[发明专利]一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成导电剂分散液C；将导电剂分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理和压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。本发明制备过程操作简单，可控性高。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型能量存储转换装置，按储能原理可分为双电电容器、准法拉第电容器和混合超级电容器。超级电容器由于具有功率密度高、循环充放电寿命长、充放电效率高、储能寿命长，可靠性高和工作环境温度范围广等优点，得到了广泛的应用。与传统电容器相比，双电层超级电容器由于其采用超高比表面积材料，从而具有超高容量和超高功率密度，在各种储能设备中脱颖而出。

超级电容器粘结剂分为水溶性和油溶性两类。油溶性粘结剂以聚偏氟乙烯(PVDF)的均聚物和共聚物应用最为广泛，采用有机溶剂作为分散剂；水性粘结剂以丁苯(SBR)乳液粘结剂的使用较为广泛，采用水作为分散剂。由于油溶性体系中，电解液与电极表面阻抗和双电层阻抗要远远大于水性体系的阻抗，大电流情况下，离子传输在电解液/电极表面和双电层间的扩散受到影响，从而影响了电极的倍率性能，因此采用水性溶剂体系制备的超级电容器的倍率性能要明显优于油性体系的倍率性能。以NMP为代表的有机溶剂体系中，超级电容器在长循环过程中会产生气体，且会和铝箔发生反应，稳定性差；溶剂回收成本高，会对环境产生一定污染。

目前使用的超级电容器电极材料多采用碳材料电极材料，如石墨烯、碳纳米管，多孔碳纤维等，此类材料具有极大地比表面积和极高的电阻率，使用其制备的超级电容器材料具有优异的导电性能。但在石墨烯与活性炭等混合制备的石墨烯导电浆料中，石墨烯容易团聚，分散效果差，这便导致制备的超级电容器效果大打折扣。由于在超快充电速率下，超级电容器的电极决定了超级电容器的电容、能量密度和功率密度。

为了提高超级电容器的电容和能量密度，开发研制具有超高电导率和比电容的电极材料，成为了超级电容器进一步发展亟待解决的问题。因此，越来越多的研究人员尝试通过改进石墨烯分散方法和提高电极导电性能来制备高性能的超级电容器。

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，提供一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法，通过使用向多孔石墨烯导电剂分散液中加入氧化石墨烯的方式，减少石墨烯的团聚现象。

本发明采用以下技术方案：

一种超级电容器用多孔石墨烯电极制备方法，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成分散液C；将分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理；将真空干燥后的涂碳铝箔进行压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。

具体的，多孔石墨烯为实验室高能微波快速自制的高导电多孔石墨烯，微波法制备多孔石墨烯的过程中，控制微波作用的时间为10～120s；每克原料微波作用的功率控制为200～700W；所用氧化性气氛为空气；纯化多孔石墨烯气氛为氩气。

具体的，多孔石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管的质量百分比为70％：(1％～29％)：(29％～1％)，粘结剂a的质量占总浆料固体质量百分比的2％～4％。