[发明专利]一种石墨烯/活性炭复合材料的制备方法、石墨烯/活性炭复合电极片及超级电容器

说明书

本发明具体涉及一种石墨烯/活性炭复合材料的制备方法、石墨烯/活性炭复合电极片及超级电容器，属于超级电容器储能器件技术领域。包括以下步骤：将活性炭进行酸处理；将氧化石墨烯溶于溶剂，再与聚合物发生缩合反应得表面带正电荷的氧化石墨烯胶体；将氧化石墨烯胶体与酸处理后的活性炭按质量比(2‑20％)：(80‑98％)混合，并超声分散，通过静电自组装技术形成氧化石墨烯包覆活性炭复合材料浆料，将浆料干燥得还原石墨烯/活性炭复合材料粉体；将粉体在还原性气氛中，在800‑1600℃的条件下热处理2‑8小时得到石墨烯/活性炭复合材料。本发明的石墨烯/活性炭复合材料密度高、耐高压，电极密度高、电极的体积能量密度。

技术领域

本发明具体涉及一种石墨烯/活性炭复合材料的制备方法、石墨烯/活性炭复合电极片及超级电容器，属于超级电容器等新能源储能器件技术领域。

背景技术

超级电容器具有高的功率密度、可快速充放电、百万次级别长循环寿命、卓越的低温性能和安全可靠等特性，被广泛地应用于城市公共轨道交通、混合动力汽车等领域。但目前超级电容器能量密度较低，商用活性炭超级电容器能量密度仅5-7Wh/kg。为了满足不断增长的需求，开发高能量密度和功率密度，以及长循环的超级电容器是目前急需解决的技术难题。

活性炭因其密度高、价格低廉是目前唯一得到商业化应用的电极材料。但活性炭导电性差，影响其功率密度、倍率性能和电极材料的利用率等。石墨烯因其高的比表面积(2630m²/g)、优异的导电性(106S/m)和二维柔性结构等特性，应用于超级电容器，它兼顾导电和储能双重特性，被认为是一种优异的电极材料。在实际应用中，通常是利用石墨烯特殊的二维柔性结构及高的离子和电子导电能力与活性炭复合以提高其容量、循环特性和大电流放电特性等。

但是，石墨烯类碳纳米材料孔隙率高而密度很低，活性炭中石墨烯的引入会降低电极密度，同时导致复合电极内部有大量的空间被电解液填充，仅增加了器件的重量而并没贡献容量，拉低了整体器件的性能，难以将石墨烯的优异性能体现到最终的器件上。此外，石墨烯表面通常化学结构复杂，在高电位下，其表面杂质相易于诱发副反应，进而影响器件的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高密度、耐高压的石墨烯/活性炭复合材料的制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高密度石墨烯/活性炭复合材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、将活性炭进行酸处理；

S2、将氧化石墨烯先溶于溶剂，再与聚合物发生缩合反应得表面带正电荷的氧化石墨烯胶体；

S3、将氧化石墨烯胶体与酸处理后的活性炭按质量比(2-20％)：(80-98％)均匀混合，然后先超声分散，再通过静电自组装技术形成氧化石墨烯包覆活性炭复合材料浆料，将浆料干燥得氧化石墨烯/活性炭复合材料粉体；

S4、将氧化石墨烯包覆活性炭复合材料粉体在还原性气氛中，在800-1600℃的条件下热处理2-8小时得到石墨烯/活性炭复合材料。