[发明专利]一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，混合：

（1）将硫酸锰、五氧化二磷、氯化铁、硝酸钠与石墨混合，得到混合物；其中硫酸锰、五氧化二磷、氯化铁、硝酸钠与石墨质量比为1:1:1:0.5:1；所述石墨为100~300目的鳞片石墨；

（2）在70~90℃下，将混合物与质量分数为95~98%浓硫酸混合，得到混合液，其中浓硫酸用量为步骤1（1）中石墨质量的10~30倍；对混合液进行磁力搅拌，反应时间为20~60min，之后得到预氧化石墨悬浊液；

（3）将预氧化石墨悬浊液置于10℃以下的冰水浴中，边磁力搅拌，边向其加入高锰酸钾和锰酸钾，待固体全部溶解，移除冰水浴，得到反应物；其中高锰酸钾用量为步骤1（1）中石墨质量的15~30倍、锰酸钾用量为步骤1（1）中石墨质量的5~10倍；

步骤2，高温反应：

将反应物在180~220℃下高温反应5~10h后，降至室温；之后将反应物升温至60~90℃，边磁力搅拌边向其加入去离子水，反应15~60min，得到反应液；其中去离子水用量为步骤1（1）中石墨质量的200~300倍；

步骤3，洗涤干燥并还原：

对反应液趁热过滤，先用盐酸混合液洗涤，再用去离子水洗涤，得到固体；将固体在80~120℃下干燥1~3h；将干燥后的固体在氩气保护的条件下，热处理6~10h，热处理温度为350~450℃，得到石墨烯/二氧化锰复合物固体粉末；所述的石墨烯/二氧化锰复合物是由石墨烯以及二氧化锰纳米颗粒复合而成，二氧化锰纳米颗粒均匀负载在石墨烯层间，其中二氧化锰纳米颗粒的直径为10~20nm；

步骤4，制备电极：

将石墨烯/二氧化锰复合物固体粉末冷却至室温，与聚偏二氟乙烯以95：5的质量比混合，得到混合物；在50~70转/min搅拌的条件下，将N-甲基吡咯烷酮加入混合物中形成悬浮液；其中，N-甲基吡咯烷酮加入量为石墨烯/二氧化锰复合物固体粉末质量的200~300倍；然后将泡沫镍在悬浮液中浸泡20~40h，直至其颜色变黑；将泡沫镍从液体中取出后，在80~100℃的真空炉中干燥5~10h后，随后真空冷却至室温，得到泡沫镍电极；将泡沫镍形成的电极浸入1mol/L Na₂SO₄溶液浸泡20~40h，即得到石墨烯/二氧化锰超级电容电极；所述泡沫镍的体积孔隙率≥95%，目数为110~200；

所述石墨烯/二氧化锰超级电容电极在1mol/L Na₂SO₄电解液，1.6 V的电位窗口下测得超级电容的电容量为380~540 F/g，在100mV/s下进行1000次循环后电容量为初始值的85~90%。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中使用的硫酸锰、五氧化二磷、氯化铁、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾和锰酸钾皆为分析纯度，使用之前在50~60℃中干燥2~4h。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中石墨使用之前在50~60℃中干燥2~4h 。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，使用的升温设备为恒温磁力搅拌水浴锅。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中高锰酸钾和锰酸钾混合加入量通过分次称重的方式来控制，使得每分钟加入量≤200mg。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二氧化锰超级电容电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2使用的高温反应容器为具有四氟乙烯的内衬的高温反应釜。