石墨烯及其活化方法與超級(jí)電容器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種石墨烯的活化方法，包括將氧化石墨在保護(hù)氣體氛圍中在800~1200℃下處理1~12小時(shí)得到石墨烯；及將石墨烯在惰性氣體氛圍中升溫至700~900℃，然后在二氧化碳氛圍中反應(yīng)0.5~2小時(shí)，得到活化后的石墨烯的步驟。該活化將二氧化碳與石墨烯進(jìn)行反應(yīng)，二氧化碳分子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入石墨烯內(nèi)部，并與石墨烯上一部分活性較高碳發(fā)生反應(yīng)生成氣體，氣體在石墨烯內(nèi)部的擴(kuò)散使原有的空隙增大，同時(shí)由于石墨烯孔壁的燒蝕使孔與孔相通，形成新的氣體孔道，從而石墨烯的比表面積較大。本發(fā)明還提供由該活化方法得到的石墨烯及使用該石墨烯的超級(jí)電容器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】石墨烯及其活化方法與超級(jí)電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲(chǔ)能器件的電極材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯及其活化方法與超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】[0002]超級(jí)電容器(Supercapacitors),又稱(chēng)電化學(xué)電容器(ElectrochemicalCapacitors)或者雙電層電容器(Electric Double Layer Capacitors),是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能元件，與傳統(tǒng)電容器相比具有更高比電容量和能量密度，與電池相比則具有更高的功率密度；由于超級(jí)電容器具有充放電速度快、對(duì)環(huán)境無(wú)污染和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，有希望成為本世紀(jì)新型的綠色能源。電極材料是超級(jí)電容器的重要組成部分，是影響超級(jí)電容器電容性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，因此研究開(kāi)發(fā)高性能、低成本的電極材料是超級(jí)電容器研究工作的重要內(nèi)容。目前研究的超級(jí)電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導(dǎo)電聚合物電極材料。
[0003]目前雙電層超級(jí)電容器的電極材料主要為碳材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學(xué)領(lǐng)域作電極材料，碳材料是目前工業(yè)化最為成功的電極材料之一。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發(fā)具有高比表面積、內(nèi)阻較小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面積、極好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性，通過(guò)氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性?xún)r(jià)比較高，且穩(wěn)定性好，是超級(jí)電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級(jí)電容器將會(huì)比目前所有的超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)密度都高。但是實(shí)際得到的的石墨烯電極材料由于團(tuán)聚等原因而降低了石墨烯的比表面積，使得容量偏低，水系中容量為135F/g，有機(jī)系容量99F/g，距離理論容量(550F/g)相差較遠(yuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種石墨烯的活化方法，以得到比表面積較高的石墨烯，并提供一種使用該活化方法得到的石墨烯的超級(jí)電容器。
[0005]一種石墨烯的活化方法，包括如下步驟:
[0006]將氧化石墨在保護(hù)氣體氛圍中在80(Tl20(TC下處理f 12小時(shí)得到石墨烯；及
[0007]將所述石墨烯在惰性氣體氛圍中升溫至70(T90(TC，然后在二氧化碳氛圍中反應(yīng)
0.5^2小時(shí)，得到活化后的石墨烯。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述石墨烯在二氧化碳氛圍中反應(yīng)的步驟包括:將所述石墨烯裝入敞口的石英管中，然后將所述石英管放入爐管中，并向所述爐管通入惰性氣體并將所述爐管升溫至70(T90(TC，然后向所述石英管通入二氧化碳與所述石墨烯進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中所述石英管繞石英管的中軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述石英管的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10-25轉(zhuǎn)/min。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述二氧化碳的流量為100(T2000mL/min。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述惰性氣體選自氬氣、氮?dú)?、氦氣和氖氣中的一種。[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)氣體選自氫氣、氬氣或氮?dú)庵械囊环N。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化石墨采用如下方法制備:
