一種石墨烯薄膜集流體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于集流體制備領(lǐng)域，其公開了一種石墨烯薄膜集流體的制備方法，包括步驟：利用膨脹石墨質(zhì)保石墨烯；制備石墨烯薄膜；制備石墨烯薄膜集流體。本發(fā)明提供的石墨烯薄膜集流體的制備方法，將膨脹石墨加入到NMP溶劑中，放入水熱反應(yīng)釜中，微波加熱，得到穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，通過過濾的方法得到石墨烯薄膜，然后將石墨烯薄膜浸入到溶液中進(jìn)行改性，增強其電導(dǎo)率，然后再通過真空還原進(jìn)一步提高電導(dǎo)率。
【專利說明】一種石墨烯薄膜集流體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集流體制備領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯薄膜集流體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種新型能量存儲裝置，具有高功率密度(為普通電池的10倍以上)、高循環(huán)壽命(循環(huán)次數(shù)可達(dá)10萬次以上)、快速充放電性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。通常超級電容器的主要由電極活性物質(zhì)層、電解質(zhì)、隔膜、集流體、外殼等組裝而成。現(xiàn)有的超級電容器的能量密度一般比較低，超級電容器的能量密度的影響因素主要有電極材料的電容，體系的電壓，電極材料占電極活性物質(zhì)層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重，因此，增加電極材料的儲能性能和降低器件各個組成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流體的質(zhì)量是一個有效的提高能量密度的方法。
[0003]集流體是一種匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，主要功能是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，提供電子通道，加快電荷轉(zhuǎn)移，提高充放電庫倫效率。作為集流體需要滿足電導(dǎo)率高、機械性能好、質(zhì)量輕、內(nèi)阻小等特點。
[0004]目前，大多數(shù)的文獻(xiàn)中或行業(yè)中，一般集流體正極采用鋁箔、負(fù)極采用銅箔，由于金屬集流體的密度較 大，質(zhì)量較重，一般集流體的重量占整個電池的20-25%，則電極材料占整個電池的比重大大減少，最終導(dǎo)致超級電容器的電導(dǎo)率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種石墨烯薄膜集流體的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種石墨烯薄膜集流體的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將可膨脹石墨快速升溫到800-1200°C，加熱10-60S后進(jìn)行熱剝離，得到膨脹石
墨;
[0009]將所述膨脹石墨加入到第一溶劑中，形成濃度為0.5-5mg/ml的膨脹石墨烯懸浮液，然后將所述膨脹石墨烯懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，150°C _200°C的溫度下反應(yīng)5-12h，隨后對反應(yīng)后的懸浮液進(jìn)行超聲分散l_2h，得到石墨烯懸浮液；
[0010]將所述石墨烯懸浮液放入離心機中進(jìn)行離心處理，取上清液，并采用微孔濾膜真空過濾所述上清液，得到石墨烯薄膜；
[0011]將所述石墨烯薄膜浸入第二溶劑中，取出后乙醇沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在150-250°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
[0012]所述石墨烯薄膜集流體的制備方法，其中，所述第一溶劑為NMP (N-甲基吡咯烷酮)、DMF (N，N-二甲基甲酰胺)或DMAc (N，N-二甲基乙酰胺)。
[0013]所述石墨烯薄膜集流體的制備方法，其中，所述離心處理時，離心機的轉(zhuǎn)速為1000-3000rpm，離心時間為 0.5_5min。
[0014]所述石墨烯薄膜集流體的制備方法，其中，所述石墨烯薄膜的厚度為3-20 μ m。
[0015]所述石墨烯薄膜集流體的制備方法，其中，所述第二溶劑為磺酰氯、亞硫酸(H2SO3)、硫酸(H2SO4)JI^ P型摻雜的物質(zhì)。
[0016]本發(fā)明提供的石墨烯薄膜集流體的制備方法，將膨脹石墨加入到NMP溶劑中，放入水熱反應(yīng)釜中，微波加熱，得到穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，通過過濾的方法得到石墨烯薄膜，然后將石墨烯薄膜浸入到溶液中進(jìn)行改性，增強其電導(dǎo)率，然后再通過真空還原進(jìn)一步提高電導(dǎo)率。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明的較佳實施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]實施例1
[0019](1)膨脹石墨的制備:
[0020]可膨脹石墨:100目，純度99% ；
[0021]膨脹石墨:可膨脹石墨快速升溫到1200°C，加熱IOS后熱剝離得到膨脹石墨。
[0022](2)石墨烯懸浮液的制備:將(I)中的膨脹石墨，加入到NMP溶劑中形成濃度為
0.5mg/ml的膨脹石墨烯懸浮液。然后將此懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，150°C的溫度下反應(yīng)12h。將懸浮液倒出后再進(jìn)行超聲分散2h，得到石墨烯懸浮液。
[0023](3)石墨烯薄膜制備:將石墨烯懸浮液放入離心機中以1000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)，離心5min,取上清液，采用微孔濾膜真空過濾上清液。得到石墨烯薄膜，厚度控制在3 μ m。
[0024](4)石墨烯薄膜的后處理
[0025]將石墨烯薄膜浸入到磺酰氯溶劑中，浸泡5-10h，后取出，用乙醇沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在150°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
