[发明专利]石墨烯电极片及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种石墨烯电极片及其制备方法和应用。

背景技术

20世纪90年代，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，刺激了人们对电化学电容器的研究。目前电化学电容器的比能量仍旧比较低，而电池的比功率较低，人们正试图从两个方面解决这个问题：（1）将电池和超级电容器联合使用，正常工作时，由电池提供所需的动力；启动或者需要大电流放电时，则由电容器来提供，一方面可以改善电池的低温性能不好的缺点；可以解决用于功率要求较高的脉冲电流的应用场合，如GSM、GPRS等。电容器和电池联合使用可以延长电池的寿命，但这将增加电池的附件，与目前能源设备的短小轻薄等发展方向相违背。（2）利用电化学电容器和电池的原理，开发混合电容器作为新的贮能元件。

1990年Giner公司推出了贵金属氧化物为电极材料的所谓赝电容器或称准电容器（Pseudo-capacitor）。为进一步提高电化学电容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想极化电极和法拉第反应电极结合起来构成混合电容器的概念（Electrochemical Hybrid Capacitor，EHC或称为Hybrid capacitor）。1997年，ESMA公司公开了NiOOH/AC混合电容器的概念，揭示了蓄电池材料和电化学电容器材料组合的新技术。2001年，G.G.Amatucci报告了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li₄Ti₅O₁₂/AC电化学混合电容器，是电化学混合电容器发展的又一个里程碑。

目前研究的混合型超级电容器主要采用高比表面积的活性碳作为正极材料，石墨或者Li₄Ti₅O₁₂作为负极，在正极与电解液的表面形成双电层，正极材料的容量决定了整个体系的容量，由于正极双电层的容量较小，限制了超级电容器整个体系的容量提高，因此制备高容量的正极是锂离子电容器的能量密度提高的关键。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种能量密度高的石墨烯电极片。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯电极片的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入到水中，超声1~5h，形成浓度为0.1~10mg/ml的悬浮液；

将悬浮液旋涂在集流体上，干燥，得到前驱体电极片；

将前驱体电极片置于激光发射器下，采用波长为760~1200nm下的红外光反复照射前驱体电极片，得到石墨烯电极片。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述集流体为铝箔、镍网、不锈钢片、钛箔或金箔。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，在将悬浮液旋涂在集流体上时，需要在干燥挥发溶剂后反复旋涂、干燥，并控制前驱体电极片的厚度为20~200um。

本发明还提供一种上述方法制得的石墨烯电极片。

本发明还提供上述石墨烯电极片用于锂离子电容器的正极。

本发明制备的石墨烯电极片，在被用作锂离子电容器的正极后，其能量密度能达到113~136wh/kg，较文献（Journal of Power Sources 177(2008)643-651）报道的103.8wh/kg有了提高，超过了镍氢电池的能量密度60~80wh/kg，达到了锂离子电池的能量密度113~136wh/kg。

附图说明

图1为本发明石墨烯电极片的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的石墨烯电极片的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

（1）将氧化石墨加入到水中，超声1~5h形成浓度为0.1~10mg/ml的悬浮液；

（2）将悬浮液旋涂在集流体上，干燥挥发溶剂，反复重复旋涂、干燥步骤，得到前驱体电极片的厚度20~200um；

（3）将得到的前驱体电极片置于激光发射器下，采用波长为760~1200nm下的红外光反复照射前驱体电极片表面，直到前驱体电极片表面颜色由金黄色完全变为黑色，此时，停止照射，得到石墨烯电极片。

上述步骤（2）中，集流体可以选用铝箔、镍网、不锈钢片、钛箔、金箔等。

本发明是基于激光产生的瞬间高能量，将红外光照射在前驱体电极片表面的氧化石墨烯上，使含氧官能团被还原，能将石墨烯很好的进行剥离，一步实现了将石墨烯的制备和电极片的制备，简化了生产工艺，同时制备成电极片不需要加入导电剂和粘结剂电导率也能达到15S/cm左右，完全可以用作电极片使用。