专利名称：电化学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学装置，更具体地涉及一种含有石墨烯和离子液体聚合物的石墨烯-离子液体聚合物复合材料以及使用该复合材料制备的一种电化学装置，该石墨烯-离子液体聚合物复合材料适于应用在电化学装置例如超级电容器、二次电池等方面。
背景技术：
石墨烯是碳的二维平面的同素异形体，其中，碳原子形成蜂窝状点阵结构(honeycomb lattice structure),且石墨烯具有约为20000-50000cm/Vs的高电子迁移率(high charge mobility)以及2630m2/g的非常高的理论比表面积。近年来,人们正在研究将石墨烯应用到电化学装置如具有非常高电容的超级电容器或具有双电层电容器的超级电容器上。石墨烯使用微机械方法、化学气相沉积(CVD)、氧化还原方法等制备。在这些方法中，将石墨氧化为了使氧化石墨(GO)层分散在溶液中以产生氧化石墨烯(G-0)，然后，将该氧化石墨烯还原，由此制备出还原的氧化石墨烯(RG-O)的方法的优点在于能够批量制备石墨烯基材料(尽管众所周知石墨烯和还原的氧化石墨烯具有不同的性质，为了描述本发明，所述术语“石墨烯”被看作既包括石墨烯又包括还原的氧化石墨烯)。最近，已经提出了将这种氧化-还原产生的石墨烯应用于超级电容器(超级电容)的电极上的方法，已有报导(R. S. Ruoff，Nano Lett.，2008，8 (10)，pp3498_3502)通过该方法制备的超级电容器具有的比电容(specific capacitance)约为80F/g或更高。然而，因为在氧化石墨烯还原过程中在分散液中RG-O薄片可能会再次凝聚，不期望地降低了石墨烯的亲水性比表面积(soluble specific surfacearea),且还因为需要进一步将粘结剂材料添加到该石墨烯分散液中，所以上述方法是有问题的，以及因而使该方法可能会变得复杂。用于超级电容器的电解质基本上分成水电解质(aqueouselectrolyte)和有机溶剂电解质。在使用与该种电解质具有高兼容性的电极材料时，可以制备具有较高比电容的电化学装置。因此，对与这些电解质具有高兼容性的电极材料的需要逐渐递增。更进一步，该水电解质或有机溶剂电解质具有高离子导电率，但其不电化学地发生氧化-还原反应的电势范围窄，不期望地导致超级电容器的能量密度低。为此，最近人们试图使用具有高电势范围的离子液体作为电解质来增加超级电容器的能量密度。为了解决上述问题，需要一种新型石墨烯复合材料以及使用该材料制备的电化学装置，其中，该新型石墨烯复合材料与包括离子液体的各种电解质具有高的兼容性。
发明内容
因此，本发明已将现有技术面临的上述问题牢记在心，以及本发明的目的是提供一种由石墨烯与离子液体聚合物反应制备的石墨烯-离子液体聚合物复合材料，以及使用该石墨烯-离子液体聚合物复合材料作为电极材料的电化学装置。为了实现上述目的，本发明提供了一种使用含有石墨烯和离子液体聚合物的石墨烯-离子液体聚合物复合材料制备的电化学装置。所述离子液体聚合物可以是含有阳离子和阴离子的化合物。在所述离子液体聚合物中，可以使用由下述公式I表示的阳离子，〈公式1>
权利要求
1.一种使用含有石墨烯和离子液体聚合物的石墨烯-离子液体聚合物复合材料制备的电化学装置。
2.根据权利要求I所述的电化学装置，其中，该装置将所述石墨烯-离子液体聚合物复合材料用作电极材料。
3.根据权利要求I或2所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是电池组、燃料电池、电容器或它们的复合装置；超级电容器；超级电容或双电层电容器。
4.根据权利要求I至3中任意一项所述的电化学装置，其中，所述离子液体聚合物是含有阳离子和阴离子的化合物。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的电化学装置，其中，在所述离子液体聚合物中，阳离子含有选自由下面公式I表示的化合物中的任意一种
6.根据权利要求I至5中任意一项所述的电化学装置，其中，所述石墨烯通过将石墨氧化/还原反应得到；通过在高温下将酸嵌入到石墨每一层中的膨胀石墨进行热处理得到；通过将碱金属嵌入到石墨每一层中的嵌入石墨用微波进行处理得到；或通过将石墨进行电化学处理来得到。
7.根据权利要求I至6中任意一项所述的电化学装置，其中，所述复合材料含有5-95重量％的石墨烯和5-95重量％的离子液体聚合物。
8.根据权利要求I至7中任意一项所述的电化学装置，其中，所述复合材料进一步含有选自粘结剂、碳材料、金属颗粒以及导电聚合物中的一种或多种。
9.根据权利要求I至8中任意一项所述的电化学装置，其中，所述粘结剂为选自聚全氟磺酸、聚四氟乙烯以及聚偏氟乙烯共聚合物中的任意一种， 所述碳材料为选自活性碳、石墨、碳黑、碳纳米管以及富勒烯中的一种或多种，以及 所述导电聚合物为选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物中的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及一种电化学装置，其中，将离子液体聚合物结合到石墨烯表面以制备石墨烯/离子液体聚合物复合材料，且将所制备的复合材料作为石墨烯电极材料使用。
文档编号C01B31/02GK102763251SQ201080058020
公开日2012年10月31日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者徐光锡, 金太永, 金钟银 申请人:徐光锡