一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法与流程

本发明属于石墨烯纸，特别是涉及一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法。

背景技术：

1、石墨烯是2004年发现的一种单层二维碳原子晶体，其独特的二维层状结构以及优异的电学、热学、力学等性能，使其在柔性电子学、光电探测、能量存储等众多领域展现出非常优异的应用前景。受限于石墨烯的制备方法，目前制备大尺寸质量好的单层石墨烯样品还存在着困难，大多限制在微米尺度，为了实现应用，如何组装具有宏观尺度的石墨烯材料便成了近期科研工作者研究的热点之一。石墨烯纸作为一种典型的二维结构的石墨烯宏观组装材料，由于其易于与现代流行的材料加工手段相融合，特别是在储能领域受到了广泛的关注。

2、cn109455700b公开了一种石墨烯纸的制备方法及相应的石墨烯纸，本方法用氧化石墨烯颗粒作为原料，在加热氧化石墨烯颗粒后降温，然后将加热降温后的氧化石墨烯微片进行辊压，高温烧结得到石墨烯纸。由于对氧化石墨烯进行加热及迅速降温，氧化石墨烯颗粒形成相互扭曲交织在一起的形态，且使用高温烧结还原氧化石墨烯不需要添加其他还原剂，使用使本发明的方法制备的石墨烯杂质含量少、具有良好的三维导热性，拉伸强度高且具有良好的各向延伸性。然而制备石墨烯纸的方法为真空抽滤迅速降温方法，真空抽滤迅速降温法在制备过程中也存在着耗能高以及材料与滤膜分离困难的缺点，还存在改进空间。

3、因此，现有技术缺乏一种石墨烯纸厚度均匀、具有较好的电化学性能的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，相较于现有方法，该制备方法操作更加简单、成本低，所得的石墨烯纸厚度均匀、具有较好的电化学性能，且易于与衬底材料分离，可以制备大面积的石墨烯纸。

2、本发明保护一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，包括：如下步骤：

3、s1，电纺纳米纤维膜衬底：配制高分子聚合物纺丝前驱液，将所得纺丝前驱液加入静电纺丝装置的储液机构中，利用静电纺丝法制备高分子聚合物纳米纤维膜，即在收集底板上得到纳米纤维膜衬底；

4、s2，电喷复合氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯分散液置于静电喷雾装置的储液机构中，将s1纳米纤维膜衬底置于静电喷雾装置的收集机构上，纳米纤维膜衬底上直接喷涂复合氧化石墨烯薄膜；

5、s3，去除衬底：将s2所得的复合膜材料的纳米纤维膜衬底去除，得氧化石墨烯薄膜；

6、s4，还原氧化石墨烯：将s3所得的氧化石墨烯薄膜还原即得石墨烯纸。

7、作为优选，s2静电喷雾装置的收集机构为电脑控制的二维移动平台，s1中纳米纤维膜衬底连同其底部的收集底板一起置于二维移动平台上，利用静电喷雾法在纳米纤维膜衬底上直接喷涂复合氧化石墨烯薄膜，s2的静电喷雾过程中，喷头与纳米纤维膜衬底的竖直距离为1.8～3cm，喷雾电压8～10kv，储液机构的推进泵推进速度25～40μl/min。

8、作为优选，s2中将纳米纤维膜衬底上喷涂复合氧化石墨烯薄膜上利用的为静电喷雾法，s1的收集底板为带有镂空图案的金属板。

9、作为优选，s3为将s2所得的复合膜材料浸于可溶解s1的高分子聚合物的溶剂中，浸泡直至纳米纤维膜衬底完全溶解后取出样品，用去离子水清洗后得氧化石墨烯薄膜。

10、作为优选，s2所述的氧化石墨烯分散液的溶剂为n，n-二甲基甲酰胺,所含的氧化石墨烯浓度为11.8mg/g，s3为s2所得的复合膜材料在氧气氛下进行高温热处理，烧掉纳米纤维膜衬底后取出样品，即得氧化石墨烯薄膜。

11、作为优选，所述的s4为将s3所得的氧化石墨烯薄膜通过氢碘酸还原，优选的，浸于浓度为89wt％以上的氢碘酸中，加热120℃-150℃以上还原1.2-2小时，氧化石墨烯即被还原，将所得样品放入真空干燥柜中常温干燥后即得石墨烯纸；

12、优选的，s4为将s3所得的氧化石墨烯薄膜在还原气氛下进行高温热处理，至氧化石墨烯被还原，即得石墨烯纸；

13、优选的，s4为将s3所得的氧化石墨烯薄膜置于还原剂中进行还原反应，将氧化石墨烯还原为石墨烯后，清洗、干燥所得样品即得石墨烯纸。

14、作为优选，s1中的配制高分子聚合物纺丝前驱液的高分子材料为尼龙、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

15、作为优选，s1中配制高分子聚合物纺丝前驱液的配置装置包括混合桶(1)，混合桶(1)内转动配合有转轴(2)，转轴(2)侧部周向阵列有多个u型刮板架(3)，u型刮板架(3)内转动配合有从动轴(4)，从动轴(4)周侧套设有滤桶(5)，从动轴(4)周侧套设有位于滤桶(5)内的蛟龙叶片(6)，从动轴(4)上端贯穿u型刮板架(3)连接有齿轮(7)，混合桶(1)内壁装设有与多个齿轮(7)啮合的内齿环(8)，混合桶(1)上侧滑动配合有支撑板(9)，支撑板(9)底面装设有与转轴(2)连接的电机(10)。

