[发明专利]石墨烯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)又称电化学电容器(Electrochemical Capacitors)或者双电层电容器(Electric Double Layer Capacitors)，它是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，与传统电容器相比具有更高比电容量和能量密度，与电池相比则具有更高的功率密度；由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染和循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容器电容性能和生产成本的关键因素，因此研究开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。目前研究的超级电容器的电极材料主要有炭材料、金属氧化物及其水合物电极材料和导电聚合物电极材料。

目前双电层超级电容器的电极材料主要为碳材料，具有优良的导热和导电性能、较高的比表面积，被广泛用于电化学领域作电极材料，碳材料是目前工业化最为成功的电极材料之一。目前，碳基电极材料的研究主要集中在研发具有高比表面积、内阻较小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面积、极好的导电性、优良的导热性，通过氧化石墨还原法获得的石墨烯的性价比较高，且稳定性好，是超级电容器的理想电极材料。使用石墨烯制造出的超级电容器将会比目前所有的超级电容器的能量存储密度都高。但是实际制备出来的石墨烯电极材料由于团聚等原因，容量偏低，水系中容量为135F/g，有机系容量99F/g，距离理论容量(550F/g)相差较远，目前对石墨烯电容的改进主要在质量比容量上，还很少人开始关注石墨烯的体积比电容。

石墨烯具有较高的质量比电容，较低的电阻率，但其体积比电容并未得到显著提高。目前提高石墨烯的体积比电容成为了提高超级电容器能量密度的关键因素，而质量比电容和振实密度是决定超级电容器体积比电容的主要因素，因而在获得较高质量比电容石墨烯的前提下如何提高其振实密度，成为提高其体积比电容的关键。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种比电容较高的石墨烯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1～20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

将浓度为1～500g/L的NaOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到NaOH与氧化石墨烯的混合溶液；

将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述超声分散处理时间为1～5h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述NaOH与氧化石墨烯的混合溶液中，NaOH与氧化石墨烯的质量比为1～50∶1。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60～80℃，干燥处理时间为24～48h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述高温煅烧时，温度为800～1200℃，煅烧时间为1～5h。

本发明还提供一种石墨烯，该石墨烯采用上述制备方法制得。

本发明还提供一种电极片，包括集流体，以及涂覆在所述集流体表面的活性材料；该活性材料包括上述制得的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂；石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂和乙炔黑导电剂的质量比为88∶10∶2。

本发明还提供一种超级电容器，其电极采用上述电极片。

本发明提供的石墨烯的制备方法，采用NaOH活化得到的石墨烯，微孔孔径分布集中、孔结构可控、振实密度大；NaOH活化后石墨烯的比表面积能够达到1000～1500m²/g，大于一般热还原石墨烯的比表面积～900m²/g；所制石墨烯作为双电层电容器电极材料，具有优异的体积比电容。

附图说明

图1为本发明石墨烯的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的石墨烯的制备方法，如图1所示，其工艺流程步骤如下：

S1、将氧化石墨加入到水中超声分散1～5h，得到浓度为1～20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；