[0014]將石墨加入由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將所述混合液的溫度保持在_2~2°C攪拌10-30分鐘；
[0015]向所述混合液加入高錳酸鉀，將所述混合液與高錳酸鉀的混合物保持在_2~2°C攪拌I小時(shí)，然后將所述混合物加熱至8(T90°C，并保持0.5^2小時(shí)；
[0016]向所述混合物加入去離子水，然后在8(T90°C保持0.5^2小時(shí)，再加入過(guò)氧化氫，攪拌、抽濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨；
[0017]其中，所述石墨、濃硫酸與濃硝酸的比為lg:8(Tll0ml:15~35ml，所述石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:廣10，所述石墨與去離子水的比為lg:46、2ml，所述高錳酸鉀與過(guò)氧化氫溶液的比為lg:l~3ml。
[0018]上述活化方法得到的石墨烯。
[0019]一種超級(jí)電容器，包括正極片，所述正極片包括集流體和涂覆在所述集流體上的正極漿料層，所述正極漿料層的材料包括粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑及上述石墨烯。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑，所述石墨烯、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為88:10:2 ;所述超級(jí)電容器還包括殼體、隔膜、負(fù)極片和電解液，所述正極片、隔膜和負(fù)極片依次層疊后收容于所述殼體中，所述電解液灌裝于所述殼體中，且所述電解液為離子液體，所述離子液體的陽(yáng)離子為季銨鹽、吡啶鹽或吡咯鹽正離子，所述離子液體的陰離子為P`FfT或BF4'
[0021]上述石墨烯的活化方法將氧化石墨于高溫下還原得到石墨烯，然后在惰性氣體保護(hù)下于高溫下采用二氧化碳與石墨烯反應(yīng)以對(duì)石墨烯進(jìn)行活化，二氧化碳分子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入石墨烯內(nèi)部，并與石墨烯上一部分活性較高碳發(fā)生反應(yīng)生成氣體，氣體在石墨烯內(nèi)部的擴(kuò)散使原有的空隙增大，同時(shí)由于石墨烯孔壁的燒蝕使孔與孔相通，形成新的氣體孔道，使得活化得到的石墨烯的比表面積較大。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯的活化方法的流程圖；
[0023]圖2為一實(shí)施方式的石墨烯的活化方法的反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】和附圖對(duì)上述石墨烯的活化方法、由該活化方法得到的石墨烯及使用該石墨烯的超級(jí)電容器進(jìn)一步闡述。
[0025]請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式石墨烯的活化方法，包括如下步驟:
[0026]步驟SllO:制備氧化石墨。
[0027]提供石墨。優(yōu)選純度為99.%的石墨。
[0028]將石墨加入由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2~2°C攪拌10-30分鐘。濃硫酸采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸，濃硝酸采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的硝酸。石墨、濃硫酸與濃硝酸的比為lg:8(Tll0ml:15~35ml。
[0029]接著向混合液加入高錳酸鉀，將混合液與高錳酸鉀的混合物保持在_2~2°C攪拌I小時(shí)，然后將混合物加熱至8(T90°C，并保持0.5~2小時(shí)。石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:1~10。
[0030]向混合物加入去離子水，然后在8(T90°C保持0.5~2小時(shí)，再加入過(guò)氧化氫以除去高錳酸鉀，充分?jǐn)嚢?、抽濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨。石墨與去離子水的比為lg:46、2ml。過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，高錳酸鉀與過(guò)氧化氫溶液的比為lg: f 3ml。
[0031]洗滌采用稀鹽酸和去離子水反復(fù)洗滌后進(jìn)行抽濾，得到的固體物質(zhì)，然后將該固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨。
[0032]步驟S120:將氧化石墨在保護(hù)氣體氛圍中在80(Tl200°C下處理f 12小時(shí)得到石墨稀。
[0033]將脫水氧化石墨在保護(hù)氣體氛圍中于800-1200?下處理f 12小時(shí)進(jìn)行熱解除去
氧化石墨層間的含氧官能團(tuán)，氧化石墨還原得到石墨烯。
[0034]在80(Tl20(TC下處理f 12小時(shí)進(jìn)行高溫還原，不僅使氧化石墨還原得到石墨烯后，更有利于石墨烯的其他含氧基團(tuán)裂解除去，因而降低了石墨烯的含氧量，提高石墨烯的導(dǎo)電性能。
[0035]保護(hù)氣體選自氫氣、氬氣或氮?dú)庵械囊环N。
[0036]步驟S130:將石墨烯在惰性氣體氛圍中升溫至70(T90(TC，然后在二氧化碳氛圍中反應(yīng)0.5^2小時(shí)，得到活化后的石墨烯。
