本发明涉及电极材料
技术领域：
，特别涉及一种氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料及其制备方法。
背景技术：
：2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料，最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子（氢原子）也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。所以本项目旨在研制出一款氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料，通过对电极材料的性能改良，达到提到电极电化性能的目的。所以目前研制出一款氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料对行业内某些特殊需求显得尤为重要。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料，其导电性能优良、导热性能良好、电化性能佳，能够提高电极的循环性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料，由下列重量份的原料制成：石墨烯30-45份、氮化碳5-10份、聚己内酯8-15份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5-8份、三甘醇5-10份、硬脂酸甘油单酯4-9份、碳酸二甲酯4-9份、异丙醇铝3-6份、硼化钛1-3份、对甲苯磺酸4-7份、氢氧化镁2-5份、四氯化硅4-9份、三乙胺1-4份、淀粉辛烯基琥珀酸铝3-6份、稀土1-4份、分散剂4-7份、硅烷偶联剂3-6份、胶黏剂3-8份。优选地，所述分散剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠中的一种或几种。优选地，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。优选的，所述胶黏剂选自二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯、羧甲基纤维素钠、丁腈-酚醛树脂、聚氨酯胶中的一种或几种。所述的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照重量份称取各原料；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于分散剂中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为300-500W，超声时间为3-6小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1000-1500转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至3-5之间，搅拌时间为45-60分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、硅烷偶联剂、胶黏剂，在还原性气体氛围中混炼1-3小时，转速1000-1500转/分钟，反应温度为720-850℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至1-2Mpa,同时缓慢充入还原性气体保护，涂覆以后的成品在还原性气体中保温3-5小时，降至室温即得成品。优选地，所述步骤（4）和步骤（6）中，还原性气体氛围为氩气气体氛围。本发明与现有技术相比，其有益效果为：（1）本发明的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料以石墨烯、氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土为主要成分，通过加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯、三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、分散剂、硅烷偶联剂、胶黏剂，辅以超声分散、搅拌密炼、惰性气体环境混炼、喷雾干燥、物料涂覆电极等工艺，使得制备而成的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料，其导电性能优良、导热性能良好、电化性能佳，能够提高电极的循环性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。（2）本发明的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。实施例1（1）按照重量份称取石墨烯30份、氮化碳5份、聚己内酯8份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5份、三甘醇5份、硬脂酸甘油单酯4份、碳酸二甲酯4份、异丙醇铝3份、硼化钛1份、对甲苯磺酸4份、氢氧化镁2份、四氯化硅4份、三乙胺1份、淀粉辛烯基琥珀酸铝3份、稀土1份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯3份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于N-甲基-2-吡咯烷酮中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为300W，超声时间为3小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1000转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至3之间，搅拌时间为45分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯，在氩气氛围中混炼1小时，转速1000转/分钟，反应温度为720℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至1Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温3小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。实施例2（1）按照重量份称取石墨烯35份、氮化碳7份、聚己内酯11份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐6份、三甘醇7份、硬脂酸甘油单酯5份、碳酸二甲酯5份、异丙醇铝4份、硼化钛2份、对甲苯磺酸5份、氢氧化镁3份、四氯化硅5份、三乙胺2份、淀粉辛烯基琥珀酸铝4份、稀土2份、十六烷基三甲基溴化铵5份、3-氨丙基三甲氧基硅烷4份、羧甲基纤维素钠5份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于十六烷基三甲基溴化铵中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为350W，超声时间为4小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1200转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至4之间，搅拌时间为50分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、3-氨丙基三甲氧基硅烷、羧甲基纤维素钠，在氩气氛围中混炼2小时，转速1200转/分钟，反应温度为750℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至1.3Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温4小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。