[發明專利]一種超薄石墨紙和氧化石墨烯的復合薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410252396.9
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104003380A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 韓玉鳳;崔廣宏;陳瑞;陳庚;王井柱
• 申請（專利權）人: 黑龍江奧星能源科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及石墨材料，尤其涉及一種基于石墨材料的復合薄膜的制備方法。

背景技術

隨著科技的發展，石墨紙作為石墨深加工產品被廣泛應用于密封材料，軍事，航天，國防，核工業等領域，起到了意想不到的好效果，較好的解決了以前用其它材料所不能解決的問題，如用作密封材料，可以代替石棉解決密封不嚴，時間短不耐用等問題。石墨紙被用在手機、筆記本等便攜式電子產品中是近幾年智能手機發展起來的事情，起到了很好的散熱效果，可以延長連續使用時間而不發熱，提高了手機的使用壽命。但隨著人們對產品的使用要求越來越高，廠家研發向更輕，更薄，更美觀，更耐用等方面發展，就要求作為散熱保護膜的石墨紙具有更薄的厚度，更輕的質量，傳熱速率更快。經過科研人員的努力其厚度最薄可達0.04mm以上；其導熱率為300W/m.k.但是這樣的性能指標雖然已經可以應用，但還不能達到研發人員的所期望的優秀效果。本發明制備的超薄復合石墨薄膜進一步更好地解決了上述的問題，其超薄復合石墨薄膜最薄可達0.01mm,其導熱率可以達到613W/m.k以上。

走環境保護型，資源節約型可持續的發展之路是全球各國經濟發展的總旨。因此電動汽車代替傳統燃油汽車將可以大大改善空氣污染，節約寶貴的石油資源，據統計，2013年電動車和混合動力車總擁有量超過150萬輛，節約石油770萬噸以上，減少CO₂排放2330萬噸。其中電動車中一半以上用超級電容器作為電源動力，超級電容器是一種新型能量存儲裝置，具有高功率密度(為普通電池的10倍以上)、高循環壽命(循環次數可達10萬次以上)、快速充放電性能好等優點，被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。通常超級電容器的主要由電極活性物質層、電解質、隔膜、集流體、外殼等組裝而成?，F有的超級電容器的能量密度一般比較低，影響能量密度的因素主要有電極材料的電容，體系的電壓，電極材料占電極活性物質層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重等等，因此，其中，降低集流體的質量是一個有效的提高能量密度的方法。集流體是一種匯集電流的結構或零件，主要功能是將電池活性物質產生的電流匯集起來，提供電子通道，加快電荷轉移，提高充放電庫侖效率。作為集流體需要滿足電導率高、機械性能好、質量輕、內阻小等特點。目前，大多數的文獻中或行業中，一般集流體正極采用鋁箔、負極采用銅箔，由于金屬集流體的密度較大，質量較重，一般集流體的重量占整個電池的20-25％，則電極材料占整個電池的比重大大減少，最終導致超級電容器的能量密度較低。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺陷，提供一種超薄石墨紙和氧化石墨烯的復合薄膜的制備方法。本發明復合薄膜電導率高，機械性能好，質量輕，內阻小等特點，用于超級電容器中作為集流體，可達到十分理想的效果。

為了解決上述技術問題，一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復合制備超薄復合石墨薄膜的方法，它包括以下幾個步驟：

氧化石墨烯的制備步驟：在20℃的溫度下將高純石墨與氧化劑、酸溶劑和一種保護劑按20～120：1：3～9混合均勻，稍加熱至35-40℃；然后往混合物內緩慢加部分純水并攪拌30分鐘，使物料放熱；再開啟加熱裝置使溫度升高至98℃，保持15分鐘，加部分純水冷卻混合物10分鐘，然后加入純水和30％H2O2再次放熱并冷卻至室溫，在功率為5～350W超聲攪拌5min～5h；用鹽酸和純水反復進行離心洗滌接近中性，干燥得到氧化石墨烯粉末；

高純可膨脹石墨粉制備步驟：將高純石墨、濃硝酸和雙氧水按1：0.75：0.25的比例加入反應罐中，溫度保持在16℃攪拌反應2小時，再經離心脫水洗滌至中性，在溫度小于80℃的條件下烘干得到高純可膨脹石墨粉；

復合步驟：上述氧化石墨烯與高純可膨脹石墨按1：1～4比例加入球磨機中進行球磨混合，再將混合物通過旋流器進入溫度大于950℃的膨脹爐中，膨脹后的蠕蟲石墨進入料倉，根據厚度要求對蠕蟲石墨進行至少八次壓延，最終得到厚度最小至0.02mm的超薄石墨復合薄膜。

所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復合制備超薄復合石墨薄膜的方法，所述氧化劑是高錳酸鉀、濃硝酸、重鉻酸鉀的一種。

所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復合制備超薄復合石墨薄膜的方法，所述酸溶劑是選自氯磺酸、氟磺酸、三氟甲磺酸中的一種或幾種的組合。