[发明专利]石墨烯复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源技术领域，具体是涉及一种石墨烯复合电极的制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，并获得2010年物理诺贝尔奖，再次引发碳材料研究热潮。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。石墨烯拥有优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，并且其理论比表面积高达2630m²/g，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。目前石墨烯的制备方法中有氧化石墨还原法，这种方法产量高，成本低；也有使用高温分解碳源来制备石墨烯，这种方法产量低、成本较高。

此外，超级电容器有良好的循环使用及寿命高的功率密度，因此有广泛的应用前景。目前石墨烯用于超级电容器电极材料时需要添加粘结剂，这会导致活性材料的比重下降，影响容量的发挥,还会增加内阻，影响功率密度的发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种内阻小、活性材料比重高的石墨烯复合电极的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯复合电极的制备方法，包括如下步骤：

按质量体积比为1g：5～1000ml，将氧化石墨加入到熔融的有机离子液体中混合，得到熔融的混合溶液；随后往混合溶液中加入还原剂，并进行超声和离心处理，得到石墨烯和有机离子液体的混合物；

将所述混合物进行模压处理，冷却后得到所述石墨烯复合电极前驱体；

在所述石墨烯复合电极前驱体表面涂覆金属膜，得到所述石墨烯复合电极。

上述石墨烯复合电极的制备方法，将上述氧化石墨与熔融的有机离子液体混合，加入还原剂，经超声剥离还原生成石墨烯，并配制成混合物，然后进行模压并喷涂集流体即可。有机离子液体与石墨烯混合均匀，两者紧密接触，更有利于电子传导，采用热喷涂制备集流体，减小电极材料与集体的接触电阻，因此，制备的石墨烯复合电极能有效提高化学电源的功率密度。另外，该方法减少了调浆、混料、涂布等电极制备工艺，进一步优化化学电源制造工艺，降低制造成本，并且原料来源广，易于实现工业化。

附图说明

图1是本发明实施例石墨烯复合电极的制备方法工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了上述石墨烯复合电极的工艺简单的制备方法。该方法工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

S01：获取氧化石墨；

S02：制备含石墨烯和有机离子液体的混合物：按质量体积比为1g：5～1000ml将步骤S01获取的氧化石墨加入到熔融的有机离子液体中混合，得到熔融的混合溶液；随后往混合溶液中加入还原剂，并进行超声和离心处理，得到石墨烯和有机离子液体的混合物；

S03：制备石墨烯复合材料层：将步骤S02制备的混合物进行模压处理，冷却后得到所述石墨烯复合电极前驱体；

S04：喷涂金属膜：在步骤S03制备的石墨烯复合电极前驱体表面涂覆金属膜，得到所述石墨烯复合电极；

具体的，上述步骤S01中，氧化石墨优选按照如下方法制备获取：

步骤1）：按照50g:1.15L的质量体积比，将石墨粉加入0℃的浓硫酸中，再加入高锰酸钾，高锰酸钾的质量为石墨的3倍，并保持在10℃以下，搅拌2h，得到混合溶液；

步骤2）：将步骤1）配制的混合溶液在室温水浴搅拌24h后，在冰浴条件下缓慢加入去离子水，再加入含有双氧水的去离子水，之后进行抽滤，滤物再用浓度为10%的盐酸进行洗涤、抽滤，直到滤液呈中性，得到氧化石墨。

在一具体实施例中，该氧化石墨制备方法步骤：

将50g、500目石墨粉加入0℃、1.15L的浓硫酸中，再加入150g高锰酸钾，混合物的温度保持在10℃以下，搅拌2h，然后在室温水浴搅拌24h后，在冰浴条件下缓慢加入4.6L去离子水。15min后，再加入14L去离子水(其中含有250mL浓度为30%的双氧水)，之后混合物颜色变为亮黄色，抽滤，再用2.5L浓度为10%的盐酸进行洗涤、抽滤，直到滤液呈中性。