[发明专利]聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料、其制备方法、电极片及电容器

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法、聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料、电极片及电容器。

背景技术

电化学电容器是一种新型储能器件，具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点，是继锂离子电池后又一极具应用潜力和开发价值的储能器件。然而能量密度较低是制约电容器发展和应用的一个关键因素。根据能量密度的计算公式提高能量密度主要从两方面入手，一方面提高电容器的电压窗口；另外一方面是提高电极材料的比容量，这两方面的提高都会带来能量密度的提高。石墨烯具有优异的物理性质，如高的理论比表面积（2600m²/g）、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，是一种潜在的理想电极材料。然而实际所制备的石墨烯比表面积一般都在600m²/g左右，主要原因是石墨烯片层与片层之间容易相互团聚，导致石墨烯的比表面积大幅下降。聚苯胺具有一定的导电性，但是未经过改性的聚苯胺用于电容器中存在导电率不高，所得到的电容器储能性能不强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法，解决现有技术所制备的聚苯胺储能性能不高的技术问题；以及该聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料、电极片及电容器。

本发明是这样实现的，

一种聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法，包括如下步骤：

制备氧化石墨；

将该氧化石墨加入至pH为9~12的水溶液中，超声处理后加入苯胺和碳纳米管，再次超声处理1~3小时，得到混合溶液；

将工作电极、对电极及参比电极插入至该混合溶液中，以10~50mv/s的速率在0-2.5V之间扫描20~50圈，收集反应后产物，洗涤得到聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料。

以及，

一种聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料，该聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料通过上述聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法制备得到。

一种电极片，该电极片包括上述聚苯胺/墨烯/纳米碳管复合材料。

本发明进一步提供一种电化学电容器，该电化学电容器包括上述电极片。

本发明聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法，通过改进的hummers法制备氧化石墨烯，再利用电化学方法将氧化石墨烯、碳纳米管与聚苯胺组合，得到由石墨烯、碳纳米管和聚苯胺组成的聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料，使苯胺在石墨烯和碳纳米管间均匀聚合，同时，碳纳米管分布于石墨烯片层之间，有效防止了石墨烯的团聚，层叠，大大提高了聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料的储能性能，实现了其储能性能的大大提高。本发明电极片，通过使用上述聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料，实现了其储能性能的显著提高；本发明电容器，通过使用上述电极片，使得其储能性能大大增加。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

本发明实施例提供一种聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料制备方法，包括如下步骤：

步骤S01，制备氧化石墨；

步骤S02，制备聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料前体：

将该氧化石墨加入至pH为9~12的水溶液中，超声处理后加入苯胺，超声处理1~3小时，得到混合溶液；

步骤S03，制备聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料：

将工作电极、对电极及参比电极插入至该混合溶液中，以10~50mv/s的速率在0-2.5V之间扫描20~50圈，收集反应后产物，洗涤得到聚苯胺/石墨烯/纳米碳管复合材料。

步骤S01中，该氧化石墨制备方法如下：

将石墨加入由浓硫酸和浓硝酸组成的混合溶液中，在冰浴条件下搅拌，加入高锰酸钾反应1~2小时，将温度调整至85~90℃反应0.5~1小时，得到氧化石墨；

该石墨优选为鳞片石墨，也可以选用本领域中常用的其他石墨材料。该石墨呈粉状，粒径为25微米，该石墨的纯度大于99.5%。该浓硫酸为质量浓度大于95%的硫酸，例如，质量浓度为98%的浓硫酸；该硝酸为质量浓度大于60%的硝酸，例如，质量浓度为为68%的浓硝酸。