[发明专利]石墨烯、其制备方法、电极片以及超级电容器

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及其制备方法。本发明还涉及使用石墨烯为活性材料的电极片，以及使用该电极片的超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)又称电化学电容器(Electrochemical Capacitors)或者双电层电容器(Electric Double Layer Capacitors)，它是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，与传统电容器相比具有更高比电容量和能量密度，与电池相比则具有更高的功率密度；由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染和循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容器电容性能和生产成本的关键因素，因此研究开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。目前研究的超级电容器的电极材料主要有炭材料、金属氧化物及其水合物电极材料和导电聚合物电极材料。

目前双电层超级电容器的电极材料主要为碳材料，具有优良的导热和导电性能、较高的比表面积，被广泛用于电化学领域作电极材料，碳材料是目前工业化最为成功的电极材料之一。目前，碳基电极材料的研究主要集中在研发具有高比表面积、内阻较小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面积、极好的导电性、优良的导热性，通过氧化石墨还原法获得的石墨烯的性价比较高，且稳定性好，是超级电容器的理想电极材料。使用石墨烯制造出的超级电容器将会比目前所有的超级电容器的能量存储密度都高。但是实际制备出来的石墨烯电极材料由于团聚等原因，容量偏低，水系中容量为135F/g，有机系容量99F/g，距离理论容量(550F/g)相差较远。

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电导率、电容量高以及能量存储密度较高的石墨烯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1～20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

将浓度为1～500g/L的KOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到凝聚状溶液；

将浓度为1～500g/L的NaOH溶液加入到所述凝聚状溶液中，充分搅拌1～5h，得到混合溶液；

将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述超声分散处理时间为1～5h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述凝聚状溶液中，KOH与氧化石墨烯的质量比为1～30∶1。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述混合溶液中，NaOH与氧化石墨烯的质量比为1～10∶1。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60～80℃，干燥处理时间为24～48h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述高温煅烧时，温度为800～1200℃，煅烧时间为1～5h。

本发明还提供一种石墨烯，该石墨烯采用上述制备方法制得。

本发明还提供一种电极片，包括集流体，以及涂覆在所述集流体表面的活性材料；该活性材料包括上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂；所述石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂的质量比为88∶10∶2。

本发明还提供一种超级电容器，其电极采用上述电极片。

本发明提供的石墨烯的制备方法，KOH能够很好的活化石墨烯，得到高比表面积的石墨烯材料1500～3000m²/g，高比表面积的石墨烯能够发挥出更高的容量；在KOH中加入NaOH进行共同的活化能够增加活化后石墨烯的密度，从而增加石墨烯的体积比电容。这是由于K的活性强于Na，KOH能更多地渗透进石墨烯片层结构中进行活化。在反应温度达到750℃左右，K(沸点762℃)析出，K的蒸气不断挤入到石墨烯的结构中使碳原子层得到扩张，形成较多细小的孔隙，迅速地增大多孔炭的比表面积。而Na的沸点较高(883℃)，较难形成蒸气，为熔融状态，流动性差，渗透速度较慢。NaOH活化主要以NaOH的刻蚀作用为主，其活化形成更多中孔，孔容不如KOH活化多孔炭，使得振实密度较以微孔为主的KOH高。

附图说明

图1为本发明石墨烯的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的石墨烯的制备方法，如图1所示，其工艺流程步骤如下：