一種石墨烯電極片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯電極片及其制備方法，該方法包括步驟：將石墨烯與離子液體混合后超聲分散處理，得到穩(wěn)定的石墨烯懸浮液；將石墨烯懸浮液作為電解液，往電解液中平行插入兩個相同材質(zhì)的鋁箔或銅箔分別作為陽極和陰極電極，并電連接后施加電壓，取下陰極電極，得到石墨烯電極片。本發(fā)明提供的制備方法，使用離子液體能夠較好的分散石墨烯，且沉積后的石墨烯，層間存在一定的離子液體，有利于改變石墨烯與電解液的相容性，有利于提高容量；通過電沉積的方法制備的電極片，可以省去復(fù)雜的涂布工藝，工藝簡單，且不用粘結(jié)劑，因此能夠有效的降低集流體與活性材料層之間的接觸內(nèi)阻，進(jìn)而降低超級電容器的等效串聯(lián)電阻，最終提高功率密度。
【專利說明】一種石墨烯電極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯電極片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種新型能量存儲裝置，具有高功率密度(為普通電池的10倍以上)、高循環(huán)壽命(循環(huán)次數(shù)可達(dá)10萬次以上)、快速充放電性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動通訊裝置、計算機(jī)、以及電動汽車的混合電源等。通常超級電容器的主要由電極活性物質(zhì)層、電解質(zhì)、隔膜、集流體、外殼等組裝而成。現(xiàn)有的超級電容器的能量密度一般比較低，超級電容器的能量密度的影響因素主要有電極材料的電容，體系的電壓，電極材料占電極活性物質(zhì)層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重，因此，增加電極材料的儲能性能和降低器件各個組成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流體的質(zhì)量是一個有效的提高能量密度的方法。
[0003]由于石墨烯內(nèi)碳原子層之間存在著很強(qiáng)的π-π堆積和范德華力，因此，在制備電極材料的過程中，很容易發(fā)生團(tuán)聚。且由于石墨烯本身性質(zhì)的關(guān)系，其與離子液體電解液有著較差的相容性，導(dǎo)致其在作為電極材料使用時，發(fā)揮容量較低；傳統(tǒng)制備電極片的工藝較為復(fù)雜，而且加入一定的粘結(jié)劑，絕緣的粘結(jié)劑的加入不僅降低了材料的導(dǎo)電性，還極大的降低了材料的比表面積，因而影響了石墨烯自身的電容特性。
[0004]石墨烯可通過一定的方法制備成石墨烯電極片，同時其高的機(jī)械性能和高電導(dǎo)率，因此可以在不加入任何粘結(jié)劑和金屬集流體的情況下，被直接應(yīng)用于超級電容器電極中。但是，現(xiàn)有石墨烯一般是與其他金屬集流體復(fù)合制得電極片，復(fù)合中采用粘結(jié)劑，增加了層與層之間的接觸內(nèi)阻，使得電極片的等效串聯(lián)電阻較高，且功率密度低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種石墨烯電極片的制備方法
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種石墨烯電極片的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將石墨烯和離子液體混合后研磨，得到混合物，然后將混合物加入溶劑中進(jìn)行超聲分散，形成濃度為0.l-5mg/ml的石墨烯懸浮液；所述石墨烯與離子液體的質(zhì)量體積比為
1:1-1:5 ；
[0009]將所述石墨烯懸浮液作為電解液，分別以直徑為5-lOcm的相同材質(zhì)的銅箔或鋁箔作為陽極電極和陰極電極，將兩電極平行對稱放置入電解液中，兩極間距為0.5-lcm,并在兩電極的兩端加入40-80V的直流電，電泳5-60min，取下陰極電極，干燥處理，得到石墨烯電極片。
[0010]所述石墨烯電極片的制備方法，優(yōu)選，所述溶劑為水、DMF (N，N_ 二甲基甲酰胺)、DMSO (二甲基亞砜)、DMAc (N，N-二甲基乙酰胺)或NMP (N-甲基吡咯烷酮)。
[0011]所述石墨烯電極片的制備方法，優(yōu)選，所述超聲分散的時間為l-5h。[0012]所述石墨烯電極片的制備方法，優(yōu)選，所述離子液體為咪唑類離子液體或吡咯烷類離子液體；其中，所述咪唑類離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽；所述吡咯烷類離子液體為1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸鹽或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸鹽。
[0013]所述石墨烯電極片的制備方法，優(yōu)選，所述干燥處理是在100°C的真空干燥箱中進(jìn)行。
[0014]本發(fā)明還提供上述任一方法制得的石墨烯電極片。
[0015]本發(fā)明提供的石墨烯電極片的制備方法，使用離子液體能夠較好的分散石墨烯，且沉積后的石墨烯，層間存在一定的離子液體，有利于改變石墨烯與電極液的相容性，有利于提高容量；通過電沉積的方法制備的電極片，可以省去復(fù)雜的涂布工藝，工藝簡單，且不用粘結(jié)劑，因此能夠有效的降低集流體與活性材料層之間的接觸內(nèi)阻，進(jìn)而降低超級電容器的等效串聯(lián)電阻，最終提高功率密度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明石墨烯電極片的制備工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明提供的一種石墨烯電極片的制備方法，由石墨烯薄膜和集流體組成，通過將石墨烯分散在離子液體中，得到穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，再將石墨烯懸浮液通過電沉積的方法沉積在集流體上，得到石墨烯電極片。
[0018]如圖1所示，一種石墨烯電極片的制備工藝流程如下:
[0019](I)石墨烯懸浮液的制備:
[0020]將石墨烯和離子液體混合后用瑪瑙研缽研磨5_20min，然后將混合物加入溶劑中進(jìn)行超聲分散l-5h,形成濃度為0.l-5mg/ml的石墨烯懸浮液；
