[发明专利]一种石墨烯活性炭复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯活性炭复合材料及其制备方法和应用。这种石墨烯活性炭复合材料是由以下的制备方法制得：1)预氧化处理：将石油焦和石墨烯混合，在氧化性气体条件下进行预氧化处理；2)活化：将预氧化处理后的混合物料和活化剂混合，在惰性气体条件下进行活化；3)热处理：将活化后的产物纯化、干燥，然后在保护性气体条件下进行热处理。同时也公开了这种石墨烯活性炭复合材料在制备电极材料中的应用。本发明的方法可以实现石墨烯与石油焦的原位复合，然后利用石墨烯高导热特性提高活化过程热量的高效利用，制备出的石墨烯活性炭复合电极表现较高的导电性和容量。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯活性炭复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

在能源日益短缺、环境污染严重和经济发展快速的社会背景下，超级电容器作为新型的环保节能器件越来越受到人们的关注。它具有安全性高、无需维护，并且能够大电流充放电，具有近十万次的循环寿命，功率密度比二次电池高近百倍的特点。目前决定超级电容器优异性能关键材料是多孔活性炭材料。然而，活性炭材料导电性较差和较高接触电阻的特点限制其在高功率超级电容器中的应用。

石墨烯材料由于具有较高比表面积，高的导电导热特性，在改性活性炭材料上具有较大的应用潜力。目前市场上一种是在制备电极片时添加石墨烯导电浆料为导电剂添加进去，另一种是制备石墨烯活性炭复合材料。总的来说，石墨烯与活性炭材料的匹配问题，分散问题和结合作用是制备石墨烯改性活性炭材料的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术制备石墨烯改性活性炭的问题，从而提供一种石墨烯活性炭复合材料及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种石墨烯活性炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)预氧化处理：将石油焦和石墨烯混合，在氧化性气体条件下进行预氧化处理；

2)活化：将预氧化处理后的混合物料和活化剂混合，在惰性气体条件下进行活化；

3)热处理：将活化后的产物纯化、干燥，然后在保护性气体条件下进行热处理，得到石墨烯活性炭复合材料。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，石油焦和石墨烯的质量比为100：(0.1～10)；进一步优选的，石油焦和石墨烯的质量比为100：(0.1～8)；再进一步优选的，石油焦和石墨烯的质量比为100：(0.1～5)。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，预氧化处理的温度为250℃～450℃，预氧化处理的时间为1h～3h；进一步优选的，预氧化处理的温度为250℃～400℃，预氧化处理的时间为1h～2.5h；再进一步优选的，预氧化处理的温度为280℃～350℃，预氧化处理的时间为1.5h～2h。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，预氧化处理时从室温升温至前述的预氧化温度，升温的速率为5℃/min～10℃/min。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，石油焦为针状焦、海绵焦、球状焦、沥青焦中的至少一种。本发明所用的石油焦为煅烧前石油焦(生焦)。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，石油焦的粒径小于300μm。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，石墨烯为氧化石墨烯、还原石墨烯、物理剥离石墨烯中的至少一种。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，氧化性气体为空气、氧气、臭氧、一氧化氮中的至少一种。

优选的，这种石墨烯活性炭复合材料的制备方法步骤1)中，混合的方法为超声分散、真空搅拌、机械研磨中的至少一种。