[0037]步驟S120制備石墨稀后，為了提聞石墨稀的比表面積，進(jìn)一步對(duì)石墨稀進(jìn)彳丁活化處理。
[0038]請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，活化處理在爐管100中進(jìn)行。將石墨烯裝入石英管200中，然后將石英管200放置于爐管100中央，爐管100的中心軸線(xiàn)與石英管200的中軸線(xiàn)平行。石英管200為敞口的圓柱形管，爐管100與石英管200相通。爐管100兩端被帶孔的膠塞110塞住并涂以密封膠。通過(guò)爐管100—端的帶孔的膠塞110向爐管100通入氣流300，且氣流300從爐管100另一端的帶孔的膠塞110出來(lái)。氣流300為惰性氣體。因?yàn)闋t管100與石英管200相通，石英管200內(nèi)部的石墨烯處于惰性氣體的保護(hù)氛圍中。在惰性氣體的保護(hù)氛圍中將爐管100升溫至70(T90(TC，然后將氣流300改為二氧化碳，二氧化碳進(jìn)入石英管200內(nèi)部與石墨烯反應(yīng)0.5~2小時(shí)。在反應(yīng)過(guò)程中，石英管200繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。石英管200轉(zhuǎn)動(dòng)以使石英管200內(nèi)部的石墨烯粉末隨之翻轉(zhuǎn)而與二氧化碳?xì)饬鞒浞纸佑|，以提聞處理效果。
[0039]二氧化碳的流量?jī)?yōu)選為100(T2000mL/min，石英管的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為10~25轉(zhuǎn)/min，以
使石墨烯的翻轉(zhuǎn)程度與二氧化碳的流量相配合而使石墨烯與二氧化碳能夠接觸更充分，避免出現(xiàn)死角，同時(shí)提高處理效果和處理效率。
[0040]可以理解，在其他實(shí)施方式中，也可以在其他裝置中通入二氧化碳對(duì)石墨烯進(jìn)行處理，保證二氧化碳與石墨烯充分接觸即可。
[0041]活化處理過(guò)程中，二氧化碳?xì)饬髋c石墨烯充分接觸，二氧化碳分子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入石墨烯內(nèi)部而與石墨烯上一部分活性較高的碳發(fā)生反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)式為:C+C02 — 2C0。生成的氣體在石墨烯內(nèi)部的擴(kuò)散使石墨烯分子原有的空隙增大，同時(shí)在高溫作用下，由于石墨烯孔壁的燒蝕使孔與孔相通而形成新的氣體孔道，從而使得活化后的石墨烯的比表面積增加。[0042]石墨烯比表面積的增加，提高了石墨烯的容量，并降低了石墨烯的等效串聯(lián)電阻，有效地改善了石墨烯的電化學(xué)性能 。
[0043]上述石墨烯的活化方法將氧化石墨于高溫下還原得到石墨烯，然后在惰性氣體保護(hù)下于高溫下采用二氧化碳與石墨烯反應(yīng)進(jìn)行活化得到比表面積高的石墨烯。該活化方法采用脫水的氧化石墨為原料，最終得到比表面積較高的石墨烯粉末，無(wú)需進(jìn)行過(guò)濾、洗滌及干燥等步驟，工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備。
[0044]并且，二氧化碳易得，制備成本低。相比于為了防止石墨烯團(tuán)聚而添加其他物質(zhì)，如碳納米管、金屬氧化物等制備石墨烯-碳納米管復(fù)合材料或石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料以提高石墨烯的比表面積的方法相比，上述石墨烯的活化方法的原料成本大大降低，有利于降低石墨烯的成本。
[0045]進(jìn)一步，提高一種由上述活化方法得到的石墨烯。該石墨烯的比表面積較大，具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，是優(yōu)良的電極材料。
[0046]進(jìn)一步，還提供一種使用該石墨烯的超級(jí)電容器。該超級(jí)電容器包括正極片。正極片包括集流體和涂覆在集流體上的正極漿料層。正極漿料層的材料包括粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑及上述石墨烯。集流體可以為鋁箔平、銅箔片等。
[0047]粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，導(dǎo)電劑為乙炔黑，石墨烯、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為88:10:2。
[0048]該超級(jí)電容器還包括殼體、隔膜、負(fù)極片和電解液。
[0049]正極片、隔膜和負(fù)極片依次層疊組裝成電芯，電芯收容于殼體中。
[0050]電解液灌裝于殼體中。電解液為離子液體。離子液體的陽(yáng)離子為季銨鹽、吡啶鹽或吡咯鹽正離子，優(yōu)選為碳原子數(shù)大于6的小分子烷烴取代的季銨鹽、吡啶鹽或吡咯鹽正離子。離子液體的陰離子為PFfT或BF4'
[0051]上述石墨稀具有比表面積聞的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提聞該超級(jí)電容器的容量，有利于提供超級(jí)電容器的性能。
[0052]該超級(jí)電容器的制備方法如下:
[0053]1、制備超級(jí)電容器正極片
[0054]首先、選用上述方法制備的石墨烯作為正極活性材料；
[0055]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0056]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0057]2、超級(jí)電容器的組裝
