[发明专利]一种石墨烯基致密复合材料的制备方法

说明书

本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种石墨烯基致密复合材料的制备方法，至少包含以下步骤：向石墨烯类分散液中加入不溶组分的分散液，充分搅拌得到第一混合分散液；加入还原组分，充分搅拌，得到第二混合分散液；加入水热反应釜中进行水热反应，得到水凝胶；将水凝胶在去离子水中充分浸泡，去除杂质，之后蒸发干燥进行水分脱除，得到待处理产物；进行高温热处理，进一步脱去含氧官能团，得到三维致密的复合材料。本发明利用还原组分促进石墨烯网络的快速紧致形成的过程中对不溶组分的预先排布作用，以及随后在溶剂脱除过程中三维石墨烯网络的收缩作用力来减少其它不溶组分颗粒之间空隙，实现材料的致密化，从而得到具有较高密度的复合材料。

技术领域

本发明属于储能技术(电池、超级电容器)领域，尤其涉及一种石墨烯基致密复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯作为典型的二维柔性碳材料，具有大的比表面积、高的反应活性和高电化学容量以及良好的导电性，在储能领域具有很好的应用前景。例如在超级电容器中可作为电极材料，在碱性金属离子电池(如锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等)中可作为导电添加剂，在锂硫、锂空气电池中可以作为活性物质的有效载体，构筑导电网络。与此同时，将二维石墨烯组装为三维石墨烯组装体，并辅以其他一些技术手段，可以获得超轻、超硬乃至超密的石墨烯基材料，赋予其更大的应用潜力和更广阔的应用空间。

纳米技术的快速发展不断挖掘着储能材料的潜力，刷新着储能材料的质量比容量(基于电极材料单位质量的容量)数值记录，但是同时也带来了新的问题，即降低了材料的密度，从而限制了材料的体积比容量(基于单位体积的容量)，进而导致了储能器件的体积能量密度很低。经过分析我们不难发现，纳米化材料密度的降低其实并不是其本征密度的降低，而往往是由于材料粒子与粒子之间的空隙增加，进而导致更少质量的材料占据更大的体积空间，所以从宏观上表现为材料的密度降低。因此，如何在保证材料具有纳米化后优异特性的同时，减少粒子之间的空隙，提升材料整体密度，达到致密化的效果，是最终实现储能器件体积能量密度目标的关键。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足(传统高比表面碳基储能材料密度普遍较低以及现有纳米化技术中，材料粒子之间空隙增多，材料和电极整体密度较低，从而导致器件的体积能量密度较低)，而提供一种石墨烯基致密复合材料的制备方法，其利用还原组分促进三维石墨烯凝胶的快速成型和使结构紧致及三维石墨烯网络在溶剂脱除过程中的收缩作用来减少其它不溶组分颗粒之间空隙，从而得到具有较高密度的复合材料，将该材料应用于储能领域，在满足质量能量密度的同时，能够获得较高的体积能量密度。同时，由于还原组分对于三维石墨烯凝胶形成的促进作用，该方法还可以进一步放大、规模化生产。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯基致密复合材料的制备方法，至少包含以下步骤：

第一步，向石墨烯类分散液中加入不溶组分的分散液，充分搅拌得到第一混合分散液；所述不溶组分的分散液的溶剂可与水以任意比混溶；

第二步，向第一步得到的第一混合分散液中加入还原组分(还原组分可以缩短三维石墨烯水凝胶的形成时间，促进三维石墨烯凝胶的快速成型和不溶组分在石墨烯网络中的均匀分布，同时还原组分的加入也更有利于石墨烯片层的搭接，从而促使所得凝胶的结构更加紧致，在后续步骤中提高致密化效果)，充分搅拌，得到第二混合分散液；

第三步，将第二步得到的第二混合分散液加入水热反应釜中进行水热反应，得到石墨烯-不溶组分复合的水凝胶；

第四步，将第三步得到的水凝胶在去离子水中充分浸泡，去除杂质，之后进行水分脱除(蒸发干燥)，得到待处理产物；

第五步，将第四步得到的待处理产物进行高温热处理，进一步脱去含氧官能团，得到三维致密的石墨烯-不溶组分复合组装体材料。