[发明专利]制备碳材料-石墨烯复合材料膜的方法

权利要求书

1.一种用于制备碳材料-石墨烯复合材料的方法，所述方法包括：

(a)获得包含分散在液体介质中的氧化石墨烯材料和碳材料的分散体系；

(b)蒸发液体介质以形成碳材料-石墨烯复合材料前体；

(c)使复合材料前体在800℃至1200℃的温度下、在惰性气体存在下退火，以形成碳材料-石墨烯复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中碳材料是聚丙烯腈(PAN)基碳材料。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中氧化石墨烯材料具有3至5层的层厚度和600m²/g至800m²/g的比表面积。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中氧化石墨烯材料是接枝氧化石墨烯或氧化石墨烯。

5.根据权利要求4所述的方法，其中接枝氧化石墨烯通过以下步骤得到：

(i)使包含溶剂、氧化石墨烯和接枝剂的组合物经受足以产生接枝氧化石墨烯的条件，所述条件优选包括使该组合物经受50℃至150℃、更优选75℃至100℃的温度；

(ii)从溶液中分离接枝氧化石墨烯。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述接枝剂包括离子液体和/或多氨基化合物，优选地，所述离子液体是胍离子液体，优选盐酸胍、磷酸胍、四甲基胍乳酸盐、四甲基胍三氟甲磺酸、四甲基胍硫酸氢盐、或四甲基胍盐酸盐、或其任意组合，和/或所述多氨基化合物包括具有两个或更多个氨基的化合物，优选乙二胺、三亚乙基二胺、二亚乙基三胺、或低聚的支化聚乙烯亚胺、或其任意组合。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中PAN基碳材料是PAN基碳纳米结构、PAN基碳纤维、或两者。

8.根据权利要求7所述的方法，其中PAN基碳纳米结构或PAN基碳纤维的比表面积是1800m²/g至2600m²/g。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中液体介质是醇，优选甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或其组合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，所述步骤(b)还包括：

(i)将溶液浇铸在衬底上；

(ii)优选在20℃至50℃、更优选在25℃至35℃的温度下蒸发液体介质。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中步骤(b)促进接枝氧化石墨烯和碳材料的自组装。

12.一种包含附着在石墨烯层的PAN基活性碳的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中所述复合材料具有：

(a)1500m²/g至2250m²/g的比表面积；

(b)微孔和介孔的双峰多孔结构。

13.根据权利要求12所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中复合材料是柔性膜或柔性片，优选具有1μm至500μm、优选50μm至200μm、或约100μm的厚度。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中微孔的平均尺寸是0.8nm至1.2nm，介孔的平均尺寸是2nm至5nm。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中复合材料是无黏合剂和/或无支撑的。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中复合材料包含通过PAN基碳材料彼此附着的至少两个石墨烯层。

17.根据权利要求16所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中PAN基活性碳位于两个石墨烯层之间。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的柔性碳材料-石墨烯复合材料，其中复合材料具有：

1S/cm至45S/cm、优选4S/cm至40S/cm的电导率；

10Wh/kg至40Wh/kg、优选15Wh/kg至35Wh/kg、或更优选约20Wh/kg的能量密度；

5kW/kg至15kW/kg的功率密度；和/或

100F/g至140F/g、优选110F/g至130F/g的比电容。