[0058]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往電池殼體里注入電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0059]電解液采用離子液體，離子液體的陽(yáng)離子可為以下三種:季銨鹽、吡啶鹽、吡咯鹽正離子等，陰離子為PF6_、BF4_等。
[0060]以下為具體實(shí)施例。
[0061]實(shí)施例1
[0062]石墨烯的制備[0063](I)制備氧化石墨:稱(chēng)取30g純度為99.5%的石墨加入由240mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸和45mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液溫度保持在-2~2°C攪拌10分鐘，再慢慢地往混合液中加入3g高錳酸鉀，攪拌I小時(shí),接著將混合液與高錳酸鉀的混合物加熱至80°C并保持2小時(shí)，之后加入138mL去離子水繼續(xù)在80°C下保持2小時(shí)，最后加入3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行抽濾，再依次分別用300mL稀鹽酸和450mL去離子水對(duì)固體物進(jìn)行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨；
[0064](2)制備石墨烯:將氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)，在氫氣氣氛下1200°C高溫下還原I小時(shí)得到石墨稀;
[0065](3)石墨烯的活化:將20g石墨烯裝入石英管中，然后將石英管放入爐管的中央，爐管兩端被帶孔的膠塞塞住并涂以密封膠，爐管在氬氣保護(hù)的條件下升溫至700°C，改通二氧化碳以對(duì)石墨烯進(jìn)行活化。二氧化碳的流量為1000mL/min?；罨^(guò)程中石英管以10轉(zhuǎn)/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng),使石墨烯粉體均勻地與二氧化碳反應(yīng),活化2小時(shí)得到高比表面積的石墨稀。
[0066]實(shí)施例2
[0067]石墨烯的制備
[0068](I)制備氧化石墨:稱(chēng)取40g純度為99.5%的石墨加入由440mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸和140mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液溫度保持在-2~2°C攪拌30分鐘，再慢慢地往混合液中加入40g高錳酸鉀，攪拌I小時(shí),接著將混合液與高錳酸鉀的混合物加熱至90°C并保持0.5小時(shí)，之后加入368mL去離子水繼續(xù)在90°C下保持0.5小時(shí)，最后加入120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行抽濾,再依次分別用400mL稀鹽酸和600mL去`離子水對(duì)固體物進(jìn)行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨；
[0069](2)制備石墨烯:將氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)，在氬氣氣氛下800°C高溫下還原12小時(shí)得到石墨稀;
[0070](3)石墨烯的活化:將20g石墨烯放入石英管中，然后將石英管放入爐管的中央，爐管兩端被帶孔的膠塞塞住并涂以密封膠，爐管在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下升溫至750°C，改通二氧化碳以對(duì)石墨烯進(jìn)行活化。二氧化碳的流量為2000mL/min。活化過(guò)程中石英管以25轉(zhuǎn)/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使石墨烯粉體均勻地與二氧化碳反應(yīng)，活化0.5小時(shí)得到高比表面積的
石墨烯。
[0071]實(shí)施例3
[0072]石墨烯的制備
[0073](I)制備氧化石墨:稱(chēng)取50g純度為99.5%的石墨加入由500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸和125mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液溫度保持在-2~2°C攪拌20分鐘，再慢慢地往混合液中加入50g高錳酸鉀，攪拌I小時(shí),接著將混合液與高錳酸鉀的混合物加熱至85°C并保持I小時(shí)，之后加入400mL去離子水繼續(xù)在85°C下保持I小時(shí)，最后加入40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行抽濾，再依次分別用500mL稀鹽酸和750mL去離子水對(duì)固體物進(jìn)行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨；[0074](2)制備石墨烯:將氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?000°C高溫下還原5小時(shí)得到石墨稀;
[0075](3)石墨烯的活化:將20g石墨烯放入石英管中，然后將石英管放入爐管的中央，爐管兩端被帶孔的膠塞塞住并涂以密封膠，爐管在氦氣保護(hù)的條件下升溫至850°C，改通二氧化碳以對(duì)石墨烯進(jìn)行活化。二氧化碳的流量為1500mL/min。活化過(guò)程中石英管以15轉(zhuǎn)/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng),使石墨烯粉體均勻地與二氧化碳反應(yīng),活化1.5小時(shí)得到高比表面積的
