1.本技术涉及电极材料领域，尤其涉及一种石墨烯纸集流体以及制备方法及超级电容器。
背景技术：
2.通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔薄膜、集流体、外壳等组装而成。集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻等特点，由于石墨烯的优异的光学、电学、力学特性，人们将石墨烯运用在集流体上。目前市面上的石墨烯纸主要以化学方法制备路线为主，需要引入化学试剂如浓酸、高锰酸钾、还原剂、各类有机溶剂等，制备环节复杂并且存在缺陷，一方面是氧化石墨烯会破坏石墨烯的共轭结构，使石墨烯的导电性、力学性能大幅降低；另一方面是涉及化学试剂废弃污染的问题，工艺过程中的废弃酸碱会造成环境污染，同时存在安全隐患。
技术实现要素：
3.有鉴于此，有必要提供一种石墨烯纸集流体以及制备方法及超级电容器，其制备方法简单，无化学反应过程，制备出的石墨烯纸的电学和力学性能优异。
4.本技术的实施例提供一种石墨烯纸集流体的制备方法，所述方法包括以下步骤：
5.将膨胀石墨与纯水参照预定比例混合，通过低速搅拌和高速分散得到混合料；
6.在混合料中加入纯水进行稀释并添加活性剂，搅拌后通过一次剪切和二次剪切以进行机械剥离，得到混合浆料；
7.将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料；
8.采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体；
9.对石墨烯粉体进行模压处理，得到石墨烯纸集流体。
10.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述预定比例为1:2～1:3。
11.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述活性剂为聚乙烯吡咯烷酮和胆酸钠的组合，聚乙烯吡咯烷酮与胆酸钠加入比例为2:1。
12.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述活性剂的添加总量为1
‰
～1.5
‰
。
13.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述混合料中加入纯水进行稀释，其中混合料的浓度为7.5％～12％。
14.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述低速搅拌的转速为40～80rpm，所述高速分散的转速为1500～4000rpm，所述一次剪切的转速为3000～6000rpm，剪切时间为2～3h，所述二次剪切的转速为8000～14000rpm，剪切时间为8～20h。
15.进一步的，在本技术的一些实施例中，高压均质处理的压力为750～1800bar，循环的次数为15～25次。
16.进一步的，在本技术的一些实施例中，所述冷冻干燥工艺包括：
17.将超声震荡处理后的石墨烯混合浆料冷冻至-45℃以下，加热升华，每小时升温5～8℃，达到35℃后保温2小时，得到石墨烯粉体。
18.本技术的实施例还提供一种采用上述石墨烯纸集流体的制备方法制备的石墨烯纸集流体，所述石墨烯纸集流体比表面积为1450～1500
㎡
/g。
19.本技术的实施例又提供一种超级电容器，采用上述的石墨烯纸集流体制得，所述超级电容器的电压为2.7-4v，体积能量密度为16～25wh/l。
20.上述石墨烯纸集流体的制备方法，工艺过程操作简单，无化学反应过程，避免化学试剂破坏石墨烯的共轭结构，使石墨烯的导电性、力学性能大幅降低，并且无需处理废弃酸碱等污染物，绿色生产无环境污染，制备的石墨烯纸集流体具有大的比表面积，增大了活性物质的储存量，大大提高的超级电容器的容量及性能。
具体实施方式
21.下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.本技术的实施例提供一种石墨烯纸集流体的制备方法，所述方法包括以下步骤：
24.将膨胀石墨与纯水参照预定比例混合，通过低速搅拌和高速分散得到混合料；
25.在混合料中加入纯水进行稀释并添加活性剂，搅拌后通过一次剪切和二次剪切以进行机械剥离，得到混合浆料；
26.将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料；
27.采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体；
28.对石墨烯粉体进行模压处理，得到石墨烯纸集流体。
29.本技术的实施例还提供一种采用上述石墨烯纸集流体的制备方法制备的石墨烯纸集流体，所述石墨烯纸集流体比表面积为1450～1500
㎡
/g。
30.本技术的实施例又提供一种超级电容器，采用上述的石墨烯纸集流体制得，所述超级电容器的电压为2.7-4v，体积能量密度为16～25wh/l。
31.上述石墨烯纸集流体的制备方法，工艺过程操作简单，无化学反应过程，避免化学试剂破坏石墨烯的共轭结构，使石墨烯的导电性、力学性能大幅降低，并且无需处理废弃酸碱等污染物，绿色生产无环境污染，制备的石墨烯纸集流体具有大的比表面积，增大了活性物质的储存量，大大提高的超级电容器的容量及性能。
32.下面将对本技术的一些实施方式作详细说明。
33.本技术一实施方式中的石墨烯纸集流体的制备方法，具体包括以下步骤：
34.s11，将膨胀石墨与纯水参照预定比例混合，通过低速搅拌和高速分散得到混合料；
35.s12，在混合料中加入纯水进行稀释并添加活性剂，搅拌后通过一次剪切和二次剪切以进行机械剥离，得到混合浆料；
36.s13，将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料；
37.s14，采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体；
38.s15，对石墨烯粉体进行模压处理，得到石墨烯纸集流体。在一实施方式中，所述石墨烯纸集流体比表面积为1450～1500
㎡
/g。
39.在一实施方式中，所述步骤s11中的预定比例为1:2～1:3，优选为1:2。
