[发明专利]金属/石墨烯复合集流体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种金属/石墨烯复合集流体。本发明还涉及金属/石墨烯复合集流体的制备方法。本发明还涉及金属/石墨烯复合集流体在超级电容器中的应用。

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、隔薄膜、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。

目前，大多数的文献中或行业中，一般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。

石墨烯具有优良的性质，通过石墨烯制备的石墨烯薄膜的质量较轻，同时其高的机械性能和高电导率也能满足集流体应用的基本性能指标，因此基于石墨烯所制备的石墨烯薄膜可充当集流体使用，并可降低集流体的质量。

通过石墨烯悬浮液直接过滤的方法制备石墨烯纸时，由于其较难得到稳定的石墨烯悬浮液，导致其制备的石墨烯纸不够均匀，排列不规整，最终导致机械强度、电导率较低。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种机械强度和电导率较高的金属/石墨烯复合集流体。

本发明还提供金属/石墨烯复合集流体的制备方法。

本发明进一步提供金属/石墨烯复合集流体在超级电容器中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种金属/石墨烯复合集流体的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入到离子液体溶液中，配置成浓度为0.5~3mg/ml的氧化石墨离子液体溶液，随后超声搅拌0.5~3小时；接着往溶液中加入金属前躯体，再次超声搅拌0.5~3小时，得到金属前躯体氧化石墨烯悬浮液；其中，氧化石墨与金属前驱体的质量比为1:1-5:1；

将所述金属前躯体氧化石墨烯悬浮液置于180~200℃温度下加热处理5~15分钟，得到金属石墨烯悬浮液；

将所述金属石墨烯悬浮液真空条件下过滤，过滤完后，将滤物在体积比为9:1~5:5的水与乙醇的混合溶剂中浸泡2~5小时，随后继续真空条件下过滤，完后将滤物干燥处理，得到所述金属/石墨烯复合集流体。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，所述离子液体溶液中，离子液体的浓度为0.5-30mg/ml。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，所述离子液体溶液中，溶质为咪唑类离子液体，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜）、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

所述咪唑类离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十六烷基-3-乙基咪唑溴盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐或1-癸基-3-甲基咪唑溴盐。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，所述金属为金或铂；所述金属前躯体包括硝酸铂、氯铂酸或氯金酸。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，对所述金属前躯体氧化石墨烯悬浮液的加入处理是在微波反应器中进行的。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，所述真空条件下过滤中所采用的滤纸为微孔滤膜。

所述金属/石墨烯复合集流体的制备方法，其中，所述滤物的干燥处理是在40℃的烘箱中进行的。

本发明还提供一种采用上述制备方法制得的金属/石墨烯复合集流体。

本发明进一步提供上述金属/石墨烯复合集流体在超级电容器中的应用。