石墨烯。
[0076]實(shí)施例4
[0077]石墨烯的制備
[0078](I)制備氧化石墨:稱(chēng)取60g純度為99.5%的石墨加入由570mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸和120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液溫度保持在-2~2°C攪拌25分鐘，再慢慢地往混合液中加入36g高錳酸鉀，攪拌I小時(shí),接著將混合液與高錳酸鉀的混合物加熱至88°C并保持1.5小時(shí)，之后加入510mL去離子水繼續(xù)在88°C下保持1.5小時(shí)，最后加入108mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行抽濾，再依次分別用600mL稀鹽酸和900mL去離子水對(duì)固體物進(jìn)行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨；
[0079](2)制備石墨烯:將得到的氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)，在氬氣氣氛下900°C高溫下還原8小時(shí)得到石墨?。?br> [0080](3)石墨烯的活化 :將20g石墨烯放入石英管中，然后將石英管放入爐管的中央，爐管兩端被帶孔的膠塞塞住并涂以密封膠，爐管在氖氣保護(hù)的條件下升溫至900°C，改通二氧化碳以對(duì)石墨烯進(jìn)行活化。二氧化碳的流量為1800mL/min?；罨^(guò)程中石英管以20轉(zhuǎn)/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng),使石墨烯粉體均勻地與二氧化碳反應(yīng),活化I小時(shí)得到高比表面積的石墨稀。
[0081]實(shí)施例5
[0082]使用實(shí)施例1制備的石墨烯的超級(jí)電容器的制備
[0083]( I)制備超級(jí)電容器正極片
[0084]首先、選用實(shí)施例1制備的石墨烯作為正極活性材料；
[0085]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0086]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0087]2、超級(jí)電容器的組裝
[0088]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往殼體里注入四乙基銨四氟硼酸鹽電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0089]實(shí)施例6
[0090]使用實(shí)施例2制備的石墨烯的超級(jí)電容器的制備[0091 ] 1、制備超級(jí)電容器正極片
[0092]首先、選用實(shí)施例2制備的石墨烯作為正極活性材料；[0093]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0094]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0095]2、超級(jí)電容器的組裝
[0096]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往殼體里注入四乙基銨四氟硼酸鹽電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0097]實(shí)施例7
[0098]使用實(shí)施例3制備的石墨烯的超級(jí)電容器的制備
[0099]1、制備超級(jí)電容器正極片
[0100]首先、選用實(shí)施例3制備的石墨烯作為正極活性材料；
[0101]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0102]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0103]2、超級(jí)電容器的組裝
[0104]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往殼體里注入四丁基銨四氟硼酸鹽電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0105]實(shí)施例8
[0106]使用實(shí)施例4制備的石墨烯的超級(jí)電容器的制備
[0107]1、制備超級(jí)電容器正極片
[0108]首先、選用實(shí)施例4制備的石墨烯作為正極活性材料；
[0109]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0110]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0111]2、超級(jí)電容器的組裝
[0112]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往殼體里注入四丙基銨四氟硼酸鹽電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0113]對(duì)比例I
[0114]石墨烯的制備
[0115](I) 制備氧化石墨:稱(chēng)取Ig純度為99.5%的石墨加入由80mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸和15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將混合液溫度保持在-2~2°C攪拌10分鐘，再慢慢地往混合液中加入Ig高錳酸鉀,攪拌I小時(shí),接著將混合液與高錳酸鉀的混合物加熱至80°C并保持2小時(shí)，之后加入46mL去離子水繼續(xù)在80°C下保持2小時(shí)，最后加入ImL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行抽濾，再依次分別用IOOmL稀鹽酸和150mL去離子水對(duì)固體物進(jìn)行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在120°C下真空干燥24小時(shí)，得脫水氧化石墨；
