一种石墨烯的制备方法_2

文档序号:8918135阅读:来源:国知局
所述表面活性剂包含润湿剂、分散剂、渗 透剂、增溶剂、助溶剂、潜溶剂中的至少一种;所述表面活性剂占工作层质量的〇. 1-10%, 所述表面活性剂占电解液质量的〇. 1-10%。
[0020] 作为本发明石墨烯制备方法的一种改进,所述润湿剂为阴离子型或/和非离子型 润湿剂;所述分散剂为脂肪酸类/脂肪族酰胺类/酯类分散剂、石蜡类、金属皂类、低分子蜡 类、HPM中的至少一类;所述渗透剂为非离子型或/和阴离子型渗透剂;所述阴离子型润湿 剂包括烷基硫酸盐、磺酸盐、脂肪酸或脂肪酸酯硫酸盐、羧酸皂类和磷酸酯中的至少一种; 所述非离子型润湿剂包括聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段 共聚物中的至少一种;所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、油酸酰、硬脂酸单甘油酯、三硬脂 酸甘油酯、液体石蜡、微晶石蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡和聚乙二醇中的 至少一种;所述非离子型渗透剂包含JFC、JFC-I、JFC-2和JFC-E中的至少一种;所述阴离 子型渗透剂包含快速渗透剂T、耐碱渗透剂0EP-70、耐碱渗透剂AEP和高温渗透剂JFC-M中 的至少一种;所述助溶剂包括苯甲酸、苯甲酸钠、水杨酸、水杨酸钠、对氨基苯甲酸、乌拉坦、 尿素、酰胺、乙酰胺、硼砂和碘化钾中的至少一种;所述潜溶剂包括乙醇、甘油、丙二醇和聚 乙二醇中的至少一种。
[0021] 作为本发明石墨烯制备方法的一种改进,为了改变电子电阻和离子阻抗,调节剥 离反应速度,步骤4所述剥离反应过程中,施加于预反应体上的压强为0.0 IMPa-lOOMPa,反 应温度控制在〇°C _150°C,反应时间为lmin-48h。
[0022] 作为本发明石墨烯制备方法的一种改进,步骤1所述工作层中或/和所述辅助层 中还含有导电剂或/和粘接剂;所述导电剂包括导电炭黑、超级导电炭、碳纳米管、科琴黑 和石墨烯中的至少一种;所述粘接剂包括聚偏氟乙烯、十二烷基苯磺酸钠和丁苯橡胶中的 至少一种。
[0023] 作为本发明石墨烯制备方法的一种改进,步骤5所述纯化方式包括洗涤、离心、静 置沉降和过滤中的至少一种。
[0024] 一种使用本发明的方法制备出来的石墨烯,以及使用该石墨烯制备的储能器件、 热导器件、电导器件。
[0025] 本发明的有益效果在于:与传统的石墨烯制备方法不同,采用本方法制备石墨烯 时:
[0026] 首先,极大的降低了生产过程中的安全隐患和环境污染问题:本发明所使用的反 应物无腐蚀性、剥离反应较为温和、且不需要特别的高温加热,因此大批量生产时安全性 高;同时,制备得到的产物杂质含量低,仅需要简单清洗即得到纯净的石墨烯,因此所产生 的废水量少,环境污染小。
[0027] 其次,极大的简化了生产工艺:本发明制备石墨烯时,仅需要将含有碳材料的工作 层附着于工作集流体上得到工作电极;再将含有动力源物质的辅助层附着于辅助集流体上 得到辅助电极;之后工作电极与辅助电极直接组装得到预反应体,即可进行注液,进而进 行石墨剥离反应制备得到石墨烯,而不需要将电极组装成成品电芯,极大的减少了生成工 艺,降低了制造成本。
[0028] 第三,本发明制备石墨烯时,在离子通道与电子通道同时导通时,辅助层中活性物 质将自发的与工作层中的石墨进行反应,剥离石墨,而不需要在工作电极与辅助电解之间 设置隔离层,简化了反应物结构,也可降低制造成本;
[0029] 第四,更容易制备石墨片层数量少的石墨烯:由于有表面活性剂的存在,剥离开之 后的石墨片层将迅速被表面活性剂包围,防止生成的石墨烯相互堆叠,从而降低了制备石 墨烯的难度,更容易制备得到片层数量少的石墨烯。
