[发明专利]一种石墨烯/氧化石墨烯薄膜及其制备方法和一种超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯/氧化石墨烯薄膜及其制备方法和一种超级电容器。

背景技术

集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将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。

通常，集流体正极采用铝箔、负极采用铜/镍箔，优点是导电性好，质地软，比较常见也相对廉价，但是金属集流体的密度较大、质量重，使电池或超级电容器能量密度较低；并且，在多次充放电循环及过充电等情况下，电解液在金属集流体表面发生还原反应，使其腐蚀，电极反应阻力增大，导致容量衰减明显加快，降低电池或超级电容器的使用安全性。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种石墨烯/氧化石墨烯薄膜及其制备方法和一种超级电容器，该石墨烯/氧化石墨烯薄膜具有优异的机械性能，并且导电性强，质量轻，其制备方法工艺简单，使用所述石墨烯/氧化石墨烯薄膜作为集流体制得的超级电容器具有良好的储能容量和使用寿命。

第一方面，本发明提供了一种石墨烯/氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）氧化石墨烯薄膜的制备：将氧化石墨烯悬浮液通过微孔滤膜真空过滤过滤完毕，得到滤饼，将附着有滤饼的微孔滤膜置于金属前驱体溶液中进行浸泡，将微孔滤膜揭下，用乙醇冲洗滤饼2-5次，然后放入真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨烯薄膜；

（2）石墨烯悬浮液的制备：将石墨烯加入到咪唑类离子液体溶液中，配成石墨烯悬浮液，超声；

（3）石墨烯/氧化石墨烯薄膜的制备：将（1）中的氧化石墨烯薄膜放在烧杯底部，按氧化石墨烯与石墨烯的质量比1-20:1缓慢滴涂（2）中石墨烯悬浮液，得到石墨烯薄膜，待液滴完全摊开后，放入真空干燥箱中干燥，得到石墨烯/氧化石墨烯薄膜。

步骤（1）中，用乙醇冲洗滤饼的目的在于清洗残留在氧化石墨烯薄膜表面的杂质。

优选地，氧化石墨烯悬浮液通过以下方法制得：取氧化石墨分散于去离子水、乙醇、甲醇或异丙醇中，超声，制得氧化石墨烯悬浮液。

优选地，氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.25-1g/L。

优选地，金属前驱体中的金属元素与氧化石墨烯的质量比为0.01-0.1:1。

优选地，金属前驱体为硝酸铜、硝酸钴、硝酸镍、硫酸铜或氯化钴。

优选地，金属前驱体溶液的质量分数为10-50%。

优选地，滤饼在金属前驱体的溶液中浸泡10-60min。

优选地，步骤（1）干燥条件为40-60°C。

优选地，氧化石墨烯薄膜的厚度为3-10μm。

通过氧化石墨烯悬浮液较容易制备出完整、均匀的氧化石墨烯薄膜，将氧化石墨烯浸泡到金属前驱体的溶液中，使金属离子插入氧化石墨烯层间，增强氧化石墨烯纸的机械强度。

步骤（2）中，优选地，石墨烯的纯度为99.5%。

优选地，咪唑类离子液体溶液通过以下方法制得：将咪唑类离子液体加入至水、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMAc）或N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中。

优选地，咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐或1-十六烷基-3-乙基咪唑溴盐。

优选地，石墨烯与咪唑类离子液体的质量比为1-3:1。

优选地，石墨烯悬浮液的浓度为0.5-3g/L。

优选地，超声0.5-3h。

步骤（3）中，优选地，石墨烯薄膜的厚度为0.5-3μm。

优选地，步骤（3）干燥条件为40-80°C。

由于咪唑类离子液体导电性好、电化学稳定电位窗口大，是一种很好的溶剂，将石墨烯加入到咪唑类离子液体溶液中配成的石墨烯悬浮液具有更优异的导电性能，以完整、均匀且具有较强机械性能的氧化石墨烯薄膜作为基底物质，然后在其表面旋涂石墨烯薄膜可得到质量轻、电导率高、机械性能强、稳定性好的石墨烯/氧化石墨烯薄膜。

第二方面，本发明提供了一种石墨烯/氧化石墨烯薄膜，所述石墨烯/氧化石墨烯薄膜由氧化石墨烯层和石墨烯层组成，所述氧化石墨烯层中插入了金属离子。

优选地，石墨烯层经过咪唑类离子液体处理得到。