一种超级电容器电极材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超级电容器电极材料，具体涉及一种活性炭和石墨稀经聚合物处理制成的电极材料。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种很有应用前景的新能源汽车动力电源，具有比功率高，循环寿命长，大电流充放电，环境友好，安全及免维护的优点。电极是超级电容器的核心组成部分，电极材料直接影响到超级电容器的性能，目前常用的电极材料为活性炭。
[0003]随着纳米材料的发展，具有片层结构的二维石墨烯材料引起广泛关注。将其与电极材料复合，可以提升超级电容器的性能。但由于石墨烯的二维纳米片层结构使其极易团聚在一起，石墨烯的性能优势不能被充分发挥出来。对于超级电容器，电极材料的比表面积直接影响比电容。为了提高材料的比表面积，可以通过化学或物理的方法在材料颗粒表面制成多孔。申请公布号CN 102115069 A的中国专利公开了具有多孔结构的石墨烯及其制备方法，申请公布号CN 102107868 A的中国专利公开了一种多孔石墨烯材料的制备方法，申请公布号CN 102757036 A的中国专利公开了多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN 102992313 A的中国专利公开了一种中孔发达的高比表面石墨烯及其制备方法，申请公布号CN 102849734 A的中国专利公开了一种多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN102826542 A的中国专利公开了一种具有中孔的高比表面活性石墨烯、其制备方法及其用途，申请公布号CN 103011152 A的中国专利公开了一种具有多孔结构的石墨烯材料及其制备方法，申请公布号CN 102874800 A的中国专利公开了一种中孔的活化石墨烯、其制备方法。
[0004]将石墨烯与炭化物的混合物在制备过程中直接活化成孔，可以得到多孔石墨烯与活性炭的复合材料。申请公布号CN 103771415 A的中国专利公开了一种石墨烯杂化高比表面积活性炭材料及其制备方法和应用，利用对热处理或者微波辐照得到的石墨烯粉末和椰壳碳化料混合，装入反应器中，在氮气保护下活化，反应产物水洗，烘干制成品。申请公布号CN 103723720 A的中国专利公开了一种适用于超级电容器的石墨烯改性活性炭的制备方法，是以椰壳活性炭为原料，经过去除杂质，匹配特定参数石墨烯，在去离子水溶液中高温活化，再经过过滤、烘干后得到适用于超级电容器的石墨烯改性活性炭。申请公布号CN 103723721 A的中国专利公开了一种氧化石墨烯改性超级电容器用活性炭的制备方法，以果壳、木质和秸杆活性炭中的一种或几种为原料，经过去除杂质，匹配特定参数氧化石墨烯，在去离子水溶液中高温活化，利用氨水和盐酸羟胺将氧化石墨烯还原为石墨烯，再经过除水烘干后得到改性超级电容器用活性材料。
[0005]石墨烯用作电极材料是超级电容器的重要发展方向，如何实现石墨烯的均匀分散，提高石墨烯比表面积的有效利用，是石墨烯应用于超级电容器亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种超级电容器电极材料，包括活性炭、石墨烯及聚合物，通过聚合物处理活性炭和石墨烯，改善石墨烯的分散和比表面积的有效利用，来提高电极材料性能。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:一种超级电容器电极材料，包括活性炭、石墨烯及聚合物，其特征在于:聚合物处理活性炭和石墨烯，其按重量份数的组成为:0.1?2份的聚合物，30?90份的活性炭及8?70份的石墨稀，所述的石墨稀为多孔结构，比表面积为 1500 ?2200m2/g ;。
[0008]所述的聚合物为聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜中的一种或几种。
[0009]所述的聚合物处理活性炭和石墨烯，为活性炭和石墨烯颗粒悬浮于溶剂中与聚合物溶液混合，然后将预处理的颗粒过滤和干燥；或者活性炭和石墨烯经高剪切力和高冲击力的一种或多种方式混合后与聚合物溶液混合；还可以活性炭和石墨烯、聚合物经高剪切力和高冲击力的一种或多种方式混合。
