[发明专利]包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板、其制备方法以及由其组装的铅酸超级电池

权利要求书

1.包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，它由集流体和涂覆在集流体上的电极材料组成，电极材料包含电容性电极活性物质和电池性电极活性物质，其特征在于电容性电极活性物质包括石墨烯基水凝胶，石墨烯基水凝胶中石墨烯的质量占电池性电极活性物质质量的0.01％～20％；

其中石墨烯基水凝胶是由石墨烯形成的水凝胶，水凝胶中的水分占总质量的90％～99.5％；或者石墨烯基水凝胶是由石墨烯和非石墨碳材料形成的水凝胶，水凝胶中的水分占总质量的90％～99.5％；非石墨碳材料为碳纳米管、炭黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米颗粒和活性炭中的一种或其中几种的组合；非石墨碳材料与石墨烯的质量比为(0.01～20)∶1。

2.根据权利要求1所述的包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，其特征在于所述的由石墨烯形成的石墨烯基水凝胶的制备方法按以下步骤进行：

一、称取石墨与还原剂；其中石墨与还原剂的质量比为1∶(1～1000)；还原剂为KOH、NaOH、LiOH、氨水、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、二甲肼、苯肼、乙二胺、硼氢化钠、对苯二酚和硫脲中的一种或其中几种的组合；

二、将步骤一称取的石墨氧化成为氧化石墨；

三、按氧化石墨的浓度为0.01mg/mL～50mg/mL，将步骤二得到的氧化石墨加入水中，超声剥离、分散，得到氧化石墨烯水分散液；

四、将步骤三得到的氧化石墨烯水分散液在温度为4℃～100℃的条件下，加入还原剂，在频率为20～100KHz、功率为40～1000W的超声条件下还原0.2h～6h，得到石墨烯胶体分散液；

五、将步骤四得到的石墨烯胶体分散液真空抽滤、减压旋转蒸发、静置处理或旋转离心处理至含水量为90％～99.5％的凝胶从石墨烯胶体分散液中析出，然后再对凝胶进行渗析或真空抽滤水洗，得到石墨烯基水凝胶。

3.根据权利要求1所述的包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，其特征在于所述的由石墨烯和非石墨碳材料形成的石墨烯基水凝胶的制备方法按以下步骤进行：

一、按石墨、非石墨碳材料与还原剂的质量比为1∶(0.01～20)∶(1～1000)的比例分别称取石墨、非石墨碳材料和还原剂，其中非石墨碳材料为碳纳米管、炭黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米颗粒和活性炭中的一种或其中几种的组合；还原剂为KOH、NaOH、LiOH、氨水、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、二甲肼、苯肼、乙二胺、硼氢化钠、对苯二酚和硫脲中的一种或其中几种的组合；

二、将步骤一称取的石墨氧化成为氧化石墨；

三、按氧化石墨的浓度为0.01mg/mL～50mg/mL，将步骤二得到的氧化石墨加入水中，超声剥离、分散，得到氧化石墨烯水分散液，再将步骤一称取的非石墨碳材料加入到氧化石墨烯水分散液中，通过搅拌和/或超声的方法使其分散均匀，得到氧化石墨烯基水分散液；

四、将步骤三得到的氧化石墨烯基水分散液在温度为4℃～100℃的条件下，加入还原剂，在频率为20～100KHz、功率为40～1000W的超声条件下还原0.2h～6h，得到石墨烯 基胶体分散液；

五、将步骤四得到的石墨烯基胶体分散液真空抽滤、减压旋转蒸发、静置处理或旋转离心处理至含水量为90％～99.5％的凝胶从石墨烯基胶体分散液中析出，然后再对凝胶进行渗析或真空抽滤水洗，得到石墨烯基水凝胶。

4.根据权利要求1、2或3所述的包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，其特征在于包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板做为铅酸超级电池的负极，电池性电极活性物质是铅粉，化成后铅粉转化为海绵状金属铅。

5.根据权利要求4所述的包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，其特征在于电极材料中还包含占铅粉质量0.01％～10％的碳添加剂和/或占铅粉质量0.01％～2％的析氢抑制剂和/或占铅粉质量0.01％～10％的粘结剂；

其中碳添加剂为活性炭、乙炔黑、炭黑、碳纳米管和石墨中的一种或其中几种的组合；

析氢抑制剂为氧化锌、氧化镉、氧化铟、氧化铋、氧化镓和氧化锡中的一种或其中几种的组合；

粘结剂为聚四氟乙烯、聚乙烯醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和聚偏氟乙烯中的一种或其中几种的组合。

6.根据权利要求1、2或3所述的包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板，其特征在于包含石墨烯基水凝胶的超级电池极板做为铅酸超级电池的正极，电池性电极活性物质是铅粉，化成后铅粉转化为二氧化铅。