[发明专利]石墨烯、石墨烯电极、石墨烯超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元件的制备领域，尤其涉及石墨烯、石墨烯电极及石墨烯超级电容器的制备技术领域。

背景技术

能源是人类生存的基础，由于石化类能源日益枯竭，能源危机成为当今世界各国面临的问题，全球经济和社会的可持续发展正面临着严峻的挑战。能源危机包括能源的储存、转换、传输以及含能材料的开发。其中，能源储存在人类发展中有着重要的意义。

随着人民生活水平的提高，绿色能源的不断开发利用成为人们关注的热点。其中，超级电容器是新型的绿色能源储存器件，能量密度是传统的电容器的数十倍，功率密度是电池的上百倍，充放电效率比电池高15%左右，超级电容器(Supercapacitor)的研制成功为储能设备的发展带来了新的希望。

石墨烯是一种由碳原子按照六边形进行排布并相互连接而成的碳分子，其结构非常稳定。石墨烯具有高导电性、高韧度、高强度、超大比表面积等特点，单层石墨烯的比表面积能达到2630m²/g，是极为理想的超级电容器储能材料。采用石墨烯制成的超级电容器，充电时间只需1毫秒左右。

石墨烯的传统制备方法有：机械剥离法、化学还原法、微波辅助法、化学气相沉积法等。然而，这些方法在实际大批量生产中都面临这样的一些问题：能耗高，成本大以及不易于大批量制备等。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

有鉴于此，本发明需要提出一种石墨烯及其制备方法，该石墨烯制备工艺简单且可以大大提高生产效率。

此外，本发明还需要提出一种石墨烯电极及其制备方法，该石墨烯电极及其制备方法的工艺简单且生产效率高。

本发明还需要提出一种石墨烯超级电容器及其制备方法，所述石墨烯超级电容器及其制备方法的制备工艺简单高效且成本低廉。

根据本发明第一方面实施例的石墨烯的制备方法，包括以下步骤：a）将氧化石墨进行预还原处理；b)将预还原处理后的所述氧化石墨设置在衬底上；以及c)对设置有氧化石墨的衬底进行激光还原，以形成所述石墨烯。

根据上述实施例的石墨烯的制备方法，由于在进行激光还原（即高度还原）之前进行了一定程度的预还原，预还原之后的氧化石墨经过激光还原更加容易被还原成石墨烯。经过预还原处理后的氧化石墨薄膜一次刻录后石墨烯还原效果明显优于没有预还原处理制备的石墨烯。因此，本发明可以明显的缩短激光还原的时间，提高生产效率。

另外，根据本发明上述实施例的石墨烯的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述步骤a）包括：将所述氧化石墨与预还原剂用水配置成混合液，以对所述氧化石墨进行预还原处理。

在本发明的一些实施例中，在所述混合液中所述预还原剂与所述氧化石墨的质量比为预还原剂：氧化石墨=0.1～0.75。

在本发明的一些实施例中，所述预还原剂包括维生素C、水合肼、硼氢化钠中的任一种或其组合。

在本发明的一些实施例中，所述混合液中还含有分散剂，所述分散剂包括选自改性聚四氟乙烯乳液、聚乙烯醇溶液、N,N-二甲基甲酰胺中的任一种或其组合，且所述分散剂相对于所述氧化石墨的质量比为0.005～0.03。

在本发明的一些实施例中，利用超声分散对所述混合液分散2～10分钟。

在本发明的一些实施例中，所述步骤b)包括：将所述混合液涂布在所述衬底上，所述衬底为聚对苯二甲酸乙二酯、铝箔、硅片、聚二甲基硅氧烷、改性聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、或聚四氟乙烯中的任一种。

在本发明的一些实施例中，所述步骤c）包括：将设置有氧化石墨的衬底粘贴并压实在光雕用光盘的照射面上后放入光照射录机内，并用红外激光进行照射。

根据本发明第二方面实施例的石墨烯由根据本发明第一方面实施例的石墨烯的制备方法制得。

根据本发明第三方面实施例的石墨烯电极的制备方法包括以下步骤：将根据本发明第一方面实施例的的石墨烯的制备方法得到的石墨烯加工成叉指状、平行条状、螺旋状及其组合形状中的任一种，以得到所述石墨烯电极。

在本发明的一些实施例中，在所述石墨烯上连接集电极。

在本发明的一些实施例中，在所述石墨烯的一侧粘贴导电胶带以作为所述集电极，所述导电胶带包括铜胶带、附带粘合剂的铜箔或铝箔、导电布中的任一种。

根据本发明第四方面实施例的石墨烯电极，是根据本发明第三方面实施例的石墨烯电极的制备方法制得。