本發(fā)明涉及電極材料
技術領域：
，特別涉及一種基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料及其制備方法。
背景技術：
：2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。在2015年末硼烯發(fā)現(xiàn)之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。石墨烯是目前自然界最薄、強度最高的材料，最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子（氫原子）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產(chǎn)業(yè)革命。所以本項目旨在研制出一款基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料，應用石墨烯的優(yōu)良電化學特性來滿足電極材料行業(yè)的需求和發(fā)展,同時結合有機聚合物的優(yōu)良特性，提高材料的整體性能。技術實現(xiàn)要素：為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料及其制備方法，通過采用特定原料進行組合，配合相應的生產(chǎn)工藝，得到的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料，其導電性能優(yōu)良、介電常數(shù)高、充放電性能好，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應用前景。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料，由下列重量份的原料制成：石墨烯30-45份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽5-8份、五甘醇5-10份、聚丙烯酰胺10-15份、聚吡咯5-10份、聚苯乙烯5-9份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物7-15份、聚丁二醇丁二酸酯5-10份、碳酸二甲酯4-9份、N,N-二甲基甲酰胺3-6份、三氟化錳1-3份、二甲基乙酰胺4-7份、氫氧化鎂2-5份、二氧化硅4-9份、環(huán)己酮1-4份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁3-6份、稀土1-4份、分散劑4-7份、硅烷偶聯(lián)劑3-6份、膠黏劑3-8份。優(yōu)選地，所述分散劑選自N-甲基-2-吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉、木質素磺酸鈉中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑選自乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述膠黏劑選自二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯、羧甲基纖維素鈉、丁腈-酚醛樹脂、聚氨酯膠中的一種或幾種。所述的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照重量份稱取各原料；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于分散劑中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為500-700W，超聲時間為3-6小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速500-800轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至3-5之間，攪拌時間為45-60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、硅烷偶聯(lián)劑、膠黏劑，在還原性氣體氛圍中混煉1-3小時，轉速1000-1500轉/分鐘，反應溫度為820-900℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至1-2Mpa,同時緩慢充入還原性氣體保護，涂覆以后的成品在還原性氣體中保溫3-5小時，降至室溫即得成品。優(yōu)選地，所述步驟（4）和步驟（6）中，還原性氣體氛圍為氮氣氣體氛圍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果為：（1）本發(fā)明的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料以石墨烯、稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂為主要成分，通過加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺、二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、分散劑、硅烷偶聯(lián)劑、膠黏劑，輔以超聲分散、攪拌密煉、惰性氣體環(huán)境混煉、噴霧干燥、物料涂覆電極等工藝，使得制備而成的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料，其導電性能優(yōu)良、介電常數(shù)高、充放電性能好，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應用前景。（2）本發(fā)明的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料原料易得、工藝簡單，適于大規(guī)模工業(yè)化運用，實用性強。具體實施方式下面結合具體實施例對發(fā)明的技術方案進行詳細說明。實施例1（1）按照重量份稱取石墨烯30份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽5份、五甘醇5份、聚丙烯酰胺10份、聚吡咯5份、聚苯乙烯5份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物7份、聚丁二醇丁二酸酯5份、碳酸二甲酯4份、N,N-二甲基甲酰胺3份、三氟化錳1份、二甲基乙酰胺4份、氫氧化鎂2份、二氧化硅4份、環(huán)己酮1份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁3份、稀土1份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯3份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于N-甲基-2-吡咯烷酮中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為500W，超聲時間為3小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速500-800轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至3-5之間，攪拌時間為45分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯，在氮氣氛圍中混煉1小時，轉速1000轉/分鐘，反應溫度為820℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至1Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫3小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例2（1）按照重量份稱取石墨烯35份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽6份、五甘醇7份、聚丙烯酰胺12份、聚吡咯7份、聚苯乙烯6份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物10份、聚丁二醇丁二酸酯6份、碳酸二甲酯5份、N,N-二甲基甲酰胺4份、三氟化錳2份、二甲基乙酰胺5份、氫氧化鎂3份、二氧化硅6份、環(huán)己酮2份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁4份、稀土2份、十六烷基三甲基溴化銨5份、3-氨丙基三甲氧基硅烷4份、羧甲基纖維素鈉5份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于十六烷基三甲基溴化銨中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為550W，超聲時間為4小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速600轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至3.5之間，攪拌時間為50分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、3-氨丙基三甲氧基硅烷、羧甲基纖維素鈉，在氮氣氛圍中混煉1.5小時，轉速1200轉/分鐘，反應溫度為850℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至1.4Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫3.5小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例3（1）按照重量份稱取石墨烯40份