[发明专利]石墨烯的制备方法及制得的石墨烯、其应用和超级电容器

说明书

本发明提供了一种石墨烯的制备方法及制得的石墨烯、其应用和超级电容器，涉及石墨烯材料技术领域，石墨烯的制备方法包括：以柔性石墨纸片等为正极，金属锌箔、金属镁箔、石墨纸中的一种电极为负极，以中性盐为电解液，其中正极石墨纸片的1/4‑1/2处置于电解液中，以恒定电流的方式在一定的电压区间进行充放电循环，若干循环之后，正极石墨纸未浸泡在电解液里面的部分完全膨胀、剥离，形成固体石墨烯/盐混合物；将该混合物用去离子水溶解，超声分散，离心分离，洗涤、干燥，即得石墨烯粉末。该方法剥离过程不涉及电化学氧化，合成的石墨烯氧化程度低、缺陷少，应用于超级电容器材料具有较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯的制备方法及制得的石墨烯、其应用和超级电容器。

背景技术

石墨烯是以sp²杂化碳原子按照蜂窝状排列而成的、以一个原子厚度存在的二维，具有特殊的电子特性、室温量子霍尔效应、高强度等特性，在诸多领域引起了广泛关注。目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离、外延生长、化学气相沉积及化学氧化法等。机械剥离、外延生长和化学气相沉积可以获得高质量石墨烯，但制备成本高、产率低，难以规模化生产。化学氧化法可以大规模制备石墨烯，但制备过程用到大量的强酸、强氧化剂，环境危害较大、制备周期长，且有较多的含氧功能团。

电化学剥离石墨制备石墨烯涉及石墨电极在强阴极电势作用下体积巨大的阳离子插入到石墨层之间，破坏石墨层与层之间的范德华作用力，导致石墨膨胀并发生剥离，该设备简单、高效便捷、绿色环保，近期已发展成为一种制备高质量石墨烯的方法。电化学剥离法又通常分为阳极剥离及阴极剥离两种方式。这两种方式仍存在以下缺陷：

以上两种剥离方式都涉及溶液中离子的插层，离子插层之后石墨层间的范德华力被破坏，引起石墨层与层之间的结合力不一致，极易导致石墨剥离不充分，石墨烯的产率较低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种石墨烯的制备方法，能够缓解上述问题中的至少一个。

本发明的目的之二在于提供一种上述制备方法获得的石墨烯。

本发明的目的之三在于提供上述石墨烯在超级电容器材料中的应用。

本发明的目的之四在于提供包括上述石墨烯的超级电容器。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将正极的1/4-1/2处置于电解液中，以恒定电流密度的方式在预设的电压区间进行充放电循环，若干循环之后，正极未浸在电解液中的部分完全膨胀、剥离，形成固体石墨烯/盐混合物；正极包括石墨纸、石墨棒或石墨板中的一种；负极包括锌箔、镁箔、铝箔或石墨纸中的一种；电解液包括中性盐电解质；

将混合物用水溶解，并分散，分离，洗涤和干燥，得到石墨烯。

进一步的，采用的电流密度为0.02～50A/g，优选为0.1～2A/g。

进一步的，放电截止电压为0～1V；充电截止电压为1.8～2.2V；

优选地，放电截止电压为0～0.5V；充电截止电压为1.9～2.0V。

进一步的，充放电循环次数为100～100000次，优选为5000～10000次。

进一步的，所述中性盐电解质包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硫酸铵、硫酸镁、硫酸铝、氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铵、氯化镁、氯化铝、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、硝酸铵、硝酸镁或硝酸铝中的一种或几种。

第二方面，本发明提供了一种上述制备方法获得的石墨烯。