本发明涉及电极材料
技术领域：
，特别涉及一种超级电容器用高性能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储电性能优良的石墨烯复合电极材料，应用石墨烯的优良电化学特性来满足电极材料行业的需求和发展。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种超级电容器用高性能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，得到的超级电容器用高性能石墨烯电极材料，其电性能可靠,导电性能优良、介电常数高，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：超级电容器用高性能石墨烯电极材料，由下列重量份的原料制成：石墨烯30-45份、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5-8份、五甘醇5-10份、四氯化钛3-7份、三氯化铁2-6份、甲基三乙氧基硅烷4-9份、椰子油3-6份、钴酸锂5-7份、二甲基乙酰胺4-7份、氢氧化镁2-5份、甲基戊醇4-9份、环己酮1-4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。所述的超级电容器用高性能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、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为500-700W，超声时间为3-6小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速500-800转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至2.5-3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，加入甲基戊醇、环己酮、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450-600转/分钟，反应温度为660-700℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，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，还原性气体氛围为氮气气体氛围。本发明与现有技术相比，其有益效果为：（1）本发明的超级电容器用高性能石墨烯电极材料以石墨烯、稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁为主要成分，通过加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂、甲基戊醇、环己酮、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，使得制备而成的超级电容器用高性能石墨烯电极材料，其电性能可靠,导电性能优良、介电常数高，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。（2）本发明的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5份、五甘醇5份、四氯化钛3份、三氯化铁2份、甲基三乙氧基硅烷4份、椰子油3份、钴酸锂5份、二甲基乙酰胺4份、氢氧化镁2份、甲基戊醇4份、环己酮1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、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为500W，超声时间为3小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速500转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至2.5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，加入甲基戊醇、环己酮、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯，在氮气氛围中混炼1小时，转速450转/分钟，反应温度为660℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至1Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温3小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐6份、五甘醇7份、四氯化钛4份、三氯化铁3份、甲基三乙氧基硅烷6份、椰子油4份、钴酸锂6份、二甲基乙酰胺5份、氢氧化镁3份、甲基戊醇5份、环己酮2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、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为550W，超声时间为4小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速600转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至2.7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，加入甲基戊醇、环己酮、3-氨丙基三甲氧基硅烷、羧甲基纤维素钠，在氮气氛围中混炼1.5小时，转速500转/分钟，反应温度为670℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至1.3Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温3.5小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐7份、五甘醇9份、四氯化钛6份、三氯化铁5份、甲基三乙氧基硅烷8份、椰子油5份、钴酸锂6份、二甲基乙酰胺6份、氢氧化镁4份、甲基戊醇8份、环己酮3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、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为650W，超声时间为5小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速700转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至2.9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，加入甲基戊醇、环己酮、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、丁腈-酚醛树脂，在氮气氛围中混炼2.5小时，转速550转/分钟，反应温度为680℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至1.7Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温4.5小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐8份、五甘醇10份、四氯化钛7份、三氯化铁6份、甲基三乙氧基硅烷9份、椰子油6份、钴酸锂7份、二甲基乙酰胺7份、氢氧化镁5份、甲基戊醇9份、环己酮4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、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为700W，超声时间为6小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速800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，加入甲基戊醇、环己酮、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯胶，在氮气氛围中混炼3小时，转速600转/分钟，反应温度为700℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至2Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温5小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐5份、四氯化钛3份、三氯化铁2份、甲基三乙氧基硅烷4份、椰子油3份、钴酸锂5份、二甲基乙酰胺4份、氢氧化镁2份、甲基戊醇4份、环己酮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、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为500W，超声时间为3小时；（3）将四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速500转/分钟，在搅拌状态下用0.2mol/L的氨水调节pH值至2.5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，加入甲基戊醇、环己酮、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯，在氮气氛围中混炼1小时，转速450转/分钟，反应温度为660℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至1Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温3小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐8份、五甘醇10份、四氯化钛7份、三氯化铁6份、椰子油6份、钴酸锂7份、二甲基乙酰胺7份、环己酮4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、五甘醇、椰子油、钴酸锂，得到石墨烯悬浮液，超声功率为700W，超声时间为6小时；（3）将稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、加入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌转速800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，加入环己酮、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯胶，在氮气氛围中混炼3小时，转速600转/分钟，反应温度为700℃，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87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520℃，加入物料后降温至380℃，加压至2Mpa,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温5小时，降至室温即得成品。制得的超级电容器用高性能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的超级电容器用高性能石墨烯电极材料分别进行0.1C首次比容量、0.1C首次效率、0.1C300次循环容量保持率、介电常数这几项性能测试。表1 0.1C首次比容量（mAh/g）0.1C首次效率%0.1C300次循环容量保持率%介电常数（εr）实施例112395.191.815576实施例212594.692.114481实施例312494.792.615690实施例412695.391.815187对比例13491.170.54950对比例24690.673.85156本发明的超级电容器用高性能石墨烯电极材料以石墨烯、稀土、四氯化钛、三氯化铁、甲基乙酰胺、氢氧化镁为主要成分，通过加入N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、五甘醇、甲基三乙氧基硅烷、椰子油、钴酸锂、甲基戊醇、环己酮、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，使得制备而成的超级电容器用高性能石墨烯电极材料，其电性能可靠,导电性能优良、介电常数高，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的超级电容器用高性能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