[0030] 最后,本发明制备的石墨烯,仅仅是将石墨片层剥离制备石墨烯,无需破坏石墨片 层结构,因此制备出来的石墨烯缺陷少(或无缺陷)、品质高。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合【具体实施方式】对本发明及其有益效果进行详细说明,但本发明的实施方 式不限于此。
[0032] 比较例1,预反应浆料配制:按照石墨:高锰酸钾:浓硫酸(质量浓度为98% ): 硝酸钠=2. 5:4. 5:50:1的质量关系,在6°C的反应器,加入浓硫酸(浓度为98%)、硝酸钠、 石墨和高锰酸钾,搅拌均匀后得到预反应浆料;
[0033] 低温反应:将上述得到的预反应浆料置于6°C的环境下反应4h,即得到低温反应 产物;
[0034] 稀释液制备:按照去离子水:低温反应产物=0. 5:1的质量关系,选择25°C的去 离子水作为稀释剂,向上述低温反应产物中缓慢加入稀释,观察并记录加料时间、物料温度 变化及稀释过程的现象。
[0035] 高温反应:将上述得到的稀释液升温至90°C,之后保持温度进行2h的高温反应, 即得到接枝氧化官能团的氧化石墨浆料;
[0036] 纯化:用去离子水对上述氧化反应后的产物进行洗涤一过滤一洗涤一过滤一…… 操作,将其中的杂离子去除,得到纯净的氧化石墨,之后干燥、粉粹得到氧化石墨粉。
[0037] 解理:将上述氧化石墨粉在氮气氛下,升温至500°C,解理得到石墨烯粉体。
[0038] 实施例1,
[0039] 工作电极的制备:按照膨胀石墨:超级导电碳:丁苯橡胶=96:3:1的质量关系配 制浆料,之后涂敷在铜箔集流体上制备得到工作电极;
[0040] 辅助电极的制备:按照磷酸铁锂:导电炭黑:聚偏氟乙烯=95:4:1的质量关系配 制浆料,之后涂敷在铝箔集流体上制备得到辅助电极;
[0041] 组装:将工作电极与辅助电极分切成相同形状,之后直接组装,使得工作层与辅助 层完全对应,并得到预反应体。
[0042] 石墨烯反应体的制备:以碳酸丙烯酯:碳酸二甲酯=1:1的混合液作为溶剂、 lmol/L的六氟磷酸锂为溶质的溶液作为初始电解液(反应液);再在该初始电解液中加入 聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂,且其质量占电解液总质量的20%。将电解液注入预反应 体中,待其充分浸润后,对预反应体置于150°C环境中,同时施加 IMPa的面压,使得膨胀石 墨与磷酸铁锂之间同时形成离子通道和电子通道,即可自发进行膨胀石墨的剥离,Ih后得 到石墨稀反应体。
[0043] 纯化:拆解上述石墨烯反应体,将工作电极与辅助电极分开,之后再将工作层从集 流体上剥离开来,通过洗涤,过滤,去除杂质,得到石墨烯浆料;干燥后即得到石墨烯粉体材 料。
[0044] 实施例2,与实施例1不同,本实施例包括:
[0045] 工作电极的制备:按照膨胀石墨:超级导电碳:丁苯橡胶:聚乙稀P比略烧酮= 75:4:1:20的质量关系配制浆料,之后涂敷在铜箔集流体上制备得到工作电极;
[0046] 石墨烯反应体的制备:以碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯=1:1的混合液作为溶剂、 I. lmol/L的六氟磷酸锂为溶质的溶液作为电解液(反应液)。将电解液注入预反应体中, 待其充分浸润后,对预反应体置于150°C环境中,同时施加 IMPa的面压,使得膨胀石墨与磷 酸铁锂之间同时形成离子通道和电子通道,即可自发进行膨胀石墨的剥离,Ih后得到石墨
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