一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法与流程

本发明属于石墨烯电极材料
技术领域：
，特别是涉及一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法。
背景技术：
：石墨烯是由具有六边形结构的sp2杂化碳原子构成的二维单层薄膜。由于石墨烯独特的结构，使其具备上述独特的性质，如超大的比表面积、良好的电子导电性以及优良的光学特性等。而如此优良的碳材料也注定能以各种形式，于提高锂离子电池、电化学电容器以及燃料电池等化学电源性能方面，将发挥着不可磨灭的作用。对于石墨烯材料其超大的比表面积在一定条件下是其优势，但其超大比表面积所带来的劣势就是极低的振实密度，有些孔隙率极大的石墨烯材料的密度甚至低于0.00016g/ml。这对于石墨烯材料作为电极材料在电容器中的应用是致命的缺陷，如此低密度的材料，不但很难制备成电极，而且电极的载量是极大的问题，进而影响着活性材料在整个电容器中所占比例，最终不利于电容器能量密度与功率密度的发挥。目前，对于高密度石墨烯材料制备研究，最具有代表性的论著：scientificreports.2013,3,2975；chem.mater.2015,27,3291-3298。而现有的制备工艺中的主要问题：1)批次制备量较少。由于氧化石墨在一定体积溶剂中，分散量及其有限，约0.1g/l，故批次制备量只在几克级。2)制备条件与方法较为复杂。现有的工艺需要经过后处理，并且需要控制烘干条件，所以极大限制了制备效率。技术实现要素：本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法。本发明的目的是提供一种具有增加的前序的投料量与制备量，简化了制备条件与方法，高密度石墨烯在x射线衍射谱中没有明显衍射峰，属于短程有序，长程无序；在提高生产效率的同时，降低了生产成本，非常适合于石墨烯的规模化生产等特点的锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法。将石墨烯粉体经过轻氧化处理，而后将其与氧化石墨分散液混合，经过搅拌与超声分散后。将前驱液转入水热釜中，在150-200℃下持续加热6-24h，直接将所得石墨烯凝胶在常压烘干，烘干方式为阶梯烘干方式，而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。石墨烯粉体的轻氧化，包括利用1％-60％(体积比)的酸溶液进行常温氧化；所用酸包括：硝酸、高氯酸、次氯酸、高锰酸、磷酸等；所用的氧化方式包括：超声震荡、机械搅拌、气流搅拌等；氧化时间1-12h。轻氧化石墨烯与氧化石墨分散液混合，其搅拌与超声分散时间1-12h。水热处理，其条件：温度为150-200℃，反应时间为6-24h。石墨烯凝胶的烘干，其条件为大气压、无后处理；烘干方式为阶梯烘干：首先在40-60℃烘焙12-24h，而后在60-100℃烘焙6-12h。本发明锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法所采取的技术方案是：一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其特点是：锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法的工艺过程：石墨烯粉体经过氧化处理，将氧化石墨烯粉体与氧化石墨分散液混合，经过搅拌与超声分散后，将前驱液转入水热釜中，在150-200℃条件下持续加热6-24h，将所得石墨烯凝胶采用阶梯烘干方式烘干，粉碎得到高密度粉体石墨烯电极材料。本发明锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法还可以采用如下技术方案：所述的锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其特点是：石墨烯粉体氧化处理是利用1％-60％体积比的酸溶液进行常温氧化；氧化方式采用超声震荡、机械搅拌或气流搅拌。所述的锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其特点是：酸酸溶液为硝酸、高氯酸、次氯酸、高锰酸或磷酸溶液，氧化时间1-12h。所述的锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其特点是：氧化石墨烯粉体与氧化石墨分散液混合，氧化石墨分散液为氧化石墨水溶液，氧化石墨烯与氧化石墨分散液混合以增加批次制备量，搅拌与超声分散时间1-12h。所述的锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其特点是：烘干方式采用的阶梯烘干，首先在40-60℃烘焙12-24h，而后在60-100℃烘焙6-12h。