[发明专利]石墨烯电极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种石墨烯电极片及其制备方法。

背景技术

英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：1，高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)：2，高热导率，(5,000W/mK)：3，高导电性、载流子传输率，(200,000cm2/V*s)：4，高的比表面积，(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

到目前为止，所知道的制备石墨烯的方法有多种，如：(1)微机械剥离法。这种方法只能产生数量极为有限石墨烯片，可作为基础研究：(2)超高真空石墨烯外延生长法。这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用：(3)化学气相沉积法(CVD)。此方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。(4)溶剂剥离法。此方法缺点是产率很低,限制它的商业应用：(5)氧化-还原法。

Ruoff小组利用化学改性的石墨烯作为电极材料，测试了基于石墨烯的超级电容器的性能。这种石墨烯材料的电容性能在水系和有机电解液中的容量分别可以达到135F/g和99F/g。Rao等人比较了通过二种方法制备的石墨烯的电容性能。在硫酸电解液中，通过氧化石墨热膨胀法和纳米金刚石转化法得到的石墨烯具有较高的容量，可以达到117F/g;在有机电解液中，电压为3.5V的时候，其容量和能量密度可以达到71F/g和31.9Wh/kg。

石墨烯作为超级电容器能量密度有了一定的提高，但是与锂离子电池相比，还有一定的差距，有必要进一步提高材料的能量密度。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种能量密度的石墨烯电极片。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯电极片，包括集流体，其特征在于，在所述集流体表面涂覆有电极活性材料，该电极活性材料包括质量百分比分别为90~96%、2~5%、2~5%的石墨烯、导电剂和粘结剂。

所述石墨烯电极片，其中，所述导电剂包括乙炔黑、科琴黑、SP导电炭黑：所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇：所述溶剂包括NMP、无水乙醇。

所述石墨烯电极片，其中，所述集流体包括铝箔、镍网、钛箔和不锈钢箔。

所述石墨烯电极片，其中，所述电极活性材料在集流体表面形成的层状结构的厚度为50~300μm。

上述石墨烯电极片的制备方法，包括如下步骤：

将质量百分比分别为90~96%、2~5%和2~5%的石墨烯、导电剂和粘结剂搅拌混合后加入溶剂中，配置成凝胶状的电极活性材料：其中，凝胶状的电极活性材料中，溶剂占总重量的10~30%：

将所述电极活性材料涂覆在集流体上并控制凝胶状的电极活性材料的厚度为50~300μm，然后干燥处理，得到石墨烯电极片样品：

将所述的石墨烯电极片样品作为工作电极，铂片作为辅助电极，银/氯化银电极作为参比电极，将所述石墨烯电极片连接到工作电极、铂片连接到辅助电极以及银/氯化银电极连接到参比电极后插入电解液中，随后分别连接到晨华660型电化学工作站，然后采用循环伏安法进行电化学氧化：

待电化学氧化反应结束后，再将氧化处理过的石墨烯电极片样品放置在真空干燥箱内80~100℃真空干燥，干燥后得到所述石墨烯电极片。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述导电剂包括乙炔黑、科琴黑、SP导电炭黑：所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇：所述溶剂包括NMP、无水乙醇。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述集流体包括铝箔、镍网、钛箔和不锈钢箔。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述电极活性材料的干燥处理是在烘箱中进行的，烘箱的温度为80~100℃，干燥处理6~12h。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述电极活性材料在集流体表面形成的层状结构的厚度为50~300μm。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述电解液包括浓度为0.5~3mol/L的硝酸、盐酸、硫酸、氯化钾或氯化钠溶液。

所述石墨烯电极片的制备方法，其中，所述循环伏安法电化学氧化时，电压扫描范围0.5~2V，扫描速度为10~100mv/s，扫描次数为10~50次。