[发明专利]一种石墨烯纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种可用作超级电容器石墨烯集流体的石墨烯纸的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度（为普通电池的10倍以上）、高循环寿命（循环次数可达10万次以上）、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔膜、集流体、外壳等组装而成。现有的超级电容器的能量密度一般比较低，超级电容器的能量密度的影响因素主要有电极材料的电容，体系的电压，电极材料占电极活性物质层、集流体、外壳材料组成的总重量的比重，因此，增加电极材料的储能性能和降低器件各个组成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流体的质量是一个有效的提高能量密度的方法。

集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库仑效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。

目前，大多数的文献中或行业中，一般集流体正极采用铝箔、负极采用铜箔，由于金属集流体的密度较大，质量较重，一般集流体的重量占整个电池的20-25%，则电极材料占整个电池的比重大大减少，最终导致超级电容器的能量密度较低。

石墨烯可通过一定的方法制备成石墨烯薄膜或石墨烯纸，由于石墨烯的比表面积较大，其密度较低，则石墨烯纸的质量较轻，同时其高的机械性能和高电导率也能满足集流体应用的基本性能指标，因此基于石墨烯所制备的石墨烯纸可充当集流体使用，并可降低集流体的质量。

通过石墨烯悬浮液直接过滤的方法制备石墨烯纸时，往往制备的石墨烯纸不够均匀，或者较难成膜，归结其原因主要为较难得到稳定的石墨烯悬浮液。由于石墨烯的比表面积较大、层间作用范德华力作用，导致其较容易团聚，不易分散。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种均匀性好、易成膜的石墨烯纸的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将可膨胀石墨进行热剥离，得到膨胀石墨；

将质量比为1∶1-1:5的所述膨胀石墨和离子液体混合后研磨，得到混合物；然后将混合物加入到溶剂中，配置成浓度为0.6-6mg/ml的混合溶液；

将所述混合溶液进行热处理后冷却至室温，随后对热处理的混合溶液进行超声分散处理，得到石墨烯悬浮液；

对所述石墨烯悬浮液进行过滤处理，随后将滤物置于体积比为9:1~5:5的水和乙醇的混合溶剂中进行浸泡处理2-5h；接着再次过滤处理，将滤物干燥处理后得到所述石墨烯纸。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述煅烧处理时，煅烧温度为800-1200℃，煅烧时间10-60S。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮的水溶液；所述水溶液中，N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮与水的比例为9:1-5:5。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述离子液体包括咪唑类离子液体和吡咯烷类离子液体；所述咪唑类离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十六烷基-3-乙基咪唑溴盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐和1-癸基-3-甲基咪唑溴盐；所述吡咯烷类离子液体包括1-氨基乙基吡啶溴盐、1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐和1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸盐。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述热处理是在微波炉中进行的，热处理温度为180℃-200℃，热处理时间为5-15分钟。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述超声分散处理时，超声速率为600-1000rpm，超声时间为1-3h。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述过滤处理是在真空条件下，采用微孔滤膜进行的。

所述石墨烯纸的制备方法，其中，所述干燥处理是在40℃的烘箱中进行的。

本发明制得石墨烯纸，可以电极集流体材质，应用于电化学电池的电极或超级电容器电极等。

本发明提供的石墨烯纸的制备方法，具有如下优点：

①将分散剂选为离子液体，使得石墨烯均能在离子液体中很好的分散，避免石墨烯的团聚，可较容易得到均匀的石墨烯纸；