石墨烯及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于电化学领域，其公开了一种石墨烯、其制备方法、电极片以及超级电容器；该石墨烯的制备方法包括步骤：制备氧化石墨烯悬浮液；制备NaOH与氧化石墨烯的混合溶液；制备石墨烯。本发明的石墨烯制备方法，能够得到高比表面积、高电导率、高比容量的石墨烯，且该制备方法简化了操作步骤，大大降低了生产成本。
【专利说明】石墨烯及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]超级电容器(Supercapacitors)又称电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors)或者双电层电容器(Electric Double Layer Capacitors),它是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，与传统电容器相比具有更高比电容量和能量密度，与电池相比则具有更高的功率密度；由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染和循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容器电容性能和生产成本的关键因素，因此研究开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。目前研究的超级电容器的电极材料主要有炭材料、金属氧化物及其水合物电极材料和导电聚合物电极材料。
[0003]目前双电层超级电容器的电极材料主要为碳材料，具有优良的导热和导电性能、较高的比表面积，被广泛用于电化学领域作电极材料，碳材料是目前工业化最为成功的电极材料之一。目前，碳基电极材料的研究主要集中在研发具有高比表面积、内阻较小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面积、极好的导电性、优良的导热性，通过氧化石墨还原法获得的石墨烯的性价比较高，且稳定性好，是超级电容器的理想电极材料。使用石墨烯制造出的超级电容器将会比目前所有的超级电容器的能量存储密度都高。但是实际制备出来的石墨烯电极材料由于团聚等原因，容量偏低，水系中容量为135F/g，有机系容量99F/g,距离理论容量(550F/g)相差较远，目前对石墨烯电容的改进主要在质量比容量上，还很少人开始关注石墨稀的体积比电容。
[0004]石墨烯具有较高的质量比电容，较低的电阻率，但其体积比电容并未得到显著提闻。目如提闻石墨稀的体 积比电容成为了提闻超级电容器能量密度的关键因素，而质量比电容和振实密度是决定超级电容器体积比电容的主要因素，因而在获得较高质量比电容石墨稀的如提下如何提闻其振实密度，成为提闻其体积比电容的关键。
【发明内容】
[0005]基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种比电容较高的石墨烯的制备方法。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤:
[0008]将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为I~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
[0009]将浓度为I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液；
[0010]将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。
[0011]优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述超声分散处理时间为I~5h。
[0012]优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述NaOH与氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH与氧化石墨烯的质量比为I~50:1。
[0013]优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60~80 °C，干燥处理时间为24~48h。
[0014]优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述高温煅烧时，温度为800~1200°C，煅烧时间为I~5h。
[0015]本发明还提供一种石墨烯，该石墨烯采用上述制备方法制得。
[0016]本发明还提供一种电极片，包括集流体，以及涂覆在所述集流体表面的活性材料；该活性材料包括上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂；石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂的质量比为88: 10: 2。
[0017]本发明还提供一种超级电容器，其电极采用上述电极片。
[0018]本发明提供的石墨烯的制备方法，采用NaOH活化得到的石墨烯，微孔孔径分布集中、孔结构可控、振实密度大；NaOH活化后石墨烯的比表面积能够达到1000~1500m2/g，大于一般热还原石墨烯的比表面积~900m2/g ;所制石墨烯作为双电层电容器电极材料，具有优异的体积比电容。
【专利附图】
【附图说明】`
[0019]图1为本发明石墨烯的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供的石墨烯的制备方法，如图1所示，其工艺流程步骤如下:
[0021]S1、将氧化石墨加入到水中超声分散I~5h,得到浓度为I~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
[0022]S2、将浓度为I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌I~5h，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液；其中，所述NaOH与氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH与氧化石墨烯的质量比为I~50:1 ；
[0023]S3、将步骤S2得到的混合溶液过滤，滤物置于60~80°C干燥处理24~48h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，并于惰性氛围(优选氩气氛围)下、于800~1200°C中高温煅烧I~5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到石墨烯。
[0024]本发明提供的石墨烯的制备方法，采用NaOH活化得到的石墨烯，微孔孔径分布集中、孔结构可控、振实密度大；NaOH活化后石墨烯的比表面积能够达到1000~1500m2/g，大于一般热还原石墨烯的比表面积~900m2/g ;所制石墨烯作为双电层电容器电极材料，具有优异的体积比电容。
[0025]以下是超级电容器的制造方法:
[0026]1、制备电极片
[0027]首先，按照质量比为88: 10: 2的比例，选用上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及乙炔黑导电剂混合均匀，得到凝胶状浆料；[0028]其次、将凝胶状浆料涂覆在集流体(如，铝箔，镍箔，镍网，铜箔，优选铝箔)上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电极片。
[0029]2、制备超级电容器
[0030]选用上述制得的电极片两片，分别作为正极片和负极片；按照正极片、隔膜、负极片的顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液，密封注液口，得到超级电容器；
[0031]其中，电解液采用BMMBF4、EMMTFSI等离子液体，也可以采用常规的电解液TEABF4/ANo
[0032]下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
[0033]实施例1
[0034](I)将Ig氧化石墨加入水中形成悬浮液,超声分散Ih,形成浓度为lmg/ml氧化石墨烯悬浮液，
[0035](2)配制浓度为lg/L的NaOH溶液，将NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌lh，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH与氧化石墨烯的质量比为1:1;
[0036](3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于60°C干燥48h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中,800°C反应5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。
[0037]实施例2
[0038](I)将20g氧化石墨加入水中形成悬浮液,超声分散5h,形成浓度为20mg/ml氧化
石墨烯悬浮液，`
[0039](2)配制浓度为500g/L的NaOH溶液，将NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌5h，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH与氧化石墨烯的质量比为50:1 ；
[0040](3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于80°C干燥24h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1200°C反应Ih，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。
[0041]实施例3
[0042](I)将IOg氧化石墨加入水中形成悬浮液,超声分散Ih,形成浓度为10mg/ml氧化
石墨烯悬浮液，
[0043](2)配制浓度为100g/L的NaOH溶液，将NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌2h，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH与氧化石墨烯的质量比为10:1 ；
[0044](3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于70°C干燥36h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中,900°C反应4h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。
[0045]实施例4
[0046](I)将5g氧化石墨加入水中形成悬浮液,超声分散2h,形成浓度为5mg/ml氧化石墨烯悬浮液，
[0047](2)配制浓度为300g/L的NaOH溶液，将NaOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌3h，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中NaOH与氧化石墨烯的质量比为30:1 ；
[0048](3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于75°C干燥30h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1000°c反应3h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。
[0049]对实施例1~4制备的石墨烯通过BET测试得到的比表面积如表1所示:
[0050]表1
[0051]
【权利要求】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为I~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液； 将浓度为I~500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液； 将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述超声分散处理时间为1 ~5h。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述NaOH与氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH与氧化石墨烯的质量比为I~50: I。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60~80°C，干燥处理时间为24~48h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧时，温度为800~1200°C，煅烧时间为I~5h。
6.一种石墨烯，其特征在于，该石墨烯采用权利要求1~5任一所述的制备方法制得。
7.一种电极片，包括集流体，以及涂覆在所述集流体表面的活性材料；其特征在于，所述活性材料包括权利要求6所述的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂；所述石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂的质量比为88: 10: 2。
8.一种超级电容器，其特征在于，包括权利要求7所述的电极片。
【文档编号】C01B31/04GK103833010SQ201210480794
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】周明杰, 钟玲珑, 王要兵, 刘大喜 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司