16、作为优选，滤桶(5)开口方向朝向混合桶(1)桶底，滤桶(5)周侧螺旋阵列有多个第一搅拌杆，混合桶(1)上侧对称装设有与支撑板(9)连接的两电动推杆(11)，转轴(2)周侧螺旋阵列有多个第二搅拌杆。

17、作为优选，u型刮板架(3)横截面为扇形结构，u型刮板架(3)外侧与混合桶(1)内壁贴合，转轴(2)上部周侧开设有环形槽(12)，支撑板(9)底面装设有限位筒(13)，且限位筒(13)底端设有位于环形槽(12)内的内翻边。

18、本发明有益效果有：

19、(1)通过滴入适量koh浓度为6mol/l溶液作为电解液制作双电层电容器，并静置9小时，在双电极系统中进行电化学测试，测试石墨烯纸电极在不同电流密度下的恒流充放电特性，在不同放电电流密度1a/g，2a/g，5a/g,10a/g下，可以计算出电极的比容量分别为185f/g，172f/g，147f/g，117f/，倍率性能较好；

20、(2)本方法制备的石墨烯纸的电化学性能好，电压降很小，在1a/g电流密度下计算出的比容量为185f/g，相比其他方法制备的纯石墨烯纸的容量性能较好，操作更加简单、成本低，石墨烯纸厚度更加均匀。

技术特征：

1.一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，其特征在于，包括：如下步骤：

2.根据权利要求1所述的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s2静电喷雾装置的收集机构为电脑控制的二维移动平台，s1中纳米纤维膜衬底连同其底部的收集底板一起置于二维移动平台上，利用静电喷雾法在纳米纤维膜衬底上直接喷涂复合氧化石墨烯薄膜，s2的静电喷雾过程中，喷头与纳米纤维膜衬底的竖直距离为1.8～3cm，喷雾电压8～10kv，储液机构的推进泵推进速度25～40μl/min。

3.根据权利要求2所述的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s2中将纳米纤维膜衬底上喷涂复合氧化石墨烯薄膜上利用的为静电喷雾法，s1的收集底板为带有镂空图案的金属板。

4.根据权利要求3所述的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s3为将s2所得的复合膜材料浸于可溶解s1的高分子聚合物的溶剂中，浸泡直至纳米纤维膜衬底完全溶解后取出样品，用去离子水清洗后得氧化石墨烯薄膜。

5.根据权利要求4所述的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s2所述的氧化石墨烯分散液的溶剂为n，n-二甲基甲酰胺,所含的氧化石墨烯浓度为11.8mg/g，s3为s2所得的复合膜材料在氧气氛下进行高温热处理，烧掉纳米纤维膜衬底后取出样品，即得氧化石墨烯薄膜。

6.根据权利要求4或5所述的石墨烯纸制备方法，其特征在于，所述的s4为将s3所得的氧化石墨烯薄膜通过氢碘酸还原，优选的，浸于浓度为89wt％以上的氢碘酸中，加热120℃-150℃以上还原1.2-2小时，氧化石墨烯即被还原，将所得样品放入真空干燥柜中常温干燥后即得石墨烯纸；

7.如权利要求1所述的一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s1中的配制高分子聚合物纺丝前驱液的高分子材料为尼龙、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，其特征在于，s1中配制高分子聚合物纺丝前驱液的配置装置包括混合桶(1)，混合桶(1)内转动配合有转轴(2)，转轴(2)侧部周向阵列有多个u型刮板架(3)，u型刮板架(3)内转动配合有从动轴(4)，从动轴(4)周侧套设有滤桶(5)，从动轴(4)周侧套设有位于滤桶(5)内的蛟龙叶片(6)，从动轴(4)上端贯穿u型刮板架(3)连接有齿轮(7)，混合桶(1)内壁装设有与多个齿轮(7)啮合的内齿环(8)，混合桶(1)上侧滑动配合有支撑板(9)，支撑板(9)底面装设有与转轴(2)连接的电机(10)。

9.如权利要求8所述的一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，其特征在于，滤桶(5)开口方向朝向混合桶(1)桶底，滤桶(5)周侧螺旋阵列有多个第一搅拌杆，混合桶(1)上侧对称装设有与支撑板(9)连接的两电动推杆(11)，转轴(2)周侧螺旋阵列有多个第二搅拌杆。

10.如权利要求8所述的一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，其特征在于，u型刮板架(3)横截面为扇形结构，u型刮板架(3)外侧与混合桶(1)内壁贴合，转轴(2)上部周侧开设有环形槽(12)，支撑板(9)底面装设有限位筒(13)，且限位筒(13)底端设有位于环形槽(12)内的内翻边。

技术总结
本发明公开了一种基于静电纺丝用于铅酸电池板栅的石墨烯纸制备方法，涉及石墨烯纸技术领域。本发明包括如下步骤：S1，电纺纳米纤维膜衬底：配制高分子聚合物纺丝前驱液，将所得纺丝前驱液加入静电纺丝装置的储液机构中，利用静电纺丝法制备高分子聚合物纳米纤维膜，即在收集底板上得到纳米纤维膜衬底；S2，电喷复合氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯分散液置于静电喷雾装置的储液机构中，将S1纳米纤维膜衬底置于静电喷雾装置的收集机构上。本发明制备的石墨烯纸的电化学性能好，电压降很小，在1A/g电流密度下计算出的比容量为185F/g，相比其他方法制备的纯石墨烯纸的容量性能较好，操作更加简单、成本低，石墨烯纸厚度更加均匀。

技术研发人员：李政文,李思睿,黎少伟
受保护的技术使用者：广州倬粤电能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15