本发明涉及电极材料
技术领域：
，特别涉及一种基于有机聚合物的复合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基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料，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,同时结合有机聚合物的优良特性，提高材料的整体性能。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于有机聚合物的复合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，得到的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料，其导电性能优良、介电常数高、充放电性能好，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：基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料，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、聚丙烯酰胺10-15份、聚吡咯5-10份、聚苯乙烯5-9份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物7-15份、聚丁二醇丁二酸酯5-10份、碳酸二甲酯4-9份、N,N-二甲基甲酰胺3-6份、三氟化锰1-3份、二甲基乙酰胺4-7份、氢氧化镁2-5份、二氧化硅4-9份、环己酮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。所述的基于有机聚合物的复合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、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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，加入二氧化硅、环己酮、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820-900℃，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89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）本发明的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料以石墨烯、稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺、二氧化硅、环己酮、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，使得制备而成的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料，其导电性能优良、介电常数高、充放电性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。（2）本发明的基于有机聚合物的复合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、聚丙烯酰胺10份、聚吡咯5份、聚苯乙烯5份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物7份、聚丁二醇丁二酸酯5份、碳酸二甲酯4份、N,N-二甲基甲酰胺3份、三氟化锰1份、二甲基乙酰胺4份、氢氧化镁2份、二氧化硅4份、环己酮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、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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3-5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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼1小时，转速1000转/分钟，反应温度为820℃，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89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。制得的基于有机聚合物的复合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、聚丙烯酰胺12份、聚吡咯7份、聚苯乙烯6份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物10份、聚丁二醇丁二酸酯6份、碳酸二甲酯5份、N,N-二甲基甲酰胺4份、三氟化锰2份、二甲基乙酰胺5份、氢氧化镁3份、二氧化硅6份、环己酮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、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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3.5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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼1.5小时，转速1200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89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1.4Mpa,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。制得的基于有机聚合物的复合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、聚丙烯酰胺14份、聚吡咯9份、聚苯乙烯8份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物13份、聚丁二醇丁二酸酯8份、碳酸二甲酯8份、N,N-二甲基甲酰胺5份、三氟化锰2份、二甲基乙酰胺6份、氢氧化镁4份、二氧化硅8份、环己酮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、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼2小时，转速1400转/分钟，反应温度为880℃，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89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,同时缓慢充入氮气保护，涂覆以后的成品在氮气氛围中保温4小时，降至室温即得成品。制得的基于有机聚合物的复合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、聚丙烯酰胺15份、聚吡咯10份、聚苯乙烯9份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物15份、聚丁二醇丁二酸酯10份、碳酸二甲酯9份、N,N-二甲基甲酰胺6份、三氟化锰3份、二甲基乙酰胺7份、氢氧化镁5份、二氧化硅9份、环己酮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、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼3小时，转速1500转/分钟，反应温度为900℃，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89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。制得的基于有机聚合物的复合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、五甘醇5份、聚丙烯酰胺10份、聚苯乙烯5份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物7份、聚丁二醇丁二酸酯5份、三氟化锰1份、二甲基乙酰胺4份、氢氧化镁2份、二氧化硅4份、环己酮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、五甘醇，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、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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3-5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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼1小时，转速1000转/分钟，反应温度为820℃，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89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。制得的基于有机聚合物的复合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、聚丙烯酰胺15份、聚吡咯10份、聚苯乙烯9份、聚乳酸-羟基乙酸共聚物15份、碳酸二甲酯9份、N,N-二甲基甲酰胺6份、二甲基乙酰胺7份、氢氧化镁5份、二氧化硅9份、环己酮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、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，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、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、二甲基乙酰胺、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，加入二氧化硅、环己酮、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，在氮气氛围中混炼3小时，转速1500转/分钟，反应温度为900℃，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89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。制得的基于有机聚合物的复合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的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料分别进行放电比容量、介电常数、内阻、比容量这几项性能测试。表1 放电比容量（mAh/g）介电常数（εr）内阻（Ω.m）比电容（F/g)实施例1123181961.6183实施例2125169171.7182实施例3124183291.5181实施例4126177421.6185对比例13457833.1121对比例24660232.7116本发明的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料以石墨烯、稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化锰、二甲基乙酰胺、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、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺、二氧化硅、环己酮、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，使得制备而成的基于有机聚合物的复合石墨烯电极材料，其导电性能优良、介电常数高、充放电性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的基于有机聚合物的复合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