[发明专利]一种超级电容用石墨烯基电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新一代能源存储领域，特别涉及一种超电容用石墨烯基电极材料的制备方法。 

背景技术

由于常规燃料电池、化学电池产品具有使用寿命短、温度特性差、污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，研究人员一直在寻找替代的储能手段。而超级电容器具有可以大电流充放电，循环寿命长，造价低，结构简单等优点，可以部分或全部替代传统的化学电池，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途(Huang, Y., et al., Small,2012.8:1805)。 

纳米级的粒子具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，展现出许多特有的性质，在超级电容器领域有广阔的应用。纳米粒子由于存在较大的比表面积，容易发生局部团聚，严重制约了其性能。石墨烯由于具有超高的导电率和比表面积及良好的化学稳定性，自其于2004年被发现一来，便引起了全球的研究热潮。石墨烯制备的常用方法为氧化还原法。氧化后的石墨烯，其表面存在大量的含氧基团，为其他粒子的结合提供了有效位点，这种结合可以有阻止纳米粒子的团聚。但是，常规制备石墨烯复合材料的方法过程复杂，制备周期长，而且通过直接在溶液中通过加还原剂的方法还原氧化石墨烯往往会发生不可逆的团聚，这种团聚严重影响了石墨烯及其复合材料的性能 (Huang, Y., et al., Small, 2012.8:1805)。 

现有的制备石墨烯复合材料的技术中，专利CN 102176382 A公布了一种石墨烯-量子点复合薄膜的制备方法，该方法包括制备氧化石墨烯、氧化石墨烯-量子点混合、还原、抽滤、固定、烘干、融掉滤膜等步骤，这种方法步骤繁琐，周期长。专利CN 102175729 A 公布了一种功能化石墨烯与纳米粒子层层组装的方法制备石墨烯复合材料，其步骤包括制备小分子的复合物、小分子与石墨烯复合、固定在电极上、重复上述步骤制备多层复合材料，这种方法石墨烯需要进行功能化，这个过程比较复杂，不具有普适性；在制备多层复合材料的时候需要重复进行复合和固定，操作复杂，周期长。专利 102214816 A提供了一种制备硫化钨-石墨烯复合材料电极的制备方法，这种方法采用250~290℃水热反应，耗能高。而且制备好活性材料后要加入导电剂、粘结剂制成浆料。这种方法不仅复杂，而且粘结剂的使用会增加材料的电阻、使活性物质的有效表面积减小，从而导致容量降低。 因此，研究人员都在寻在一种简单有效的方法制备无团聚的的石墨烯及其复合材料。本文中通过一步法，采用静电喷雾沉积技术将石墨烯与活性材料直接喷在集流体上。该方法简单、有效、节能、环保、普适， 具有很高的实用价值。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种超电容用石墨烯基电极材料的制备方法。本发明采用静电喷雾沉积技术制备出直接负载在集流体上的石墨烯/活性材料复合薄膜，这种方法能有效解决常规石墨烯制备过程中的团聚、复合材料与基底结合不牢固、常规复合材料导电性差、易粉化的问题。 

本发明提供了一种超电容用石墨烯基电极材料的制备方法，包括以下步骤; 

1.清洗集流体，放在加热板上。 

2.将20~50mg氧化石墨烯的水溶液、40~500mg活性材料分散于2~5ml水、5~20ml乙醇、10~40ml乙二醇、10~40ml丙二醇的混合溶液，搅拌超声、均匀后转移至注射器中。 

3.注射器与基板间加10~20kV的高压静电场，以3~15ml/h的推进速度进液，加热板加热温度在200~300℃。 

本发明有以下增益效果: 

1.针对常规制备石墨烯基复合材料过程中，石墨烯容易团聚的缺点。本发明采用静电喷雾沉积技术制备石墨烯基复合材料薄膜。加热板温度为200~300℃，氧化石墨烯在此温度下被还原成石墨烯。氧化石墨烯在干燥、还原的过程中，在电极上自组装成多孔结构，防止了石墨烯的团聚。这种简单、高效的制备方法具有很高的应用价值。 

2.针对常规电极制备过程所使用的粘结剂会降低活性材料电导率，减少活性材料与电解液的浸润性的问题。本发明采用静电喷雾沉积技术直接将氧化石墨烯基活性材料薄膜沉积在集流体表面，这改善了活性材料与复合表面的接触，增强电子传输，有利于电解质离子在活性材料中的嵌入/脱出。此外，该材料一次性合成，方法简单，反应原料成本低廉，高效快速，易于推广。 

附图说明

图1 放大25000倍的泡沫镍负载石墨烯/氧化镍复合材料的扫描电子显微镜图。 

具体实施方式