[发明专利]石墨烯/离子液体复合材料及其制备方法与电化学电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种石墨烯/离子液体复合电极材料及其制备方法。本发明还涉及采用该石墨烯/离子液体复合电极材料所制备的电化学电容器。 

背景技术

电化学电容器作为一种新型储能器件，由于其充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点，是继锂离子电池后又一极具应用潜力和开发价值的储能器件。然而能量密度较低是制约电化学电容器发展和应用的一个关键因素，探索如何提高电化学电容器的能量密度是目前该领域研究的重点。根据能量密度的计算公式E= 1/2 CV²，提高能量密度主要从两方面入手，一方面提高电化学电容器的电压窗口，另外一方面是提高电极材料的比容量，这两方面的提高都会带来能量密度的提高。电化学电容器的电压窗口主要与电解液的耐压范围有关，为了提高电化学电容器的电压窗口，目前开始采用离子液体作为电解液，它的化学窗口可达到4-6V，能显著增加电化学电容器的能量密度，但离子液体由于粘度大，对电极材料的浸润性较差，这使得电极材料的比容量较难提高。 

石墨烯作为一种二维单分子层材料，具有较高的比表面积和较高的电导率，是一种理想的电化学电容器电极材料，但该材料容易团聚，导致其实际比表面积并不大，而且与离子液体的浸润性较差，所获得的储能比容量并不高。 

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种石墨烯/离子液体复合材料及其制备方法与采用该复合材料所制备的电化学电容器。 

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种石墨烯/离子液体复合材料的制备方法，包括如下步骤：(a) 制备石墨烯：将氧化石墨分散于去离子水中，超声后加入还原试剂搅拌加热还原并过滤得石墨烯，将所得石墨烯放置于无水乙醇中保存。 

(b) 制备石墨烯/离子液体复合材料：将所述石墨烯从无水乙醇中取出并吸干表面的无水乙醇，然后将所述石墨烯置于离子液体中得石墨烯与离子液体混合物，将该混合物于100°C的真空环境下放置20～30小时，最后将多余的离子液体抽滤除去，即得到所述石墨烯/离子液体复合材料。 

在所述步骤(a)中，所述氧化石墨分散在去离子水中得到的溶度为0.5～1mg/ml；所述超声的时间为1～2小时；所述还原试剂与所述氧化石墨的质量比为1-5mg：1-3mg，所述加热的还原温度：80～120°C，还原时间：2～3小时，所述还原试剂为水合肼或硼氢化钠。 

在所述步骤(b)中，所述离子液体为：1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、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中的至少一种。 

在所述步骤(a)中，所述氧化石墨采用如下方法制得：将纯度99.5%的石墨加入到质量分数为98%的浓硫酸和质量分数为65%的浓硝酸组成的混合溶液中，搅拌后向所述混合溶液中加入高锰酸钾并加热氧化，再加入质量分数30%的过氧化氢溶液搅拌以除去高锰酸钾，然后对所述混合溶液进行抽滤得抽滤物，再依次用稀盐酸和去离子水对所述抽滤物洗涤干燥后即得到所述氧化石墨。所述石墨、所述浓硫酸、所述浓硝酸、所述高锰酸钾及所述过氧化氢的质量体积比为1-5g：90-475ml：25-120ml：4-20g：10-30ml。所述干燥在60°C下的真空烘箱中进行，所述干燥的时间为12小时。 

本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯/离子液体复合材料。 

本发明还进一步涉及采用该石墨烯/离子液体复合材料制备的电化学电容器。所述电化学电容器包括由电容器电极片、隔膜、电容器电极片按顺序层叠组成的电芯、用于纳置所述电芯的密闭壳体，以及加注在所述密闭壳体内的电解液，所述电容器电极片包括集流体以及涂覆在该集流体上的浆料，所述浆料包括按质量比85:5:10混合的电极材料、粘结剂聚偏氟乙烯、以及导电剂乙炔黑，所述电极材料为上述制备方法所制备的石墨烯/离子液体复合材料。其中，所述电解液与所述步骤(b)中选用的离子液体相同。 

与现有技术相比，利用本发明的制备方法所制备的石墨烯/离子液体复合材料，石墨烯片层之间的团聚较少，且与离子液体电解液具有较高的浸润性，使得该复合材料用作电化学电容器电极材料时具有较高的储能容量。此外，制备该复合材料的设备、工艺简单，便于操作，易于实现大规模工业化生产。 

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。