[0026]實施例2
[0027](I)膨脹石墨的制備:
[0028]可膨脹石墨:200目，純度99% ；
[0029]膨脹石墨:可膨脹石墨快速升溫到1000°C，加熱20S后熱剝離得到膨脹石墨。
[0030](2)石墨烯懸浮液的制備:將(I)中的膨脹石墨，加入到DMF溶劑中形成濃度為lmg/ml的膨脹石墨烯懸浮液。然后將此懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，180°C的溫度下反應(yīng)5h。將懸浮液倒出后再進(jìn)行超聲分散lh，得到石墨烯懸浮液。
[0031](3)石墨烯薄膜制備:將石墨烯懸浮液放入離心機中以2000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)，離心4min,取上清液，采用微孔濾膜真空過濾上清液。得到石墨烯薄膜，厚度控制在10 μ m。
[0032](4)石墨烯薄膜的后處理
[0033]將石墨烯薄膜浸入到5%亞硫酸(H2SO3)水溶液中，在60°C加熱Ih后取出，用乙醇沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在200°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
[0034]實施例3
[0035]( I)膨脹石墨的制備:
[0036]可膨脹石墨:300目，純度99.5% ；
[0037]膨脹石墨:可膨脹石墨快速升溫到1200°C，加熱30S后熱剝離得到膨脹石墨。[0038](2)石墨烯懸浮液的制備:將(I)中的膨脹石墨，加入到DMAc溶劑中形成濃度為2mg/ml的膨脹石墨烯懸浮液。然后將此懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，200°C的溫度下反應(yīng)12h。將懸浮液倒出后再進(jìn)行超聲分散2h，得到石墨烯懸浮液。
[0039](3)石墨烯薄膜制備:將石墨烯懸浮液放入離心機中以3000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)，離心3min,取上清液，采用微孔濾膜真空過濾上清液。得到石墨烯薄膜，厚度在15 μ m。
[0040](4)石墨烯薄膜的后處理
[0041 ] 將石墨烯薄膜浸入到70%的濃硫酸和乙酸酐的混合溶液中，在60°C浸泡30min，后取出，用乙酸酐沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在250°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
[0042]實施例4
[0043]( I)膨脹石墨的制備:
[0044]可膨脹石墨:500目，純度99% ；
[0045]膨脹石墨:可膨脹石墨快速升溫到1200°C，加熱60S后熱剝離得到膨脹石墨。
[0046](2)石墨烯懸浮液的制備:將(I)中的膨脹石墨，加入到NMP溶劑中形成濃度為5mg/ml的膨脹石墨烯懸浮液。然后將此懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，150°C的溫度下反應(yīng)12h。將懸浮液倒出后再進(jìn)行超聲分散2h，得到石墨烯懸浮液。 [0047](3)石墨烯薄膜制備:將石墨烯懸浮液放入離心機中以3000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)，離心5min,取上清液，采用微孔濾膜真空過濾上清液。得到石墨烯薄膜，厚度在20 μ m。
[0048](4)石墨烯薄膜的后處理
[0049]將石墨烯薄膜浸入到一定溶解在甲苯中的碘溶液中，浸泡Ι-lOh，后取出，用乙醇沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在250°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
[0050]1、石墨烯薄膜集流體的電導(dǎo)率的測定:
[0051]室溫下用D41-11D/ZM型雙電測四探針測試儀測試電導(dǎo)率，當(dāng)測試電流顯示為探針系數(shù)時，按下電阻率P的按鈕，則屏幕直接顯示電阻率P值，按照Y=I/P直接計算出電導(dǎo)率。
[0052]試樣為實施例1制得的石墨烯薄膜集流體，通過四探針法測定，石墨烯薄膜的電導(dǎo)率為1.4X105S/m，說明制備的石墨烯薄膜的電導(dǎo)率較高，可以作為集流體使用。
[0053]對比例，不經(jīng)過溶液浸泡，所得的石墨烯薄膜的電導(dǎo)率為6.5X104S/m。
[0054]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯薄膜集流體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將可膨脹石墨快速升溫到800-1200°C，加熱10-60S后進(jìn)行熱剝離，得到膨脹石墨； 將所述膨脹石墨加入到第一溶劑中，形成濃度為0.5-5mg/ml的膨脹石墨烯懸浮液,然后將所述膨脹石墨烯懸浮液放入石英反應(yīng)釜中，150°C _200°C的溫度下反應(yīng)5-12h，隨后對反應(yīng)后的懸浮液進(jìn)行超聲分散l_2h，得到石墨烯懸浮液； 將所述石墨烯懸浮液放入離心機中進(jìn)行離心處理，取上清液，并采用微孔濾膜真空過濾所述上清液，得到石墨烯薄膜； 將所述石墨烯薄膜浸入第二溶劑中，取出后乙醇沖洗干凈，室溫干燥，然后放入真空干燥箱中在150-250°C中干燥，得到石墨烯薄膜集流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜集流體的制備方法，其特征在于，所述第一溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜集流體的制備方法，其特征在于，所述離心處理時，離心機的轉(zhuǎn)速為1000-3000rpm,離心時間為0.5_5min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜集流體的制備方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜的厚度為3-20 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜集流體的制備方法，其特征在于，所述第二溶劑為磺酰氯、亞硫酸、硫 酸或碘。
【文檔編號】H01G11/66GK103903875SQ201210574040
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】周明杰, 吳鳳, 王要兵, 袁新生 申請人: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, 深圳市海洋王照明工程有限公司