[发明专利]一种高密度石墨烯材料、制备方法及其储能应用

说明书

一种高密度石墨烯材料、制备方法及其储能应用，涉及超级电容器和锂离子电池电极材料领域。以物理法或化学法制备的石墨烯为原料，通过粉碎或球磨等机械处理过程，得到高密度的石墨烯材料，这种高密度石墨烯材料作为锂离子电池和超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能。经测试发现，作为锂离子电池电极材料使用时，质量比容量可达800‑1100mAh g^‑1，体积比容量可达1000‑1500mAh cm^‑3；作为超级电容器电极材料使用时，质量比容量可达130‑180F g^‑1，体积比容量可达220‑320F cm^‑3；同时具有优异的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及超级电容器和锂离子电池电极材料领域，特别涉及一种高密度石墨烯材料、制备方法及其储能应用。

背景技术

超级电容器和锂离子电池是目前广泛应用的电化学储能装置，具有使用寿命长、能量或功率密度高等优势，因而在电力系统、通讯、新能源、电动汽车等领域都有广泛的应用前景。电极材料是超级电容器和锂离子电池的核心部件，因此开发高性能的电极材料成为当务之急。

石墨烯理论比表面积大，理论容量高，导电性能优良，化学性能稳定性，因此成为超级电容器和锂离子电池的电极材料的研究热点之一[Wang Qian，Yan Jun,FanZhuangjun.Carbon materials for high volumetric performance supercapacitors:design,progress,challenges and opportunities[J].Energy Environment Science，2016，9：729—762]。但是石墨烯的堆积密度低，导致其作为电极材料时，器件的体积比容量很低，不利于实现器件的小型化和便携化。

近年来，提高电极材料密度，进而提高器件体积容量的研究成为热点。杨全红、范壮军、Ruoff等通过真空烘干、模板法、真空抽滤等方法制备出了高密度石墨烯组装体，所制备的石墨烯材料密度为1-1.5g cm^-3，体积比容量为170-400F cm^-3。但是目前报道的高密度石墨烯材料的制备方法普遍存在工艺流程复杂，后处理工艺耗时等问题，不利于工业化的实现。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明解决了现有的高密度石墨烯材料的制备过程过于复杂耗时的问题，按下列方法制得：

步骤一：以厚度在0.4-5nm，长度尺寸在5-20μm的石墨烯为起始原料；

步骤二：将步骤一所得的石墨烯放入粉碎机或球磨罐中，在一定气氛下，进行切割粉碎或球磨一段时间，得到高密度石墨烯材料。

本发明进一步的优选方案是：所述的气氛选自空气、氮气、氩气或真空中的一种。

本发明进一步的优选方案是：所述球磨时间为0.5-40小时，磨球为玛瑙。

本发明的所得高密度石墨烯材料是由相对于原材料厚度更厚、长度尺寸更短的颗粒结块形成不同粒径的块体；多个块体组成花状结构。

另外本发明还提供的方法制备的高密度石墨烯作为超级电容器和锂离子电池电极材料的应用。