[发明专利]石墨烯复合集流体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合集流体的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度（为普通电池的10倍以上）、高循环寿命（循环次数可达10万次以上）、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔膜、集流体、外壳等组装而成。现有的超级电容器的能量密度一般比较低，超级电容器的能量密度的影响因素主要有电极材料的电容，体系的电压，电极材料占电极活性物质层、集流体、外壳材料组成的总重量的比重，因此，增加电极材料的储能性能和降低器件各个组成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流体的质量是一个有效的提高能量密度的方法。

集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。

传统的集流体正极采用铝箔、负极采用铜箔。由于金属集流体的密度较大，质量较重，一般集流体的重量占整个电池的20%~25%，则电极材料占整个电池的比重大大减少，最终导致超级电容器的能量密度较低。且金属类集流体较容易被电解液所腐蚀。

石墨烯具有较大的比表面积，较高的导电率、高强度、较好的导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。石墨烯可通过一定的方法制备成石墨烯薄膜或石墨烯纸，从而可用作集流体使用，而且可大大降低集流体的质量。因为它的较轻，理论密度为2.26g/cm³，仅为仅为Cu密度(8.5g/cm³)的26%。

一般可通过将石墨烯悬浮液真空减压过滤制备石墨烯集流体。但是由于石墨烯的比表面积较大，较易团聚，影响所制备出的石墨烯集流体的性质，制备得到的石墨烯集流体的完整性、成膜性均受到影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种可以制备完整性、成膜性较好的石墨烯复合集流体的石墨烯复合集流体的制备方法。

一种石墨烯复合集流体的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入溶剂中，超声分散得到氧化石墨烯悬浮液；

向所述氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体，原位聚合后得到氧化石墨烯/导电高分子复合悬浮液；

向所述氧化石墨烯/导电高分子复合悬浮液中加入水合肼溶液，混合后反应得到石墨烯/导电高分子复合悬浮液；

采用微孔滤膜真空过滤所述石墨烯/导电高分子复合悬浮液，烘干滤饼，将所述滤饼从滤膜上剥离后在100℃~200℃下真空热处理，得到所述石墨烯复合集流体。

在一个实施例中，所述将氧化石墨加入溶剂中，超声分散得到氧化石墨烯悬浮液的步骤中，所述溶剂为乙醇、异丙醇、丙醇或四氯化碳。

在一个实施例中，所述将氧化石墨加入溶剂中，超声分散得到氧化石墨烯悬浮液的步骤中，所述氧化石墨的浓度为0.1mg/ml~5mg/ml。

在一个实施例中，所述向所述氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体的步骤中，氧化石墨烯和导电高分子单体的质量比为1：1~5：1。

在一个实施例中，所述向所述氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体的步骤中，所述导电高分子单体为吡咯单体、苯胺单体或噻吩单体。

在一个实施例中，在向所述氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体后，还包括继续超声混合以形成稳定的悬浮液的步骤。

在一个实施例中，所述原位聚合的操作为：

向所述氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体后，接着加入氧化剂，反应后得到氧化石墨烯/导电高分子复合悬浮液。

在一个实施例中，所述氧化剂为氯化铁，所述氯化铁与所述导电高分子单体的摩尔比为1：1~1：3；

或者，所述氧化剂为过硫酸铵，所述过硫酸铵与所述导电高分子单体的摩尔比为1：1~3：1。

在一个实施例中，所述向所述氧化石墨烯/导电高分子复合悬浮液中加入水合肼溶液的步骤中，所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为1：10~7：10。

在一个实施例中，所述混合后反应得到石墨烯/导电高分子复合悬浮液的步骤中，反应温度为80℃~100℃，反应时间为12h~24h。

这种石墨烯复合集流体的制备方法通过向氧化石墨烯悬浮液中加入导电高分子单体后聚合形成导电高分子，导电高分子能够很好的分散在石墨烯的片层之间，防止石墨烯团聚，得到分散性良好的石墨烯混合悬浮液，与传统的石墨烯集流体的制备方法相比，可以制备出完整性、成膜性较好的石墨烯复合集流体。