[發明專利]一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201510366344.9
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104916459B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 李耀剛;邵元龍;王宏志;張青紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于超級電容器用薄膜材料的制備領域，特別涉及一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法。

背景技術

2004年，英國Manchester大學的Geim等人發現了由碳原子以Sp²雜化連接形成的單原子層二維晶體-石墨烯(Graphene)，石墨烯是繼富勒烯與碳納米管之后被人們發現的又一新的碳元素結構形態，是目前最理想的二維納米材料之一。石墨烯的發現，使人們對碳元素的多樣性有了更深刻的認識，形成了從零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯到三維的金剛石與石墨完整碳家族體系。作為一種室溫下穩定存在的二維量子體系，石墨烯的發現打破了傳統凝聚態物理理論，推翻了以前人們普遍認為的嚴格二維晶體無法在有限的溫度下存在的預言，對凝聚態物理理論的發展可能產生重大的影響。石墨烯是一種嚴格的二維晶體材料，因其具有獨特的結構與性能，已迅速成為國際新材料領域研究的熱點。

M.D.Stoller等人在Nano Letter 8(2008)3498-3452首次報道了用于超級電容器電極材料的石墨烯粉體，這種方法制備的石墨烯材料在水性電解液中比電容達到了135F/g。但是這種化學法制備的石墨烯仍是粉體需要與粘結劑和導電劑的復合才能制成超級電容器電極。X.F.Duan等人在ACS Nano DOI:10.1021/nn4000836上報道了采用水熱法制備具有三維結構的石墨烯薄膜超級電容器電極，并且這種石墨烯電極展現出了杰出的體積比電容和質量比電容。

然而，現在通常用來制備石墨烯薄膜的方法包括化學氣相沉積法、抽濾成膜法及水熱法等，制備過程復雜，設備要求高，產量低都不利于大規模生產。

本權利申請采用刮涂法成膜，并采用光照還原，制備過程還原過程都簡單易行。目前尚未見到采用光照還原法制備高取向石墨烯薄膜電極材料的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法，該方法工藝簡單，易于工業化生產，所制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜具有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領域有廣闊應用。

本發明的一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法，包括：

(1)將氧化石墨進行洗滌，然后加入去離子水中，得到懸浮液，超聲、離心洗滌去除未剝離石墨粉體，然后將上清液旋轉蒸發，得到氧化石墨漿料；

(2)將氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面，制得氧化石墨薄膜，然后進行照射還原處理，即得高取向石墨烯薄膜。

所述步驟(1)中洗滌為去離子水洗滌2-4次。

所述步驟(1)中懸浮液的濃度為0.5～6mg/mL。

所述步驟(1)中超聲時間為1-3h。

所述步驟(1)中離心洗滌為：2500～3500r/min條件下離心10～40min。

所述步驟(1)中旋轉蒸發為40～55℃條件下旋轉蒸發。

所述步驟(2)中氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面具體為：將表面清洗好的銅箔吸附于刮涂機表面，將刮涂刀具設定厚度，啟動刮涂機將氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面。

所述刮涂刀具設定厚度為50～200μm。

所述步驟(2)中照射還原處理為：置于氙燈下10～20cm處照射還原3-12h。

本發明將氧化石墨制備成可刮涂的漿料，刮涂在導電基底表面，制備成大面積的氧化石墨薄膜，并采用簡單的光照還原方法，將氧化石墨薄膜還原成高取向石墨烯薄膜。具有高度取向的石墨烯薄膜層間電荷傳輸電阻低，十分有利于電荷直接導入到導電的集流體表面。

采用本方法制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜，制備工藝簡單，易于工業化生產，所制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜具有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領域有廣闊應用。

有益效果

(1)該方法制備工藝簡單，成膜過程無需導電劑、粘結劑，還原過程采用光照還原，無需化學試劑及加熱過程；

(2)該方法制備的超級電容器用石墨烯薄膜有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領域有廣闊應用。

附圖說明

圖1為實施例1中高取向石墨烯薄膜、石墨烯粉體、氧化石墨粉體及原始石墨的X射線衍射圖譜；

圖2為實施例1制備的各種樣品的數碼照片：(A)氧化石墨薄膜；(B)圖為還原之后的高取向石墨烯薄膜；(C)圖為自支撐的高取向石墨烯薄膜。