[发明专利]石墨烯-硬碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种石墨烯-硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将氧化石墨加入水中，经超声分散后制得氧化石墨烯悬浮液；

调节所述氧化石墨烯悬浮液的pH至2～5，向所述氧化石墨烯悬浮液中加入甲醛、苯酚和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物，氧化石墨烯与苯酚的质量比为5:0.5～3，苯酚、甲醛与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的质量比为54～65:50:1～10，加热搅拌使甲醛和苯酚进行聚合反应，得到含有氧化石墨烯、酚醛树脂及聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的复合材料；

将所述含有氧化石墨烯、酚醛树脂与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的复合材料置于惰性保护气体氛围中，以10～20℃每分钟的升温速率加热所述复合材料的周围温度至800～900℃，保持0.5～2小时，冷却后得到所述石墨烯-硬碳复合材料。

2.如权利要求1所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨通过如下步骤制备得到：

将纯度不低于99.5%的石墨加入至浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在0℃下搅拌混合均匀，再向混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌反应使石墨初步氧化，再将反应体系加热至85℃使石墨完全氧化，最后向反应体系中加入过氧化氢溶液除去过量的高锰酸钾，抽滤，依次用稀盐酸和去离子水对得到的固体物进行洗涤，干燥后得到所述氧化石墨。

3.如权利要求2所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的质量浓度为98%，所述浓硝酸的质量浓度为65%，所述过氧化氢溶液的质量分数为30%，每克所述石墨对应90～95mL浓硫酸、24～25mL浓硝酸、4～6g高锰酸钾及6～10mL过氧化氢。

4.如权利要求1所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.5～2mg/mL。

5.如权利要求1所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物是F127或P123。

6.一种采用如权利要求1～5中任一项所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法制备的石墨烯-硬碳复合材料。

7.一种电化学电容器，包括在壳体内叠片设置的电极片、隔膜和电极片以及填充在所述壳体内的电解液，所述电极片包括集流体以及涂覆在所述集流体上的电极浆料，其特征在于，所述电极浆料包括混匀的粘结剂、导电剂以及如权利要求6所述的石墨烯-硬碳复合材料的制备方法制备的石墨烯-硬碳复合材料。

8.如权利要求7所述的电化学电容器，其特征在于，所述电解液为[BMIM][BF₄]、[BMIM][PF₆]或[EMIM][Tf₂N]；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为乙炔黑、活性炭或炭黑；所述集流体为铝箔、铜箔或镍箔。

9.如权利要求8所述的电化学电容器，其特征在于，所述石墨烯-硬碳复合材料、所述粘结剂及所述导电剂的质量比为85:5:10。

10.一种电化学电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将权利要6所述的石墨烯-硬碳复合材料、粘结剂与导电剂混合均匀，得到电极浆料；

将所述电极浆料涂覆在集流体上，干燥后切片得到电极片；

将两个所述电极片配合隔膜叠片设置组装成电芯，所述隔膜位于两个所述电极片之间，再用壳体封装所述电芯，注入电解液，得到所述电化学电容器。