[发明专利]一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料的制备方法

说明书

一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料的制备方法；属于超级电容器领域。本发明要解决石墨烯因其较大的比表面能而易于团聚，造成其电化学性能远低于理论值；导电聚合物虽具有较大的比电容但循环稳定性较差的问题。本发明方法：将稀盐酸、无水乙醇和过硫酸铵混合配置成溶液A；将稀盐酸、无水乙醇、导电聚合物和石墨烯混合后超声搅拌配置成溶液B；将溶液A和溶液B分别恒温冷冻后快速混合，低温下静置反应，真空抽滤，依次用去离子水、无水乙醇及正己烷洗涤，真空干燥后研细。本发明产品开放孔道式结构的导电聚合物纳米棒均匀的包覆着石墨烯表面及边缘，较好的抑制了石墨烯的团聚，复合电极材料具有良好的循环稳定性，聚合程度较高，团聚程度较小。

技术领域

本发明属于超级电容器领域；具体涉及一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的环保储能器件，具有容量大、比功率高及稳定性好等优势，其性能主要由电极材料决定。目前，超级电容器的电极材料主要为碳材料、金属氧化物、导电聚合物以及它们的复合材料。在这些材料当中，石墨烯由于每个C原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，且所有的p轨道与石墨烯延展方向相互垂直，使p轨道中的电子形成大π键，并可在石墨烯的二维平面中自动运动，因此，石墨烯具有极强的理论导电性，是电导率最大的材料；导电聚合物兼备优异的力、光、电学性能及独特的化学性质。此外，人们可以根据不同的需要来选择聚合物的种类和结构以达到优化其性能的目的。与金属氧化物相比，导电聚合物具有比功率、比能量高，成本低及无污染等优点；与碳材料相比，则具有更高的能量密度。

在理论上，石墨烯的电化学性能极为优异，但实际上，石墨烯表面强大的π-π键力使得石墨烯具有较大的表面能而易于团聚，电化学性能也大大降低。导电聚合物具有较大的比电容但循环稳定性较差，且过去一般是在常温条件下合成导电聚合物，而导电聚合物在常温下合成易发生氧化和团聚，严重影响其形貌结构，使其电容性能大大降低。为了克服导电聚合物及石墨烯单一材料的性能缺陷并融合这两种材料的性能优势，石墨烯/导电聚合物复合材料的制备被认为具有高度的可行性和广泛的应用前景。特别的，若高比表面积的导电聚合物粒子能够很好的抑制石墨烯的团聚，将利于电荷与电解液离子的传输，同时也有利于电解液离子进入活性物质体相，此时，复合材料的电化学性能与单一材料相比将会大大提高。因此，导电聚合物的形貌与石墨烯团聚程度的控制是当前石墨烯/导电聚合物复合电极材料的重要研究方向。

发明内容

本发明要解决石墨烯因其较大的比表面能而易于团聚，造成其电化学性能远低于理论值；导电聚合物虽具有较大的比电容但循环稳定性较差的问题，提供了一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料的制备方法。本发明采用低温原位聚合方法制备石墨烯/导电聚合物复合电极材料。低温的反应体系使导电聚合物的聚合程度高，团聚程度小；导电聚合物粒子能够很好的抑制石墨烯的团聚；复合后的网状孔道结构使复合电极材料具有良好的循环稳定性。从而实现了复合电极材料电容性能、倍率性能及电化学稳定性的优化。本发明低温下制备的复合材料中导电聚合物呈开放孔道式的纳米棒状且均匀的包覆着石墨烯表面及边缘，一定程度上抑制了GR的团聚；并且因复合材料的孔道结构使其具有良好的循环稳定性。

本发明中一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤a、将稀盐酸、无水乙醇和过硫酸铵混合配置成溶液A；

步骤b、将稀盐酸、无水乙醇、导电聚合物和石墨烯混合后超声搅拌配置成溶液B；

步骤c、将溶液A和溶液B分别恒温冷冻后快速混合，低温下静置反应，真空抽滤，依次用去离子水、无水乙醇及正己烷，真空干燥后研细。

进一步限定，步骤a中按20ml稀盐酸、40～60ml无水乙醇和1～2g过硫酸铵的配比配制溶液A。

步骤a、步骤b中稀盐酸的浓度均为1～2mol/L。