[发明专利]一种提高石墨电容的方法

说明书

本发明涉及一种提高石墨电容的方法，该方法是在石墨层间原位聚合聚苯胺。本发明方法制备的石墨材料电容较普通石墨材料提升明显，电流密度为100mA/cm²时其电容值从约840mF/g提升至约9700mF/g。本发明的制备方法简便，其制备过程包括超声处理和电化学聚合两个过程。前处理不涉及石墨材料的氧化，反应条件无高温无强氧化剂，条件温和，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种提高石墨材料电容性能的技术方法，属于电容器材料技术领域。

背景技术

随着人类社会经济的快速发展，储量有限并且产生大量温室气体的传统化石燃料越来越不能满足人们的需求。因此，可再生清洁能源如太阳能，风能，地热能，电能成为人们关注的重点。这些能源的有效利用迫切需要成本低，环境友好，能量密度高的储能装置。

电化学电容器是一种受到人们广泛关注的电能储存元件，相比于传统电池，它具有能量密度高，充放电过程快速稳定，可重复利用性强的特点。由于电容器的储能性质与其制备材料密切相关。因此制备不同电容器的材料也成为人们关注的重点。

石墨作为一种廉价的非金属材料，具有良好的导电导热性，其耐高温，耐酸耐腐蚀的性质使得石墨成为一种极具潜力的电化学材料。其衍生物石墨烯更是一种应用极其广泛的电容器材料，但是石墨烯价格昂贵，制备条件严苛，不利于大规模生产应用。而石墨虽然廉价易得，其本身电容低的缺点使其无法应用于电容器领域，因此寻找一种廉价方便的方法提高石墨的电容性质是一种可行的途径，

聚苯胺是一种典型的导电聚合物。作为广泛应用的赝电容器材料，聚苯胺能量密度高，易于合成，适用于多种环境；其与石墨、石墨烯等结合制备大容量电容器材料也有诸多专利文件报道。例如：中国专利文件CN103794380A公开了一种聚苯胺/石墨毡复合电极及其制备方法，以氧化预处理石墨毡作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，苯胺与质子酸的水溶液作为电解液，利用电化学循环伏安氧化聚合反应制备聚苯胺/石墨毡复合电极。中国专利文件CN106158400A公开了一种柔性聚苯胺基复合膜的制备方法，包括如下步骤：(1)在剥离型石墨、纤维素纤维和硝酸银的存在下原位聚合苯胺得到纳米复合物的混合物，其中，硝酸银与苯胺的质量比为0.05-0.5，剥离型石墨与苯胺的质量比在0.55-0.75之间；(2)将所述混合物经过真空过滤后进行干燥，得到柔性聚苯胺基复合膜。中国专利文件CN101492569A公开了一种氧化石墨片层/聚苯胺复合材料及其制备方法。该复合材料由以下步骤制备而得：将氧化石墨加到分散剂中超声分散，形成均匀分散的单片层氧化石墨混合液；室温下，向第一步所得混合液中滴加苯胺，继续超声分散形成混合液；将氧化剂加入掺杂酸中得到的溶液逐滴加入第二步所得混合液中，搅拌聚合；将第三步得到的混合液离心、洗涤、真空烘干得到氧化石墨片层/聚苯胺复合材料。

现有技术中，常采用的氧化石墨烯，氧化石墨毡等均需采取氧化预处理，这增加了对于原材料的预处理难度和相应的成本。其制备出的石墨烯聚苯胺复合材料，也需较高的石墨/聚苯胺质量比才能实现对电容的较大提升。因此，本发明提出一种不需对石墨进行氧化预处理，使用极低聚苯胺负载量即可实现电容较大提升的石墨改性方法，由于聚苯胺负载量极低，处理后的石墨仍可继续与其他材料复合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种在石墨层间原位聚合聚苯胺以提高石墨电容的方法。聚苯胺与石墨基的复合既能提高石墨的电容性能，又可以改变石墨的电子云分布进一步提高石墨的导电性。因此通过将聚苯胺与石墨相结合，以低廉的成本和简易的制备方法提高石墨的电容性能。

本发明的技术方案如下：

一种提高石墨电容的方法，该方法是在石墨层间原位聚合聚苯胺。

根据本发明，优选的，石墨层间原位聚合聚苯胺后，聚苯胺的质量含量为0.5-1wt.％，进一步优选0.6-0.8wt.％。

根据本发明，优选的，所述在石墨层间原位聚合聚苯胺，包括步骤如下：