[发明专利]一种电容器电极用石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜的制备方法

说明书

一种电容器电极用石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜的制备方法是以生物质活性炭纤维为骨架，乳液小球为模板剂，与氧化石墨烯水溶胶一起加入水和有机溶剂组成的混合溶剂中形成悬浮液，悬浮液进行沉积复合，获得复合柔性膜，复合柔性膜铺覆于石墨夹具中抽真空或惰性气氛下，经热压处理得3D大孔泡状复合膜，3D大孔泡状复合膜铺覆于预浸料酚醛树脂中，室温下抽真空，经热压，在碱液中浸渍、活化，得石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜。本发明具有电容器电极储能密度高、循环稳定性好的优点。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种超级电容器电极材料的制备方法，具体地说涉及一种电容器电极用石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜的制备方法。

技术背景

石墨烯是一种以单层或少数层sp²碳构成的二维结构。自2004年被发现以来，因其良好的导电性 (103–104 S﹒m^-1)、高电子迁移率（室温下20000 cm²﹒V^-1﹒S^-1）和高理论比表面积（2630 m²﹒g^-1）等优良特性，人们便开始探究这种sp²结构的炭质材料在超级电容器中应用的可能性（Zhang LL, Zhou R, Zhao XS. Graphene-based materials assupercapacitor electrodes.基于石墨烯材料超级电容器电极[J]. J Mater Chem 2010;20(29):5983-92）（Stoller MD, Park SJ, Zhu YW, An JH, Ruoff RS. Graphene-basedultracapacitors. 基于石墨烯的超级电容器[J].Nano Lett 2008;8(10):3498-502.）。

目前现有技术基于石墨烯基超级电容器材料已得到了广泛的研究和关注。王云峰等（专利公开号：CN 103723722 A）通过将去杂质的活性炭与石墨烯混合在有机溶剂中进行高温活化制备了高比表面积的石墨烯改性活性炭电极材料，其展示了高的质量比容量。李璐（专利公开号：CN 103253658 A）将氧化石墨烯与活化剂、碳源物质充分混合，在保护气氛下进行活化，制得了高体积比容量的石墨烯。上述基于石墨烯的电极材料充分发挥了石墨烯二维表面易与电解液充分接触，其片间大孔结构可为电解液提供充足缓冲空间，为离子迁移提供顺畅通道。此外，石墨烯面向的共轭π电子（高密度载流子）可为电荷传输提供低阻通道，从而满足大电流快速充放电的储能需求。然而上述基于石墨烯的电极材料多是固体粉末，在应用于超级电容器的时候，必须先与乙炔黑及粘结剂等物质混合均匀，再涂覆到集流体上，这个过程会导致粉末团聚结块，而且会降低电极材料的导电性，从而导致制备的石墨烯基电极材料储能密度低、循环稳定性差，尚不能满足实际应用的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有石墨烯基电极材料存在的不足，提供了一种电容器电极储能密度高、循环稳定性好的电容器电极用石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜的制备方法。

本发明是通过硬模板导向有序组装法获得一种3D大孔泡状石墨烯/生物质活性炭纤维复合膜；然后将该复合膜铺覆于预浸料酚醛树脂乳液中，再经真空热压成型、碱活化工艺制成石墨烯酚醛树脂基复合纤维膜。该膜结合石墨烯、生物质活性炭和酚醛树脂三方面优势，充分发挥了石墨烯良好的导电性、生物质活性炭纤维多孔结构、高比表面积以及空间骨架结构和酚醛树脂高的残炭率，从而有效提超级电容器的能量存储。同时，该复合膜柔性好，可直接用作超级电容器电极，有效避免了粉体在制备电极过程中添加粘结剂所引起的内阻。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：