[发明专利]石墨烯/炭黑复合材料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种石墨烯/炭黑复合材料及制备方法和应用。 

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超级电容器发展和应用的一个关键因素，探索如何提高超级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，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。 

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，但石墨烯片层容易团聚，致使石墨烯片层很多表面不能用于储能，从而使石墨烯的储能容量并不高。 

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储能容量较高的石墨烯/炭黑复合材料的制备方法。 

本发明的技术方案如下： 

本发明提供一种石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，包括如下步骤： 

将氧化石墨置于0.5~10L去离子水中配置成浓度为0.5~2mg/ml的氧化石墨溶液，随后超声处理氧化石墨溶液，接着再往氧化石墨溶液中加入0.05~1g炭黑； 继续超声处理，随后过滤，干燥，得到氧化石墨烯/炭黑复合材料； 

将所述氧化石墨烯/炭黑复合材料置于二氧化碳和惰性气体构成的氛围中，于800~1000℃下烧结处理2~3h，冷却至室温，得到所述石墨烯/炭黑复合材料。 

所述石墨烯/炭黑复合电极材料的制备方法，其中，所述氧化石墨采用如下方法制得： 

将石墨加入浓硫酸和浓硝酸的混合酸溶液中，在冰水混合浴中搅拌，之后再慢慢地往混合酸溶液中加入高锰酸钾，接着将混合酸溶液加热至85°C进行氧化处理，随后除去高锰酸钾，抽滤，反复洗涤滤物、干燥，得到氧化石墨；其中，石墨与混合酸溶液的质量与体积比为1~5g:115~595ml；石墨与高锰酸钾的质量比为1:4~6。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，所述混合酸溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为90:25~475:120。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，所述混合酸溶液加热至85°C进行氧化处理的时间为30min~1h。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，所述双氧水溶液的质量分数为30%,该双氧水溶液的加入量为9~30ml。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，在氧化石墨制备时，对滤物的洗涤是采用稀盐酸和去离子水反复洗涤。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，在所述氧化石墨/炭黑复合材料制备过程中，两次所述超声处理的时间为2~4h。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，所述二氧化碳和惰性气体构成的氛围中，控制二氧化碳的气流量为100~200ml/分钟，控制惰性气体的气流量为200~400ml/分钟。 

所述石墨烯/炭黑复合材料的制备方法，其中，所述烧结处理时，是采用10~30℃/min的升温速率升温至800~1000℃。 

本发明还提供采用上述制备方法制得的石墨烯/炭黑复合材料。 

本发明还提供上述石墨烯/炭黑复合材料在电化学电容器中作为电极活性材料的应用。 

本发明提供的石墨烯/炭黑复合材料，其石墨烯片层的团聚较低，且表面积较大，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。 

复合电极材料的制备方法采用氧化还原法，设备、工艺简单，便于操作，容易实现大规模工业化生产。 

具体实施方式

本发明提供石墨烯/炭黑复合材料的具体制备工艺流程如下： 

石墨→氧化石墨→石墨烯/炭黑复合材料 

(1)制备氧化石墨：将纯度为99.5%的石墨加入浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在冰水混合浴(温度控制在0℃)中搅拌，之后再慢慢地往混合溶液中加入高锰酸钾，对石墨进行氧化，接着将混合溶液加热至85°C保持30min~1h对石墨在高温下进一步进行氧化，最后加入过氧化氢(质量分数为30%)除去高锰酸钾，抽滤，用稀盐酸和去离子水对固体物进行反复洗涤，干燥，得到氧化石墨；其中，石墨与混合酸溶液的质量与体积比为1~5g:115~595ml；石墨与高锰酸钾的质量比为1:4~6；