[发明专利]一种石墨烯电极片的制备方法

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的制备方法。

背景技术

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。石墨烯被喻为材料科学与凝聚态物理领域正在升起的“新星”，它所具有的许多新颖而独特的性质与潜在的应用正吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数。如：1.高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2.高热导率，(5,000W/mK)；3.高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V×s)；4.高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

由于石墨烯内碳原子层之间存在着很强的π-π堆积和范德华力，因此，在制备电极材料的过程中，很容易发生团聚。传统制备电极片的工艺较为复杂，而且加入一定的粘结剂，绝缘的粘结剂的加入不仅降低了材料的导电性，还极大的降低了材料的比表面积，因而影响了石墨烯自身的电容特性。

石墨烯可通过一定的方法制备成石墨烯电极片，同时其高的机械性能和高电导率，因此可以在不加入任何粘结剂和金属集流体的情况下，被直接应用于超级电容器电极中。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种石墨烯电极片的制备方法。

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：

将导电基底片依次置于丙酮、乙醇、二次水中超声处理20-30min，随后吹干，再将导电基底片浸入到1-5g/l的聚乙烯亚胺水溶液中，进行表面电荷化处理10-30min，取出后用二次水冲洗并吹干，备用；

将石墨烯放入装有浓酸的烧瓶中，在60-80℃中加热回流10-24h，随后在50-80℃真空干燥箱干燥24h，得到表面带负电荷的石墨烯，然后将表面带负电荷的石墨烯加入到第一溶剂中进行超声分散1-5h，形成浓度为0.1～5mg/ml的表面带负电荷的石墨烯悬浮液；

将石墨烯与离子液体混合后研磨均匀，得到混合物，然后将混合物加入第二溶剂中进行超声分散1-5h，形成浓度为0.1～5mg/ml的表面带离子液体正电荷的石墨烯悬浮液；

将经过表面电荷处理后的导电基底片首先浸入到上述制得的表面带负电荷的石墨烯悬浮液中5-20min后取出，用大量二次水冲洗干净、吹干；接着再将导电基底片浸入到上述制得的表面带正电荷的石墨烯溶液中5-20min，用大量二次水冲洗干净、吹干，制得一层石墨烯薄膜，多次重复该步骤，制得多层结构石墨烯薄膜；

将所述多层结构石墨烯薄膜置于保护性气体环境中，并以5-10℃/min的升温速率，缓慢升温至200-800℃对所述多层结构石墨烯薄膜进行加热处理0.5-2h后，得到石墨烯电极片。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述导电基底片为铟锡氧化物玻璃、铝锌氧化物玻璃或铟锌氧化物玻璃。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述吹干是采用氮气进行吹干。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述浓酸为体积比为1:1-3:1的浓硫酸与浓硝酸组成的混合酸。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述第一溶剂和第二溶剂为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。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述离子液体为咪唑类离子液体或吡咯烷类离子液体。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述咪唑类离子液体为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或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述吡咯烷类离子液体为1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸盐。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述保护性气体为体积比为95:5～90:10的氮气与氢气的混合气体。