[发明专利]石墨烯电极及超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯电极的制备方法及超级电容器的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种二维单分子层材料，具有优异的物理性质，如高的理论比表面积、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，受到研究者的广泛关注。目前石墨烯用于超级电容器电极一般通过添加导电剂与粘结剂后涂敷在集流体表面形成，这会导致超级电容器比容量较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种可提高超级电容器比容量的石墨烯电极的制备方法以及超级电容器的制备方法。

一种石墨烯电极的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨置于模具内，在还原性气体氛围下，将所述氧化石墨的温度升高至550℃~700℃并对所述氧化石墨施加10MPa～30MPa的压力，直至所述氧化石墨体积不再发生变化，之后再保温保压20分钟~40分钟将所述氧化石墨压制成石墨烯块；

在保护性气体氛围下，将所述石墨烯块冷却至室温；及

在所述石墨烯块的其中一个表面形成金属膜，得到石墨烯电极。

在其中一个实施例中，所述还原性气体为体积比为1:1~1:5的氢气与保护性气体的混合气体，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述金属选自铜及铝中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述金属膜的厚度为2μm。

在其中一个实施例中，所述金属膜采用热喷涂的方法制备。

在其中一个实施例中，在将所述氧化石墨加入所述去离子水之前还包括：制备氧化石墨，制备氧化石墨包括以下步骤：

将石墨加入0℃的浓硫酸中，再加入高锰酸钾形成混合液，将所述混合液的温度保持在10℃以下搅拌2小时；

将所述混合液的温度保持为室温搅拌24小时；

将所述混合液置于冰水混合浴，向所述混合液加入去离子水，15分钟后向所述混合液加过氧化氢溶液除去过量的高锰酸钾，过滤后洗涤固体物并干燥得到氧化石墨。

在其中一个实施例中，所述石墨与所述浓硫酸的固液比为1g：23mL，所述石墨与所述高锰酸钾的质量比为1:3。

一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1-7任一项所述的石墨烯电极的制备方法制备石墨烯电极；及

将所述石墨烯电极与隔膜组装成电芯后浸泡于电解液中，得到超级电容器。

在其中一个实施例中，所述隔膜为聚丙烯多孔膜。

在其中一个实施例中，所述电解液中的电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及双（氟磺酰）亚胺锂中的至少一种，所述电解质中的溶质选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯及乙腈中的至少一种，所述电解液的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。

上述石墨烯电极的制备方法及超级电容器的制备方法，通过在高温下施压将石墨烯压制块状，之后在石墨烯块表面形成金属层制备，避免使用导电剂和粘结剂，从而能提高超级电容器的比容量。

附图说明

图1为一实施方式的石墨烯电极的制备方法的流程图；

图2为一实施方式的超级电容器的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，一实施方式的石墨烯电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤S110、制备氧化石墨。

制备氧化石墨包括以下步骤：

步骤一、将石墨加入0℃的浓硫酸中，再加入高锰酸钾形成混合液，将所述混合液的温度保持在10℃以下搅拌2小时。

优选的，石墨的纯度为99.5%。

优选的，石墨与浓硫酸的固液比为1g：23mL。浓硝酸的质量浓度为30%。

优选的，石墨与高锰酸钾的质量比为1:3。

步骤二、将混合液的温度保持为室温搅拌24小时。

步骤三、将混合液置于冰水混合浴，向混合液加入去离子水，15分钟后向混合液加入过氧化氢溶液除去过量的高锰酸钾，过滤后洗涤固体物并干燥得到氧化石墨。

优选的，石墨与去离子水的固液比为1g：92ml。

优选的，石墨与过氧化氢溶液中的过氧化氢的质量比为1:1.5～3，过氧化氢溶液的浓度为10%～30%。