[发明专利]一种多孔石墨烯增强的超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔石墨烯增强的超级电容器及其制备方法，将活性炭、多孔石墨烯和PVDF混合后加入N‑甲基吡咯烷酮溶剂，球磨搅拌制成电极浆料，涂覆在涂炭铝箔上；将涂覆好的涂炭铝箔放入鼓风烘箱中烘干处理，将烘干的涂炭铝箔放入抽真空烘箱中继续处理，放在电动对辊机上辊压紧实制成极片；将制备好的极片剪裁后封装制成超级电容器。本发明设计简单，制备流程无污染，无高温，过程安全。可降低成本进行大规模生产，实现高能量密度的多孔石墨烯基超级电容器的广泛应用。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯增强的超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型电能存储装置，具有功率密度高、循环寿命长、充放电时间短、环境友好和工作温度范围宽等突出优势，在未来的储能领域展现出巨大的应用前景。然而，其能量密度与二次电池相比较低，难以满足大型混合动力设备和电动汽车等对功率和能量密度均有较高要求的迫切需求。因此，在快速增长的超级电容器技术需求的同时，在不牺牲功率密度和循环寿命的前提下追求高能量密度是至关重要的。

电极材料是决定电容器电荷存储能力的核心因素。考虑到电极密度和成本，超级电容器电极材料多选碳材料，如活性炭、碳纳米管和石墨烯等。其中活性炭具有原料广泛、价格低廉、比表面积大、孔隙丰富等特点，是目前唯一实现商业化应用的电极材料。但活性炭存在导电性差、结构稳定性不佳等问题，影响超级电容器的性能发挥。开发高效新型碳材料是提升目前实用超级电容器性能的有效途径。

石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，它具有许多优良性能，如高的比表面积、导电性、导热性，以及很强的机械性能和出色的稳定性，是一种理想的电极材料。然而，通过化学法制备的石墨烯，由于片层间的范德华力作用容易发生堆叠导致石墨烯的比表面积远远低于理论值。无法提供足够的活性位点储存电荷，因此将其用作电容器电极材料时，实际比容量较低。而相比传统石墨烯，多孔石墨烯由于其表面具有纳米级的孔洞，zaichong放电过程中。离子可以通过这些洞穿的纳米孔直接到达活性位点，缩短离子输运的路径，进而提升超级电容器充放电过程中的倍率性能。

同时，在研究领域中，越来越多的研究人员正在尝试将石墨烯与传统碳材料进行复合制作高能量密度的超容电极。因而多孔石墨烯基超级电容器有望成为未来高能量密度超级电容器领域的佼佼者。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多孔石墨烯增强的超级电容器及其制备方法，利用多孔石墨烯导电性高和提供更短的离子传输路径的优势与具有大比表面积的活性炭复合的方式将两种材料用在超级电容器电极里，创造性地提供一种具有高能量密度超级电容器。

本发明采用以下技术方案：

一种多孔石墨烯增强的超级电容器制备方法，包括以下步骤：

S1、将活性炭、多孔石墨烯和PVDF混合后加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，球磨搅拌制成电极浆料，涂覆在涂炭铝箔上；

S2、将涂覆好的涂炭铝箔放入鼓风烘箱中烘干处理，将烘干的涂炭铝箔放入抽真空烘箱中继续处理，放在电动对辊机上辊压紧实制成极片；

S3、将制备好的极片剪裁后封装制成超级电容器。

具体的，步骤S1中，溶质与溶剂的质量比为1：(4～6)，活性炭与多孔石墨烯，PVDF的质量百分比为(80％～89％)：(1％～10％)：10％。

具体的，步骤S1中，球磨搅拌处理的速度为300～400rpm。

具体的，步骤S1中，涂炭铝箔的厚度为15～20微米，电极浆料的涂覆厚度为150～200微米。