[發明專利]一種電容器電極用石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710968255.0
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107903575B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 陳成猛;謝莉婧;蘇方遠;孫國華
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08L33/12;C08L25/06;C08K7/24;C08K3/04;C08J5/18;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/40
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

一種電容器電極用石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜的制備方法是以生物質活性炭纖維為骨架，乳液小球為模板劑，與氧化石墨烯水溶膠一起加入水和有機溶劑組成的混合溶劑中形成懸浮液，懸浮液進行沉積復合，獲得復合柔性膜，復合柔性膜鋪覆于石墨夾具中抽真空或惰性氣氛下，經熱壓處理得3D大孔泡狀復合膜，3D大孔泡狀復合膜鋪覆于預浸料酚醛樹脂中，室溫下抽真空，經熱壓，在堿液中浸漬、活化，得石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜。本發明具有電容器電極儲能密度高、循環穩定性好的優點。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，涉及一種超級電容器電極材料的制備方法，具體地說涉及一種電容器電極用石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜的制備方法。

技術背景

石墨烯是一種以單層或少數層sp²碳構成的二維結構。自2004年被發現以來，因其良好的導電性 (103–104 S﹒m^-1)、高電子遷移率（室溫下20000 cm²﹒V^-1﹒S^-1）和高理論比表面積（2630 m²﹒g^-1）等優良特性，人們便開始探究這種sp²結構的炭質材料在超級電容器中應用的可能性（Zhang LL, Zhou R, Zhao XS. Graphene-based materials assupercapacitor electrodes.基于石墨烯材料超級電容器電極[J]. J Mater Chem 2010;20(29):5983-92）（Stoller MD, Park SJ, Zhu YW, An JH, Ruoff RS. Graphene-basedultracapacitors. 基于石墨烯的超級電容器[J].Nano Lett 2008;8(10):3498-502.）。

目前現有技術基于石墨烯基超級電容器材料已得到了廣泛的研究和關注。王云峰等（專利公開號：CN 103723722 A）通過將去雜質的活性炭與石墨烯混合在有機溶劑中進行高溫活化制備了高比表面積的石墨烯改性活性炭電極材料，其展示了高的質量比容量。李璐（專利公開號：CN 103253658 A）將氧化石墨烯與活化劑、碳源物質充分混合，在保護氣氛下進行活化，制得了高體積比容量的石墨烯。上述基于石墨烯的電極材料充分發揮了石墨烯二維表面易與電解液充分接觸，其片間大孔結構可為電解液提供充足緩沖空間，為離子遷移提供順暢通道。此外，石墨烯面向的共軛π電子（高密度載流子）可為電荷傳輸提供低阻通道，從而滿足大電流快速充放電的儲能需求。然而上述基于石墨烯的電極材料多是固體粉末，在應用于超級電容器的時候，必須先與乙炔黑及粘結劑等物質混合均勻，再涂覆到集流體上，這個過程會導致粉末團聚結塊，而且會降低電極材料的導電性，從而導致制備的石墨烯基電極材料儲能密度低、循環穩定性差，尚不能滿足實際應用的要求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有石墨烯基電極材料存在的不足，提供了一種電容器電極儲能密度高、循環穩定性好的電容器電極用石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜的制備方法。

本發明是通過硬模板導向有序組裝法獲得一種3D大孔泡狀石墨烯/生物質活性炭纖維復合膜；然后將該復合膜鋪覆于預浸料酚醛樹脂乳液中，再經真空熱壓成型、堿活化工藝制成石墨烯酚醛樹脂基復合纖維膜。該膜結合石墨烯、生物質活性炭和酚醛樹脂三方面優勢，充分發揮了石墨烯良好的導電性、生物質活性炭纖維多孔結構、高比表面積以及空間骨架結構和酚醛樹脂高的殘炭率，從而有效提超級電容器的能量存儲。同時，該復合膜柔性好，可直接用作超級電容器電極，有效避免了粉體在制備電極過程中添加粘結劑所引起的內阻。

為實現上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：