[发明专利]石墨烯电极活性物质及其制法和电极材料及电极片和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯电极活性物质及其制法和电极材料及电极片和应用。

背景技术

在全球范围内，能源作为人类现代文明的支柱产业之一，越来越受到人们的高度重视。然而，与能源生产、存储和传输相伴的各种环境问题也已经成为全球最为关注的热点。针对这些问题，上世纪80年代，西方发达国家开始研究开发清洁、高效的新型电源。超级电容器储能系统是将能源与环保统一的“绿色技术”，它对保护地球环境、防止大气污染和温室效应是一个积极可行的策略，因而也受到各国的普遍重视。

超级电容器(supercapacitors)，也称电化学电容器(electro-chemicalcapacitors，ECs)作为一种新型的化学电源，其使用寿命长(10⁵次循环)、比功率大(1500W/kg)、能快速充电(可为数秒)、低温性能(最低工作温度-50℃)，大电流放电性能好、储存能量大、具有比电池具有更高的功率密度，比传统电容器具有更高的能量密度，不仅可以和电池配套使用为电动车等提供峰值功率，甚至可以单独为电动工具或电动车提供动力，以减少基于石化资源燃烧提供能量对生态带来的负面影响。而且其质量轻、免维护、低污染、价格便宜、性能卓越，被誉为新型的绿色能源。因此，今后超级电容器很可能发展成为一种高效、实用的能量储存装置，因而在交通、能源、通讯、电力电子、军工国防、工业生产等领域都有着十分广阔的应用前景。

电极材料的优劣是超级电容器性能的决定性因素，人们一直在开发具有更高能量密度和更高功率密度的电极材料。现有技术中，用于超级电容器的电极材料，可分为以下三类：贵金属氧化物、导电聚合物和碳基电极材料。其中，贵金属的资源有限、价格昂贵，导电聚合物循环稳定性差，限制了它们的应用。碳电极材料主要有：活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管等。但是多孔碳材料虽然可以得到比较高的比电容，但是导电能力低，且其较低的比功率限制了其作为超级电容器的应用。碳纳米管尽管其导电能力优越，但是其较高的接触电阻，较低的比容量，以及高昂的成本也限制了其应用。石墨烯材料作为一种近年来广受关注的二维材料，较大的比表面积以及优异的导电能力，成本价格低，制作工艺简单，是作为超级电容器电极材料的极佳选择。

然而，制备石墨烯的现有技术中，得到的石墨烯材料的比能量密度还不够高，为了制备更高比能量密度的超级电容器，还需制备更高比容量的石墨烯电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有等效串联电阻低，比电容量高，循环性能好、成本低的石墨烯电极活性物质及其制备方法，和包含该石墨烯电极活性物质的超级电容器电极材料及电极片。

本发明的发明人经过研究发现，将氧化石墨粉末分散在去离子水中得到分散液，将分散液与酸接触沉淀后经固液分离得到固体沉淀物，将固体沉淀物进行干燥、研磨后得到酸沉淀的氧化石墨粉末；将该沉淀的氧化石墨粉末在惰性气体氛围下，在温度为600-1200℃下热处理1-60秒后，能够得到一种具有等效串联电阻低，比电容量高，循环性能好的石墨烯电极活性物质。

即，本发明提供一种石墨烯电极活性物质的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将氧化石墨粉末分散在去离子水中得到分散液，将分散液与酸接触沉淀后进行固液分离得到固体沉淀物，将固体沉淀物进行干燥、研磨后得到酸沉淀的氧化石墨粉末；

2)将步骤1)中得到的酸沉淀的氧化石墨粉末，在惰性气体氛围下，在温度为600-1200℃下热处理1-60秒。

本发明还提供一种石墨烯电极活性物质，其中，该石墨烯电极活性物质由上述的方法制备的石墨烯电极活性物质。

本发明进一步提供一种超级电容器电极材料，该超级电容器电极材料含有粘结剂，其中，该超级电容器电极材料还含有上述的石墨烯电极活性物质。

本发明进一步提供一种超级电容器电极片，该电极片包括集流体和负载在该集流体上的电极材料，其中，所述电极材料为上述的超级电容器电极材料。

本发明进一步提供上述的石墨烯电极活性物质在超级电容器中的应用。

根据本发明的方法得到石墨烯电极活性物质具有等效串联电阻低，比电容量高，循环性能好、成本低的优点。

附图说明

图1为实施例1中制备的石墨烯电极活性物质的电镜扫描图片；

图2为实施例1中制备的的石墨烯电极活性物质、盐酸沉淀氧化石墨粉末、对比例1中制备石墨烯电极活性物质以及原料石墨的红外图谱；

图3为实施例1中制备的石墨烯电极活性物质的循环伏安曲线；