[0010]本发明的积极效果是石墨烯的多孔结构可提高比表面积的有效利用，聚合物处理活性炭和石墨烯颗粒可以改善分散性和粘附性。该超级电容器电极材料易于实现规模化制备。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1的聚丙烯腈处理活性炭和石墨烯制备的电极材料的EDS图片，图中箭头标出为N元素位置，聚丙烯腈分散较均匀。
[0012]图2是本发明实施例1充放电曲线。
[0013]图3是本发明实施例2的聚四氟乙烯处理的活性炭和石墨烯制备的电极材料的EDS图片，图中箭头标出为F元素位置，聚四氟乙烯分散较均匀。
[0014]图4是本发明实施例2的充放电曲线。
[0015]图5是本发明实施例3的聚醚砜处理的活性炭和石墨烯制备的电极材料的EDS图片，图中箭头标出为S元素位置，聚醚砜分散较均匀。
[0016]图6是本发明实施例3的充放电曲线。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明具体描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
[0018]实施例1
称取2份的聚丙烯腈、29份的多孔石墨烯、以及69份的活性炭，将聚丙烯腈溶于DMF形成的溶液，加入多孔石墨烯(比表面积2200m2/g)超声lh，然后加入活性炭，搅拌3h ;除去DMF, 100°C干燥至恒重，得到聚丙烯腈处理的超级电容器电极材料，如图1、2所示。
[0019]按90份电极材料、5份导电剂以及5份粘结剂，称取(石墨烯和活性炭)、乙炔黑以及CMC和SBR (CMC:SBR=2:3，SBR为50%乳液)。CMC加入去离子水溶解后，加入电极材料搅拌lh，然后加入SBR乳液，继续搅拌2h，静置消泡，将混合均匀的浆料涂布在铝箔上，真空干燥，裁切，作为超级电容器极片。
[0020]实施例2 称取2份的聚四氟乙烯、30份的多孔石墨烯、以及68份的活性炭，将多孔石墨烯(比表面积2200m2/g)在去离子水中超声Ih形成混合液，加入活性炭，以及与活性炭相同质量的乙醇，搅拌2h，加入聚四氟乙烯乳液(60%)，继续搅拌2h，除去去离子水，80°C干燥至恒重，得到聚四氟乙烯处理的超级电容器电极材料，如图3、4所示。
[0021]按90份电极材料、5份导电剂以及5份粘结剂，称取(石墨烯和活性炭)、VGCF、CMC和SBR(CMC:SBR=2:3，SBR为50%乳液)。CMC加入去离子水溶解后，加入电极材料搅拌2h，然后加入SBR乳液，继续搅拌3h，静置消泡，将混合均匀的浆料涂布在铝箔上，真空干燥，裁切，作为超级电容器极片。
[0022]实施例3
称取0.1份的聚醚砜、9.9份的多孔石墨烯、以及90份的活性炭，将多孔石墨(比表面积1500m2/g)烯加入DMF溶液中超声Ih形成混合液，加入聚醚砜超声lh，然后加入活性炭，搅拌2h ;除去DMF，100°C干燥至恒重，得到聚醚砜处理的超级电容器电极材料，如图5、6所示。
[0023]按90份电极材料、5份导电剂以及5份粘结剂，称取(石墨烯和活性炭)、碳纳米管、CMC和SBR，(CMC:SBR=2:3，SBR为50%乳液)。CMC加入去离子水溶解后，加入电极材料搅拌lh，然后加入SBR乳液，继续搅拌2h，静置消泡，将混合均匀的浆料涂布在铝箔上，真空干燥，裁切，作为超级电容器极片。
【主权项】
1.一种超级电容器电极材料，包括活性炭、石墨烯及聚合物，其特征在于:聚合物处理活性炭和石墨烯，其按重量份数的组成为:0.1?2份的聚合物，30?90份的活性炭及8?70份的石墨稀，所述的石墨稀为多孔结构，比表面积为1500?2200m2/g ；。2.根据权利要求1中所示的一种超级电容器电极材料，其特征在于所述的聚合物为聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜中的一种或几种。
【专利摘要】本发明涉及一种超级电容器电极材料，包括活性炭、石墨烯及聚合物，其特征在于：聚合物处理活性炭和石墨烯，其按重量份数的组成为：0.1～2份的聚合物，30～90份的活性炭及8～70份的石墨烯，所述的石墨烯为多孔结构，比表面积为1500～2200m2/g。通过聚合物处理活性炭和石墨烯，改善石墨烯的分散和比表面积的有效利用，来提高电极材料性能。
【IPC分类】H01G11/24, H01G11/36, H01G11/34
【公开号】CN104934231
【申请号】CN201510342920
【发明人】荣常如, 陈书礼, 韩金磊, 张克金, 魏晓川
【申请人】中国第一汽车股份有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月19日