[发明专利]一种可压缩的石墨烯/导电聚合物复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种可压缩的石墨烯/导电聚合物复合电极材料及其制备方法，包括选择石墨烯为主体制备出具有高弹性的多孔网状气凝胶,以其为骨架通过电化学合成的方法负载导电聚合物。通过对电化学方法负载过程中参数的调控，可以控制聚合物的生长，既提高石墨烯的比电容又保持了其超弹的性能。使得石墨烯/导电聚合物复合电极材料具有超弹和高比电容的特性。本发明产品适用于超级电容器等储能设备。石墨烯的微观结构可控化，通过简单的调控还原时间和冷冻时间控制石墨烯孔径大小。所获得的石墨烯/导电聚合物复合材料不仅具有超弹性而且具有更好的超级电容性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种可压缩的石墨烯/导电聚合物复合电极材料及其制备方法，可以为超级电容器等储能设备提供新的性能更好的电极材料。

背景技术

随着可穿戴设备日益普及，对于设计出更加适合可穿戴设备的大容量储能设备显得十分重要，同时为了解决在使用过程中可能出现的挤压对设备造成的不利影响，希望可以设计出具有超弹性能的超级电容器。

超级电容器由于其大的比电容、高的比功率、长的循环寿命和强的充放电能力已成为能源领域的研究热点，而目前超级电容器的研究重点在于新型电极材料的开发，寻找更理想的电极体系和电极材料，以提高电化学电容器的性能，并且制造出性能佳，廉价，易生产的新型电容器以满足市场需求。然而传统的超级电容器一般都不具备可压缩性，体积形状固定，难以适用于可穿戴设备中。

作为新型碳材料的石墨烯有着良好的结构稳定性、强导电性和大比表面积，制备方法较为成熟，与导电聚合物复合形成新的电极材料，能够提高电容器的电容。石墨烯/导电聚合物复合物中二者往往存在协同效应，则可获得二者的优势，补足对方的劣势。同时导电聚合物作为超级电容器的理想电极材料，具有制备工艺简单、成本低廉、可逆性好、比容量高、能进行快速的掺杂与去掺杂过程等一系列优点。

目前石墨烯/导电聚合物复合材料制备的主要是使用没有超弹性能的石墨烯作为骨架负载导电聚合物。中华人民共和国国家知识产权局公布的专利申请CN101985517A、CN103172856A、CN105254877A、CN106449146A等公布了利用石墨烯为导电基质合成石墨烯/导电聚合物的方法。但在由于未使用具有压缩性能的材料为骨架，不具备很好的弹性，限制其在如今可穿戴设备等新设备中的应用，因此为了满足如今储能设备的新需求，开发一种具有超弹性能超级电容器显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有石墨烯/导电聚合物复合材料弹性差，容量小等缺陷，提供一种兼具超高弹性能和较大的比电容的石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法。本发明采用的具体技术方案如下所述。

本发明提供的具有超弹性能石墨烯/聚合物复合材料，是指一种可压缩的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其是选择特定形状的多孔网状气凝胶为骨架，通过电化学方法沉积特定导电聚合物获得的复合电极材料，其中所述可压缩的石墨烯是石墨烯为主体的多孔网状气凝胶。

所述可压缩的多孔网状气凝胶，采用具有高比表面积和高导电性的石墨烯为主体，其比表面积为600～2630m²/g，孔径大小约为0.2～0.8毫米，孔密度为2.5～8.3mg cm^-3，电导率为40～100S/m；在压缩80％～95％时仍能快速回复到原来的形状，在1000次压缩70％时仍能回复到原来形状的65～85％，能够承受的最大压强为50～70KPa。

所述导电聚合物一般为聚苯胺和聚吡咯等比电容较高的导电聚合物，其中聚合物占复合物的质量分数30％～50％较为合适，聚合物的厚度为20～50nm。