实施例3（1）按照重量份称取石墨烯40份、氮化碳9份、聚己内酯13份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐7份、三甘醇9份、硬脂酸甘油单酯8份、碳酸二甲酯7份、异丙醇铝5份、硼化钛2份、对甲苯磺酸6份、氢氧化镁4份、四氯化硅8份、三乙胺3份、淀粉辛烯基琥珀酸铝5份、稀土3份、十二烷基苯磺酸钠6份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷5份、丁腈-酚醛树脂7份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于十二烷基苯磺酸钠中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为450W，超声时间为5小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1400转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至4.5之间，搅拌时间为55分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、丁腈-酚醛树脂，在氩气氛围中混炼2.5小时，转速1400转/分钟，反应温度为800℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至1.8Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温4.5小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。实施例4（1）按照重量份称取石墨烯45份、氮化碳10份、聚己内酯15份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐8份、三甘醇10份、硬脂酸甘油单酯9份、碳酸二甲酯9份、异丙醇铝6份、硼化钛3份、对甲苯磺酸7份、氢氧化镁5份、四氯化硅9份、三乙胺4份、淀粉辛烯基琥珀酸铝6份、稀土4份、木质素磺酸钠7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷6份、聚氨酯胶8份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于木质素磺酸钠中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为500W，超声时间为6小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1500转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至5之间，搅拌时间为60分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯胶，在氩气氛围中混炼3小时，转速1500转/分钟，反应温度为850℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至2Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温5小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。对比例1（1）按照重量份称取石墨烯30份、氮化碳5份、聚己内酯8份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5份、三甘醇5份、碳酸二甲酯4份、异丙醇铝3份、硼化钛1份、对甲苯磺酸4份、氢氧化镁2份、三乙胺1份、淀粉辛烯基琥珀酸铝3份、稀土1份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯3份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于N-甲基-2-吡咯烷酮中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、碳酸二甲酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为300W，超声时间为3小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1000转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至3之间，搅拌时间为45分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯，在氩气氛围中混炼1小时，转速1000转/分钟，反应温度为720℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至1Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温3小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。对比例2（1）按照重量份称取石墨烯45份、氮化碳10份、聚己内酯15份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐8份、三甘醇10份、硬脂酸甘油单酯9份、硼化钛3份、对甲苯磺酸7份、氢氧化镁5份、四氯化硅9份、三乙胺4份、淀粉辛烯基琥珀酸铝6份、稀土4份、木质素磺酸钠7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷6份、聚氨酯胶8份；（2）将石墨烯加入浓硫酸中氧化，得到氧化石墨烯类材料，并经过超声分散于木质素磺酸钠中，同时加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯，得到石墨烯悬浮液，超声功率为500W，超声时间为6小时；（3）将氮化碳、聚己内酯、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速1500转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至5之间，搅拌时间为60分钟；（4）将步骤（2）的氧化石墨烯材料和步骤（3）的搅拌混合物投入密炼机中，加入三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯胶，在氩气氛围中混炼3小时，转速1500转/分钟，反应温度为850℃，然后冷却至220℃，得到密炼混合物；（5）将上述密炼混合物注入喷雾干燥机，干燥成粉，喷雾干燥机进风温度为250℃，出风温度180℃，恒流泵转度为84转/分钟；（6）将喷雾干燥机喷出的物料注入马弗炉中，均匀涂覆在经过处理的电极上，马弗炉预设温度620℃，加入物料后降温至280℃，加压至2Mpa,同时缓慢充入氩气保护，涂覆以后的成品在氩气氛围中保温5小时，降至室温即得成品。制得的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料测试结果如表1所示。将实施例1-4和对比例1-2的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料分别进行内阻、比电容、循环容量保持率、导热系数这几项性能测试。表1内阻（Ω.m）比电容（F/g)循环容量保持率%导热系数（W/mK）实施例11.65186.798.312.1实施例21.75185.698.512.2实施例31.55184.697.912.1实施例41.65188.798.412.3对比例13.19123.465.22.0对比例22.78118.374.81.8本发明的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料以石墨烯、氮化碳、聚己内酯、异丙醇铝、硼化钛、对甲苯磺酸、氢氧化镁、四氯化硅、稀土为主要成分，通过加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、三甘醇、硬脂酸甘油单酯、碳酸二甲酯、三乙胺、淀粉辛烯基琥珀酸铝、分散剂、硅烷偶联剂、胶黏剂，辅以超声分散、搅拌密炼、惰性气体环境混炼、喷雾干燥、物料涂覆电极等工艺，使得制备而成的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料，其导电性能优良、导热性能良好、电化性能佳，能够提高电极的循环性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的氮化碳包覆的超导石墨烯电极材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3