[發明專利]一種石墨烯復合電極材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610659180.3
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106206049B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 程繼鵬;吳勇軍;翁永堂
• 申請（專利權）人: 浙江美都墨烯科技有限公司
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明屬于高性能功能材料領域，涉及一種石墨烯復合電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器不同于傳統的化學電源，是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源器件，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。其突出優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬等。

電極材料是超級電容的核心材料，其性能的發揮完全取決于所用的電極材料。根據能量儲存原理，碳材料的雙電層電容和過渡金屬化合物的贗電容構成了電容的主要元素，其中碳系列電極材料的儲能密度不高，但是循環特性和倍率特性優異，而過渡金屬化合物往往具有高的電容，但倍率和壽命有待提高。究其原因，碳材料的比表面積和電導率往往比過渡金屬化合物高，而過渡金屬氫氧化物的比電容又高于對應的氧化物，因為氫氧化物往往具有特殊的層狀結構或形態，有利于發揮其高的電化學活性。

石墨烯是碳元素的結晶體，是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體。由于石墨烯具有特高的表面積對質量比例，石墨烯可以用于超級電容器的導電電極。然而單純石墨烯的儲能密度有待提高，因此將其與贗電容的電極材料原位復合能夠提高其儲能密度的同時，還提高贗電容電極材料的倍率和循環壽命。具有銅(鈷)孔雀石結構((Cu,Co)₂(CO₃)(OH)₂)的堿式碳酸鈷(Co₂(CO₃)(OH)₂)具有二維片狀形態，其含有的金屬鈷離子具有優異電化學特性，將其原位生長在石墨烯表面，能很大限度上發揮其電化學活性，提高材料的比電容和儲能密度。因此，本發明旨在提供一種具備優異電化學電容特性的電極材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種石墨烯復合電極材料及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種石墨烯復合電極材料，它是以石墨烯和堿式碳酸鈷為主體成分的復合材料，所述堿式碳酸鈷納米片原位生長在石墨烯表面，石墨烯和堿式碳酸鈷的重量配比為7～9:3～1。

進一步地，所述石墨烯由單層石墨烯、多層石墨烯和還原石墨烯中的一種或幾種按任意配比混合組成。

進一步地，所述堿式碳酸鈷的分子式是Co₂(CO₃)(OH)₂。

一種上述的石墨烯復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨烯加熱到200～300℃，保溫干燥1小時以上。將1克干燥的石墨烯加入到1升濃度為3wt％的K₂S₂O₈的水溶液中，超聲波振蕩分散30分鐘以上，過濾出石墨烯，并用水清洗；

(2)將1克步驟1處理的石墨烯加入到500mL水中,超聲波分散30分鐘以上，隨后加入0.00052mol～0.002mol的鈷鹽，室溫下充分攪拌溶解，形成懸濁液；

(3)將六次甲基四胺加入步驟2所配置的懸濁液中，六次甲基四胺與鈷離子的摩爾比為6:1～8:1，在室溫下攪拌溶解均勻后。把懸濁液裝入高壓反應釜，懸濁液在反應釜中的體積填充率為70～85％，密閉反應釜，將其加熱到210～280℃，保溫2小時以上；

(4)將步驟3所得的固體產物過濾，用水清洗，80～180℃度下烘干，即得石墨烯復合電極材料。

進一步地，所述鈷鹽由氯化鈷，硝酸鈷和醋酸鈷的一種或多種按任意配比混合組成。

進一步地，所述堿式碳酸鈷的晶體結構與(Cu,Co)₂(CO₃)(OH)₂一致。

本發明的有益效果是：

1、本發明工藝簡單，生產周期短。

2、本發明條件溫和，低能耗，重復性優良。

3、本發明復合材料中含石墨烯，電化學電容特性優異；產品形態均勻，純度高。

附圖說明

圖1為實施例1制備的石墨烯復合電極材料的XRD圖譜；

圖2為實施例2制備的石墨烯復合電極材料的XRD圖譜；

圖3為實施例3制備的石墨烯復合電極材料的XRD圖譜。

具體實施方式

實施例1