[发明专利]石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法与超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及储能器件的电极材料制备领域，特别是涉及一种石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法与超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)又称电化学电容器(Electrochemical Capacitors)或者双电层电容器(Electric Double Layer Capacitors)，它是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，与传统电容器相比具有更高比电容量和能量密度，与电池相比则具有更高的功率密度。由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染和循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容器电容性能和生产成本的关键因素，因此研究开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。目前研究的超级电容器的电极材料主要有炭材料、金属氧化物及其水合物电极材料和导电聚合物电极材料。

目前双电层超级电容器的电极材料主要为碳材料，具有优良的导热和导电性能、较高的比表面积，被广泛用于电化学领域作电极材料，碳材料是目前工业化最为成功的电极材料之一。目前，碳基电极材料的研究主要集中在研发具有高比表面积、内阻较小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面积、极好的导电性、优良的导热性，通过氧化石墨还原法获得的石墨烯的性价比较高，且稳定性好，是超级电容器的理想电极材料。使用石墨烯制造出的超级电容器将会比目前所有的超级电容器的能量存储密度都高。但是实际制备出来的石墨烯电极材料由于团聚等原因，使得其比表面积不够高，因而容量偏低，水系中容量为135F/g，有机系容量99F/g，距离理论容量（550F/g）相差较远，难以发挥石墨烯的优点。

发明内容

基于此，有必要提供一种石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，以制备比表面积较高的石墨烯-碳纳米管复合材料，及使用该石墨烯-碳纳米管复合材料的超级电容器。

一种石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

按质量比1.66~165:1将氧化石墨和碳纳米管加入水中，并进行超声处理1~5小时，得到分散液；

将氢氧化钾溶液加入所述分散液中，搅拌直至出现凝聚，得到悬浮液，其中，所述氧化石墨和碳纳米管的总质量与所述氢氧化钾的质量之比为1:1~30；及

将所述悬浮液过滤、干燥后得到固体粉末，将所述固体粉末于800~1200℃下反应1~5小时，洗涤、过滤、干燥得到石墨烯-碳纳米管复合材料。

在其中一个实施例中，所述氢氧化钾溶液的浓度为0.1~10mol/L。

在其中一个实施例中，所述氧化石墨在分散液中的浓度为8.3~16.5g/L，所述碳纳米管在分散液中的浓度为0.1~5g/L。

在其中一个实施例中，所述超声处理的功率为600~800W。

在其中一个实施例中，将所述悬浮液过滤后，于60~80℃下干燥24~48小时得到固体粉末。

在其中一个实施例中，所述洗涤步骤是用水进行洗涤。

上述制备方法制备得到的石墨烯-碳纳米管复合材料。

一种超级电容器，包括壳体、设置于所述壳体内的电芯及灌装于所述壳体内的电解液，所述电芯包括依次层叠的正极片、隔膜和负极片，所述正极片包括铝箔片和涂覆在所述铝箔片上的正极浆料层，所述正极浆料层的材料包括粘结剂和、导电剂及上述制备方法制备得到的石墨烯-碳纳米管复合材料。

在其中一个实施例中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为乙炔黑，所述石墨烯-碳纳米管复合材料、粘结剂及导电剂的质量比为88:10:2。

在其中一个实施例中，所述电解液为离子液体，所述离子液体的阳离子为季铵盐、吡啶盐或吡咯盐正离子，所述离子液体的阴离子为PF₆^-或BF₄^-。

上述石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法将氧化石墨和碳纳米管进行超声处理得到混合均匀的氧化石墨烯-碳纳米管水分散液，再通过氢氧化钾活化氧化石墨烯和碳纳米管，然后经过高温处理后生成石墨烯-碳纳米管复合材料。碳纳米管能够有效防止石墨烯凝聚，结合氢氧化钾的活化作用及高温作用，大大提高了石墨烯和碳纳米管的比表面积，使得石墨烯-碳纳米管复合材料的比表面积较高。

附图说明

图1为一实施方式的石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式和附图对上述石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法进一步阐述。