[0116](2)制備石墨烯:將氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)，在氫氣等氣氛下1200°C高溫下還原I小時(shí)得到石墨稀。
[0117]對(duì)比例2
[0118]使用對(duì)比例I的石墨烯的超級(jí)電容器的制備
[0119](I)制備超級(jí)電容器電極片
[0120]首先、選用對(duì)比例I制備的石墨烯作為正極活性材料；
[0121]其次、按照質(zhì)量比為88:10:2的比例，將石墨烯、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑乙炔黑混合均勻，得到正極漿料；
[0122]最后、將正極漿料涂覆在鋁箔上，經(jīng)干燥、軋膜、切邊處理，制得超級(jí)電容器的正極片。
[0123](2)超級(jí)電容器的組裝
[0124]按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用殼體密封電芯，隨后通過(guò)開(kāi)設(shè)于殼體上的注液口往殼體里注入四乙基銨四氟硼酸鹽電解液，密封注液口，得到超級(jí)電容器。
[0125]表1為實(shí)施例f 4和對(duì)比例I制備的石墨烯的比表面積
[0126]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的活化方法，其特征在于，包括如下步驟: 將氧化石墨在保護(hù)氣體氛圍中在80(Tl20(TC下處理f 12小時(shí)得到石墨烯；及 將所述石墨烯在惰性氣體氛圍中升溫至70(T90(TC，然后在二氧化碳氛圍中反應(yīng)0.5^2小時(shí)，得到活化后的石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，將所述石墨烯在二氧化碳氛圍中反應(yīng)的步驟包括:將所述石墨烯裝入敞口的石英管中，然后將所述石英管放入爐管中，并向所述爐管通入惰性氣體并將所述爐管升溫至70(T900°C，然后向所述石英管通入二氧化碳與所述石墨烯進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中所述石英管繞石英管的中軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，所述石英管的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10~25 轉(zhuǎn) /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，所述二氧化碳的流量為1000~2000mL/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，所述惰性氣體選自氬氣、氮?dú)狻⒑夂湍蕷庵械囊环N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體選自氫氣、氬氣或氮?dú)庵械囊环N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的活化方法，其特征在于，所述氧化石墨采用如下方法制備: 將石墨加入由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中形成混合液，將所述混合液的溫度保持在-2~2°C攪拌10~30分鐘；` 向所述混合液加入高錳酸鉀，將所述混合液與高錳酸鉀的混合物保持在_2~2°C攪拌I小時(shí)，然后將所述混合物加熱至8(T90°C，并保持0.5^2小時(shí)； 向所述混合物加入去離子水，然后在8(T90°C保持0.5^2小時(shí)，再加入過(guò)氧化氫，攪拌、抽濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨； 其中，所述石墨、濃硫酸與濃硝酸的比為lg:8(Tll0ml:15~35ml，所述石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:廣10，所述石墨與去離子水的比為lg:46、2ml，所述高錳酸鉀與過(guò)氧化氫溶液的比為lg:l~3ml。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求f 7任一項(xiàng)所述的活化方法得到的石墨烯。
9.一種超級(jí)電容器，包括正極片，其特征在于，所述正極片包括集流體和涂覆在所述集流體上的正極漿料層，所述正極漿料層的材料包括粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑及根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑，所述石墨烯、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為88:10:2 ;所述超級(jí)電容器還包括殼體、隔膜、負(fù)極片和電解液，所述正極片、隔膜和負(fù)極片依次層疊后收容于所述殼體中，所述電解液灌裝于所述殼體中，且所述電解液為離子液體，所述離子液體的陽(yáng)離子為季銨鹽、吡啶鹽或吡咯鹽正離子，所述離子液體的陰離子為PF6-或BF4-。
【文檔編號(hào)】H01G11/34GK103523771SQ201210227494
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】周明杰, 鐘玲瓏, 王要兵 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司