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽7份、五甘醇9份、聚丙烯酰胺14份、聚吡咯9份、聚苯乙烯8份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物13份、聚丁二醇丁二酸酯8份、碳酸二甲酯8份、N,N-二甲基甲酰胺5份、三氟化錳2份、二甲基乙酰胺6份、氫氧化鎂4份、二氧化硅8份、環(huán)己酮3份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁5份、稀土3份、十二烷基苯磺酸鈉6份、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷5份、丁腈-酚醛樹脂7份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于十二烷基苯磺酸鈉中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為650W，超聲時間為5小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速700轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至4.5之間，攪拌時間為55分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、丁腈-酚醛樹脂，在氮氣氛圍中混煉2小時，轉速1400轉/分鐘，反應溫度為880℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至1.8Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫4小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例4（1）按照重量份稱取石墨烯45份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽8份、五甘醇10份、聚丙烯酰胺15份、聚吡咯10份、聚苯乙烯9份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物15份、聚丁二醇丁二酸酯10份、碳酸二甲酯9份、N,N-二甲基甲酰胺6份、三氟化錳3份、二甲基乙酰胺7份、氫氧化鎂5份、二氧化硅9份、環(huán)己酮4份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁6份、稀土4份、木質素磺酸鈉7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷6份、聚氨酯膠8份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于木質素磺酸鈉中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為700W，超聲時間為6小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速800轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至5之間，攪拌時間為60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯膠，在氮氣氛圍中混煉3小時，轉速1500轉/分鐘，反應溫度為900℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至2Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫5小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。對比例1（1）按照重量份稱取石墨烯30份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽5份、五甘醇5份、聚丙烯酰胺10份、聚苯乙烯5份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物7份、聚丁二醇丁二酸酯5份、三氟化錳1份、二甲基乙酰胺4份、氫氧化鎂2份、二氧化硅4份、環(huán)己酮1份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁3份、稀土1份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯3份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于N-甲基-2-吡咯烷酮中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為500W，超聲時間為3小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速500-800轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至3-5之間，攪拌時間為45分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯，在氮氣氛圍中混煉1小時，轉速1000轉/分鐘，反應溫度為820℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至1Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫3小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。對比例2（1）按照重量份稱取石墨烯45份、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽8份、聚丙烯酰胺15份、聚吡咯10份、聚苯乙烯9份、聚乳酸-羥基乙酸共聚物15份、碳酸二甲酯9份、N,N-二甲基甲酰胺6份、二甲基乙酰胺7份、氫氧化鎂5份、二氧化硅9份、環(huán)己酮4份、淀粉辛烯基琥珀酸鋁6份、稀土4份、木質素磺酸鈉7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷6份、聚氨酯膠8份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，并經(jīng)過超聲分散于木質素磺酸鈉中，同時加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為700W，超聲時間為6小時；（3）將稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速800轉/分鐘，在攪拌狀態(tài)下用0.2mol/L的氨水調節(jié)pH值至5之間，攪拌時間為60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、聚氨酯膠，在氮氣氛圍中混煉3小時，轉速1500轉/分鐘，反應溫度為900℃，然后冷卻至220℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧干燥機，干燥成粉，噴霧干燥機進風溫度為250℃，出風溫度180℃，恒流泵轉度為89轉/分鐘；（6）將噴霧干燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻涂覆在經(jīng)過處理的電極上，馬弗爐預設溫度620℃，加入物料后降溫至280℃，加壓至2Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，涂覆以后的成品在氮氣氛圍中保溫5小時，降至室溫即得成品。制得的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。將實施例1-4和對比例1-2的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料分別進行放電比容量、介電常數(shù)、內阻、比容量這幾項性能測試。表1　放電比容量（mAh/g）介電常數(shù)（εr）內阻（Ω.m）比電容（F/g)實施例1123181961.6183實施例2125169171.7182實施例3124183291.5181實施例4126177421.6185對比例13457833.1121對比例24660232.7116本發(fā)明的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料以石墨烯、稀土、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯乙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二醇丁二酸酯、三氟化錳、二甲基乙酰胺、氫氧化鎂為主要成分，通過加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、五甘醇、碳酸二甲酯、N,N-二甲基甲酰胺、二氧化硅、環(huán)己酮、淀粉辛烯基琥珀酸鋁、分散劑、硅烷偶聯(lián)劑、膠黏劑，輔以超聲分散、攪拌密煉、惰性氣體環(huán)境混煉、噴霧干燥、物料涂覆電極等工藝，使得制備而成的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料，其導電性能優(yōu)良、介電常數(shù)高、充放電性能好，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應用前景。本發(fā)明的基于有機聚合物的復合石墨烯電極材料原料易得、工藝簡單，適于大規(guī)模工業(yè)化運用，實用性強。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
技術領域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。當前第1頁1 2 3