一種石墨烯/活性炭復合電極材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料，其包括活性炭顆粒、石墨烯以及聚合物粘結劑，所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為0.5％～10％，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。本發明專利技術還提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料的制備方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及超級電容器電極材料
，尤其涉及一種石墨烯/活性炭復合電極材料及其制備方法。
技術介紹
超級電容器，又稱為電化學電容器，是一種基于電極材料來儲存電荷的儲能器件。超級電容器具有能量密度高、功率密度高、使用壽命長、充放電速度快、適用范圍廣等特點，因而廣泛應用于工業、軍工及民用等領域。超級電容器中的電極材料一般選用具有高比表面積、化學性質穩定、導電性良好的材料，如以活性炭和碳纖維為代表的碳基電極材料。碳基電極材料具有價格低廉、易于加工、電化學穩定性好、易控制孔隙率等優點。石墨烯是具有一個碳原子厚度的二維材料，其具有特殊的蜂巢晶格結構形態。石墨烯具有很高的的比表面積、優良的導電性和和化學穩定性，是超級電容器的理想材料。在超級電容器中，石墨烯可以提供較大的表面供電荷的儲存，實現雙電層電容，可作為載體通過負載一些電化學活性材料，而實現贗電容效應。因此，石墨烯在儲能方面具有廣闊的應用前景。然而，隨著活性炭比表面積的增大，導電率減小，影響雙電子層充放電性能。石墨烯作為電極材料其所能達到的體積比電容較低，這阻礙了其在實際中的應用中的問題。目前國內外研究石墨烯/活性炭復合電極材料，僅限于采用化學還原方式將兩者復合，工藝較為復雜，要求苛刻。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的在于提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料及其制備方法，以解決現有技術中的問題。本專利技術提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料，其包括活性炭顆粒、石墨烯以及聚合物粘結劑，所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面，所述石墨
烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為0.5％～10％，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。優選的，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為2％～8％。優選的，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:12。優選的，所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為6:1～10:1，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～1000mPa·s。優選的，所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為8:1，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～800mPa·s。優選的，所述聚合物粘結劑為聚四氟乙烯乳液、丁苯橡膠乳液、羧甲基纖維素、聚苯胺乳液中的至少一種。本專利技術還提供一種上述任一項石墨烯/活性炭復合電極材料的制備方法，其包括以下步驟：(1)將石墨烯和活性炭顆粒加入一極性有機溶劑中，并經超聲分散處理，得到第一混合物，其中所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量與所述極性有機溶劑的體積的比例為(20g～30g):100mL，所述第一混合物中石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面；(2)將所述第一混合物的極性有機溶劑除去，得到第二混合物；(3)向所述第二混合物加入聚合物粘結劑并混合，得到所述石墨烯/活性炭復合電極材料，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～1000mPa·s。優選的，步驟(1)中所述極性有機溶劑為丁醇、異丙醇、乙二醇甲醚中的至少一種。優選的，步驟(1)中所述超聲分散處理的時間為30分鐘～60分鐘。優選的，其特征在于，步驟(3)中所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～800mPa·s。本專利技術所述石墨烯/活性炭復合電極材料具有以下優點：第一，通過加入石墨烯，所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面，石墨烯具有高比表面積，因而增加了復合材料的整體儲能密度，而且由于石墨烯的導電性優異，所述石
墨烯/活性炭復合電極材料的導電性能也得到了增強；第二，由于石墨烯具有強度高，柔韌性好的特點，因而采用石墨烯也可提高所述石墨烯/活性炭復合電極材料的涂膜機械性能；第三，通過添加聚合物粘結劑，可增加了所述石墨烯/活性炭復合電極材料與銅箔之間的附著力。所述石墨烯/活性炭復合電極材料的制備方法具有以下優點：該方法僅采用物理的方法，具有制備簡單、對設備以及操作者要求低、生產成本低、生產效率高等特點，易于實現工業化量產。具體實施方式下面將對本專利技術實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本專利技術一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本專利技術中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料的制備方法，其包括以下步驟：(1)將石墨烯和活性炭顆粒加入一極性有機溶劑中，并經超聲分散處理，得到第一混合物，其中所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量與所述極性有機溶劑的體積的比例為(20g～30g):100mL，所述第一混合物中石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面；(2)將所述第一混合物的極性有機溶劑除去，得到第二混合物；(3)向所述第二混合物加入聚合物粘結劑并混合，得到所述石墨烯/活性炭復合電極材料，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～1000mPa·s。在步驟(1)中，所述極性有機溶劑為丁醇、異丙醇、乙二醇甲醚中的至少一種。所述極性有機溶劑在較低的溫度下，具有較好的揮發性。所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。優選的，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:12。所述超聲分散處理的目的在于，當用足夠大振幅的超聲波作用于極性有機溶劑時，極性有機溶劑中分子間的平均距離拉大會超過使極性有機溶劑分子之間保持不變的臨界分子距離，此時極性有機溶劑分子就會發生斷裂，形成微泡；這些微泡迅速脹大和閉合，會使石墨烯和活性炭微粒之間發生猛烈的撞擊作用
而最終使得石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面。所述超聲分散處理的時間為30分鐘～60分鐘，優選為30分鐘～40分鐘。在步驟(2)中，將所述第一混合物的極性有機溶劑除去的手段具體為：將所述第一混合物進行減壓閃蒸以將所述極性有機溶劑去除。在步驟(3)中，所述聚合物粘結劑的作用為提高所述石墨烯/活性炭復合電極材料的粘附力，以便在制備電極的過程中提高所述石墨烯/活性炭復合電極材料與銅箔的結合力。所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為6:1～10:1。所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～1000mPa·s。優選的，所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為8:1，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～800mPa·s。所述聚合物粘結劑為聚四氟乙烯乳液、丁苯橡膠乳液、羧甲基纖維素、聚苯胺乳液中的至少一種。本專利技術還提供一種石墨烯/活性炭復合電極材料。所述石墨烯/活性炭復合電極材料包括活性炭顆粒、石墨烯以及聚合物粘結劑。所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面。所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為0.5％～10％。所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。優選的，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為2％～8％。所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:12。進一步的，可將所述石墨烯/活性炭復合電極材料利用涂膜機涂布在銅箔上，然后烘干處理，得到涂布復合電極。最后將該涂布復合電極本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，其包括活性炭顆粒、石墨烯以及聚合物粘結劑，所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為0.5％～10％，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，其包括活性炭顆粒、石墨烯以及聚合物粘結劑，所述石墨烯均勻分布于所述活性炭顆粒的表面，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為0.5％～10％，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:1～1:20。2.一種如權利要求1所述的石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，所述石墨烯占所述石墨烯/活性炭復合電極材料的質量分數為2％～8％。3.一種如權利要求1所述的石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，所述石墨烯與活性炭顆粒的質量比為1:12。4.一種如權利要求1所述的石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為6:1～10:1，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～1000mPa·s。5.一種如權利要求1所述的石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，所述聚合物粘結劑的質量與所述石墨烯和活性炭顆粒的總質量的比例為8:1，所述石墨烯/活性炭復合電極材料的黏度為600mPa·s～800mPa·s。6.一種如權利要求1所述的石墨烯/活性炭復合電極材料，其特征在于，所述聚合物粘結劑為聚四氟乙烯乳液、丁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李朝陽，唐長林，萬亞飛，趙守仁，余珊珊，周旭峰，劉兆平，茆玉寶，
申請(專利權)人：寧波墨西科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33