本发明具有的优点和积极效果是：锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明工艺不但增加的前序的投料量与制备量，而且简化了制备条件与方法，高密度石墨烯在x射线衍射谱中没有明显衍射峰，属于短程有序，长程无序。在提高生产效率的同时，降低了生产成本，非常适合于石墨烯的规模化生产。附图说明图1、图2和图3是实施例1得到高密度石墨烯的tem图；图4、图5是实施例1得到高密度石墨烯的电性能曲线。具体实施方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：参阅附图1、图2和图3。实施例1一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其工艺过程：将石墨烯粉体在1％硝酸溶液中氧化处理12h，后将其与氧化石墨超声震荡分散液混合12h，将前驱液转入水热釜中，在180℃下持续加热24h，直接将所得石墨烯凝胶在常压烘干，烘干方式为阶梯烘干方式：在40℃烘焙24h，而后在100℃烘焙6h，而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。实施例2一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其工艺过程：将石墨烯粉体在60％磷酸溶液中氧化处理1h，后将其与氧化石墨超声震荡分散液混合12h，将前驱液转入水热釜中，在150℃下持续加热12h，直接将所得石墨烯凝胶在常压烘干，烘干方式为阶梯烘干方式：在60℃烘焙12h，而后在100℃烘焙12h，而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。实施例3一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其工艺过程：将石墨烯粉体在50％高氯酸溶液中氧化处理1h，后将其与氧化石墨超声震荡分散液混合12h，将前驱液转入水热釜中，在200℃下持续加热6h，直接将所得石墨烯凝胶在常压烘干，烘干方式为阶梯烘干方式：在60℃烘焙12h，而后在100℃烘焙6h，而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。实施例4一种锂离子电容器用高密度石墨烯电极材料制备方法，其工艺过程：将石墨烯粉体在50％次氯酸溶液中氧化处理1h，后将其与氧化石墨超声震荡分散液混合12h，将前驱液转入水热釜中，在180℃下持续加热12h，直接将所得石墨烯凝胶在常压烘干，烘干方式为阶梯烘干方式：在60℃烘焙12h，而后在90℃烘焙12h，而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。对比性实施方式对比例1将氧化石墨以1mg/ml的浓度分散于水中，将分散液转移至水热釜中，180℃水热反应6h，将石墨烯凝胶取出，用压力机进行挤压(压力为1mpa)，而后对其真空干燥(真空度为-0.1mpa)，干燥温度控制在70℃，持续烘干36h。而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。此工艺，初始进料量有限，另外后续烘干条件较为苛刻，耗时、效率低且成本高，严重制约高密度石墨烯的较大量制备。表1实施例1与对比例制备效率对比表序号实施例1对比例对比例对比例制备效率(g/天)1.30.10.10.06对比例2将将氧化石墨以1mg/ml的浓度分散于水中，将分散液转移至水热釜中，180℃水热反应6h，将石墨烯凝胶取出，使用乙醇或丙酮浸泡12h，而后对其真空干燥(真空度为-0.1mpa)，干燥温度控制在60℃，持续烘干36h。而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。此工艺，初始进料量有限，另外后续烘干条件较为苛刻，耗时、效率低且成本高，严重制约高密度石墨烯的较大量制备。对比例3将将氧化石墨以1mg/ml的浓度分散于水中，将分散液转移至水热釜中，180℃水热反应6h，将石墨烯凝胶取出，而后对其真空常温干燥(真空度为-0.1mpa)，干燥温度控制在25℃，持续烘干70h以上。而后粉碎得到高密度石墨烯粉体，而后将其用作锂离子电容器正极材料进行电性能测试。此工艺，初始进料量有限，另外后续烘干条件较为苛刻，耗时、效率低且成本高，严重制约高密度石墨烯的较大量制备。本实施例具有所述的工艺不但增加的前序的投料量与制备量，而且简化了制备条件与方法，高密度石墨烯在x射线衍射谱中没有明显衍射峰，属于短程有序，长程无序。在提高生产效率的同时，降低了生产成本，非常适合于石墨烯的规模化生产等积极效果。当前第1页12