[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极的制备，尤其涉及一种石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法。

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。

以上方法均是采用制备的石墨烯粉末经过混料、涂布、辊压、切片等工艺做成电极片，在石墨烯的制备和制成极片的过程中总是存在石墨烯材料的团聚的问题，进而做成电池后影响电池的能量密度，石墨烯材料的实际能量密度远远小于其理论值。

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石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，包括如下步骤：

将碳纳米管在强酸中于50-80℃下回流0.5-2h，然后过滤，并将得到的滤物经水洗、过滤、干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与强酸的固液比为0.1-2g:100ml；

将所述羧基化碳纳米管在加入酰氯化试剂，于50-80℃下回流5-15h，得到酰氯化碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管与酰氯化试剂的固液比为0.1-2g:100ml；

将所述酰氯化碳纳米管与酰胺化试剂加入有机溶剂中，并于50-80℃下反应24-48h，随后过滤，并将得到的滤物经乙醇和水洗、干燥后，得到酰胺化碳纳米管；其中，酰氯化碳纳米管：酰胺化试剂：有机溶剂的固液比为0.1-1g:100:200ml；

将所述酰氯化碳纳米管加入水中超声分散，形成0.2-0.8mg/ml的酰胺化碳纳米管分散液；同时，将氧化石墨加入水中超声分散，形成0.2-0.8mg/ml的氧化石墨烯分散液；

将集流体在酰胺化碳纳米管分散液浸泡30~60min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡1~5min；接着再在酰胺化碳纳米管分散液和分散液中交替浸泡30~500次，且在每种分散液中浸泡时间为1~5min，干燥后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合电极；

将所述氧化石墨烯/碳纳米管复合电极在惰性气体保护下，于500~1000℃高温反应1~5h，冷却后，得到所述石墨烯/碳纳米管电极片。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述强酸为68%浓硝酸与98%浓硫酸按照3:1的体积比混合得到的混合酸。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述酰氯化试剂为二氯亚酚、三氯氧磷或亚硫酰氯。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述酰胺化试剂为乙二胺、三乙胺或尿素。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述有机溶剂为无水甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述集流体为铝箔、镍网、钛箔或钢箔。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述酰氯化碳纳米管制备过程中的干燥是在真空干燥箱中50℃干燥24h。

所述石墨烯/碳纳米管复合电极的制备方法，其中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气及氖气中的一种或多种。