[发明专利]一种超级电容器用石墨烯自组装电极材料及制备方法

摘要

本发明涉及超级电容器领域，具体涉及一种超级电容器用石墨烯自组装电极材料及制备方法。通过剥离和分级得到了层数小于10层的石墨烯，优先确保石墨烯的高比面积特性。通过控制分散机高速搅拌速度，使边缘接枝的石墨烯发生一次交联自组装形成孔径2‑5nm、颗粒大小为0.1‑2μm的小颗粒，进一步，将小粒径的颗粒陈化稳定后用有机酸活化颗粒表面，在分散机低速搅拌速度下进行二次自组装形成孔径50‑100nm、颗粒大小为20‑50μm的大颗粒。其突出的特点是保留了石墨烯高比表面特性，用于超级电容器电极材料时，50‑100nm的大孔径使电解液快速穿过，而其中2‑5nm的小孔径使离子快速富集和脱附，从而使超级电容器具有较好的大倍率充放电性能。

主权项

一种超级电容器用石墨烯自组装电极材料，其特征是由单层石墨烯或多层石墨烯通过二次自组装形成的大颗粒；其中第一次组装形成孔径2‑5nm、颗粒大小为0.1‑2μm的小颗粒；第二次组装形成孔径50‑100nm、颗粒大小为20‑50μm的大颗粒；具体制备步骤如下：（1）将纯度＞98%的石墨粉与接枝剂预混均匀后在圆盘式超音速气流粉碎机中进行机械剥离，其中圆盘式超音速气流粉碎机底部设置循环气流剥离，在剥离过程中，接枝剂与石墨烯层边缘接枝形成活性点，上部采用流化床式卧式蜗轮强制分级，使达到10层以内的石墨烯及时分离回收；其中所述的接枝剂为甲基丙烯酸‑β羟乙酯、马来酸酐、二丙烯酸锌中的一种；（2）将步骤(1)回收的10层以内的石墨烯与乳化剂、适量的去离子水在分散机中以10000‑15000rpm的转速高速分散45‑60min，然后持续搅拌并缓慢加入含有硫基基团的交联剂，层边缘接枝的石墨烯在交联剂的作用下第一次交联自组装，陈化24h以上，乳液中石墨烯自组装为孔径2‑5nm、颗粒大小为0.1‑2μm的小颗粒；其中，所述的乳化剂为柠檬酸单甘脂、三聚甘油单硬脂酸酯、丙二醇脂肪酸酯中的一种，所述的含有硫基基团的交联剂为1，3 丙二硫醇、1，6己二硫醇、1，9壬二硫醇、1，12十二烷基硫醇中的一种；(3) 在步骤（2）石墨烯第一次自组装的乳液中加入过量的有机酸溶液，在分散机中以500‑1200rpm的转速高速分散10‑25min，然后持续搅拌并缓慢加入过量的含有硫基基团的交联剂，第一次交联组装的小颗粒在有机酸条件下颗粒外围被活化，经交联剂进一步进行二次交联自组装，陈化24h以上，形成孔径50‑100nm、颗粒大小为20‑50μm的大颗粒；其中，所述的含有硫基基团的交联剂为1，3丙二硫醇、1，6己二硫醇、1，9壬二硫醇、1，12十二烷基硫醇中的一种；（4）将步骤（3）陈化料过滤，然后用蒸馏水和无水乙醇交替离心洗涤，进一步在200‑300℃的干燥炉中热处理1h得到超级电容器用石墨烯自组装电极材料。