使用較高活化溫度即可使獲得的活性炭性能大幅度改良，綜合使用成本低，附加值高，可應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。選擇有機(jī)溶劑作分散液，改性的活性炭比電容數(shù)據(jù)，比國(guó)際目前最好的高60.1%。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例8制備的石墨烯改性超級(jí)電容器用活性炭的電鏡圖。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。