40.在一实施方式中，所述步骤s11中的低速搅拌的转速为40～80rpm，高速分散的转速为1500～4000rpm，搅拌与分散同时进行，时间至少为两个小时，用于制备混合均匀的高浓度物料。在一实施方式中，膨胀石墨的目数为1500，便于机械剥离。
41.在一实施方式中，所述步骤s12中在混合料中加入纯水稀释到7.5％～12％。一次剪切的转速为3000～6000rpm，剪切时间为2～3h二次剪切的转速为8000～14000rpm，剪切时间为8～20h。机械剥离后的混合浆料中，固相体积快速膨胀，具有较高的表面能。由于混合料稳态下会出现团聚的现象，通过添加适当的活性剂能避免石墨烯的团聚现象。在一实施方式中，活性剂为聚乙烯吡咯烷酮和胆酸钠的组合，添加总量为1
‰
～1.5
‰
，聚乙烯吡咯烷酮与胆酸钠加入比例2:1。
42.在一实施方式中，所述步骤s13中通过高压均质机进行高压均质过程，高压均质由一个外部循环管路组成，均质处理结果可以通过循环次数来控制。高压均质能够提高混合浆料的液相稳定性，同时进一步降低石墨烯片径尺寸分布宽度，有利于制备电学力学性能优异的石墨烯集流体。在一实施方式中，均质处理压力为750～1800bar，循环次数15～25次，可以使石墨烯浆料的均匀程度与处理次数的综合效率能达到最佳效果。
43.在一实施方式中，所述步骤s13中的超声震荡处理的使用功率为15～24kw，超声过程注意温度控制，避免高温石墨烯团聚。超声震荡处理用于分散破碎作用，进一步打开石墨片层，产出更多单层石墨烯。在一实施方式中，超声过程控制温度不高于38℃。
44.所述步骤s14中冷冻干燥具体为将超声震荡处理后的石墨烯混合浆料冷冻至-45℃以下，加热升华，每小时升温5～8℃，达到35～37℃保温2小时后得到石墨烯粉体，干燥储存。冷冻温度优选为-46℃，升温温度优选为35℃。
45.在一实施方式中，所述步骤s15中模压处理的压力为10～35mp。
46.在一实施方式中，得到石墨烯纸集流体的比表面积为1450～1500
㎡
/g，利用该墨烯纸集流体制备的超级电容器电压为2.7-4v，体积能量密度为16～25wh/l。
47.下面将结合具体的实施例对本技术做进一步的说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。
48.实施例1
49.将3kg的1500目膨胀石墨与6l纯水混合，通过低速搅拌，转速为60rpm，高速分散，转速为2000rpm得到混合料；
50.在混合料中加入纯水进行稀释，稀释到7.5％浓度并添加总量为48g聚乙烯吡咯烷
酮和胆酸钠，其中聚乙烯吡咯烷酮的量为32g，胆酸钠的量为16g，搅拌后通过一次剪切和二次剪切，其中一次剪切转速为5000rpm，剪切时间为2h，二次剪切转速为12000rpm，剪切时间为3h，以进行机械剥离，得到混合浆料；
51.将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，均质压力1500bar，循环处理18次，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料，采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体，对石墨烯粉体在18mpa下进行模压处理，得到石墨烯纸集流体，石墨烯纸集流体比表面积为1480
㎡
/g，制备的超级电容器电压为4.0v，体积能量密度为25wh/l。
52.实施例2
53.将3kg的1500目膨胀石墨与6l纯水混合，通过低速搅拌，转速为60rpm，高速分散，转速为2000rpm得到混合料；
54.在混合料中加入纯水进行稀释，稀释到10％浓度并添加总量为37.5g聚乙烯吡咯烷酮和胆酸钠，其中聚乙烯吡咯烷酮的量为25g，胆酸钠的量为12.5g，搅拌后通过一次剪切和二次剪切，其中一次剪切转速为5000rpm，剪切时间为2.5h，二次剪切转速为12000rpm，剪切时间为4h，以进行机械剥离，得到混合浆料；
55.将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，均质压力1300bar，循环处理18次，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料，采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体，对石墨烯粉体在18mpa下进行模压处理，得到石墨烯纸集流体，石墨烯纸集流体比表面积为1460
㎡
/g，制备的超级电容器电压为3.8v，体积能量密度为22wh/l。
56.实施例3
57.将3kg的1500目膨胀石墨与6l纯水混合，通过低速搅拌，转速为60rpm，高速分散，转速为2000rpm得到混合料；
58.在混合料中加入纯水进行稀释，稀释到12％浓度并添加总量为30g聚乙烯吡咯烷酮和胆酸钠，其中聚乙烯吡咯烷酮的量为20g，胆酸钠的量为10g，搅拌后通过一次剪切和二次剪切，其中一次剪切转速为5000rpm，剪切时间为3h，二次剪切转速为12000rpm，剪切时间为4h，以进行机械剥离，得到混合浆料；
59.将混合浆料通过高压均质工艺进行破碎，均质压力1600bar，循环处理15次，然后再进行超声震荡处理，得到石墨烯混合浆料，采用冷冻干燥工艺对石墨烯混合浆料进行固液分离处理，得到石墨烯粉体，对石墨烯粉体在18mpa下进行模压处理，得到石墨烯纸集流体，石墨烯纸集流体比表面积为1450
㎡
/g，制备的超级电容器电压为3.7v，体积能量密度为20wh/l。
60.上述石墨烯纸集流体的制备方法，工艺过程操作简单，无化学反应过程，成品率高，避免化学试剂破坏石墨烯的共轭结构，使石墨烯的导电性、力学性能大幅降低，并且无需处理废弃酸碱等污染物，绿色生产无环境污染，制备的石墨烯纸集流体具有大的比表面积，增大了活性物质的储存量，大大提高的超级电容器的容量及性能。
61.本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本技术，而并非用作为对本技术的限定，只要在本技术的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本技术要求保护的范围内。