[0021]其中，溶劑可以是水、DMF、DMSO、DMAc或NMP ;離子液體可以為咪唑類離子液體，或吡咯烷類離子液體；咪唑類離子液體有:1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽；吡咯烷類離子液體:1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸鹽、1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸鹽。
[0022](2)石墨烯電極片的制備:
[0023]將(I)中的石墨烯懸浮液作為電解液，分別以直徑為5-10cm的相同材質(zhì)的銅箔或鋁箔作為陽極電極和陰極電極，將兩電極平行對稱放置入電解液中，兩極間距為0.5-lcm,在量電極的兩端加入40-80V的直流電，電泳5-60min，將陰極電極取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯電極片。
[0024]本發(fā)明提供的石墨烯電極片的制備方法，使用離子液體能夠較好的分散石墨烯，且沉積后的石墨烯，層間存在一定的離子液體，有利于改變石墨烯與電極液的相容性，有利于提高容量；通過電沉積的方法制備的電極片，可以省去復(fù)雜的涂布工藝，工藝簡單，且不用粘結(jié)劑，因此能夠有效的降低集流體與活性材料層之間的接觸內(nèi)阻，進(jìn)而降低超級電容器的等效串聯(lián)電阻，最終提高功率密度。
[0025]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0026]實施例1
[0027]本發(fā)明合成的石墨烯電極片的制備工藝流程如下:
[0028](I)石墨烯懸浮液的制備:將Ig石墨烯，Igl-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，混合后用瑪瑙研缽研磨5min，然后將混合物加入DMF溶劑中進(jìn)行超聲分散5h，形成濃度為
0.lmg/ml的石墨烯懸浮液。
[0029](2)石墨烯電極片的制備:將(I)中的石墨烯懸浮液作為電解液，取兩個5cm直徑的銅箔分別作為陽極電極和陰極電極，將兩電極平行對稱放置入電解液中，兩電極極間距為0.5cm，在電極的兩端加入40V的直流電，電泳5min，將作為陰極的銅箔取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯電極片。
[0030]實施例2
[0031](1)石墨烯懸浮液的制備:將Ig石墨烯，3gl-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽，混合后用瑪瑙研缽研磨20min，然后將混合物加入DMSO溶劑中進(jìn)行超聲分散5h，形成濃度為2mg/ml的石墨烯懸浮液。
[0032] (2)石墨烯電極片的制備:將(I)中的石墨烯懸浮液作為電解液，取兩個直徑為IOcm的鋁箔分別作為陽極電極和陰極電極，將兩電極平行對稱放置入電解液中，兩電極間距為0.5cm，在電極的兩端加入80V的直流電，電泳20min，將作為陰極的鋁箔其取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯電極片。
[0033]實施例3
[0034]本發(fā)明合成的石墨烯電極片的制備工藝流程如下:
[0035](I)石墨烯懸浮液的制備:將Ig石墨烯，5gl_甲基-丙基吡咯四氟硼酸鹽混合后用瑪瑙研缽研磨60min，然后將混合物加入NMP溶劑中進(jìn)行超聲分散lh，形成濃度為5mg/ml的石墨烯懸浮液。
[0036](2)石墨烯電極片的制備:將(I)中的石墨烯懸浮液作為電解液，取兩個直徑為IOcm的銅箔分別作為陽極電極和陰極電極，將兩電極平行對稱放置入電解液中，兩電極間距為0.5cm，在電極的兩端加入80V的直流電，電泳60min，將作為陰極的銅箔取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯電極片。
[0037]性能檢測:
[0038]極片的制備:將上述電極片進(jìn)行輥壓:將所得的極片用輥軋機(jī)進(jìn)行滾壓；裁片:將輥壓過的極片用打孔器打成直徑為IOmm的圓形極片，準(zhǔn)確稱重。電池的組裝:將隔膜及電解液按照電池制作工藝組裝成超級電容器，其中隔膜為Celgard2000，電解液為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽溶液，組裝完成后靜置一天進(jìn)行恒流充放電試驗，其中電壓范圍為0-3.0V,電流為lA/g進(jìn)行恒流充放電。
[0039]表1為實施例(1)至(3)進(jìn)行電化學(xué)測試結(jié)果。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將石墨烯和離子液體混合后研磨，得到混合物，然后將混合物加入溶劑中進(jìn)行超聲分散，形成濃度為0.l-5mg/ml的石墨烯懸浮液；所述石墨烯與離子液體的質(zhì)量比為1:1_1:5 ； 將所述石墨烯懸浮液作為電解液，分別以直徑為5-lOcm的相同材質(zhì)的銅箔或鋁箔作為陽極電極和陰極電極，將兩 電極平行對稱放置入電解液中，兩極間距為0.5-lcm，并在兩電極的兩端加入40-80V的直流電，電泳5-60min，取下陰極電極，干燥處理，得到石墨烯電極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述溶劑為水、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N, N- 二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述超聲分散的時間為l_5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述離子液體為咪唑類離子液體或吡咯烷類離子液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述咪唑類離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述吡咯烷類離子液體為1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸鹽或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極片的制備方法，其特征在于，所述干燥處理是在100°C的真空干燥箱中進(jìn)行。
8.—種權(quán)利要求1至7任一所述方法制得的石墨烯電極片。
【文檔編號】H01G11/86GK103903878SQ201210572476
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】周明杰, 吳鳳, 王要兵, 鐘玲瓏 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司