本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯-富勒烯復(fù)合材料及制備方法和用途。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電容器(Electrochemical Capacitor，EC)，又稱超大容量電容器(Ultracapacitor)和超級(jí)電容器(Supercapacitor)，是一種介于電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能器件。與傳統(tǒng)的電容器相比，電化學(xué)電容器具有更高的比容量。與電池相比，電化學(xué)電容器具有更高的比功率，可瞬間釋放大電流，充電時(shí)間短，充電效率高，循環(huán)使用壽命長，無記憶效應(yīng)和基本免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在移動(dòng)通訊、電動(dòng)交通工具、航空航天等領(lǐng)域極具潛在的應(yīng)用價(jià)值。
電化學(xué)電容器單元由一對(duì)電極、隔膜和電解質(zhì)組成，用于制作電化學(xué)電容器電極的材料主要包括碳基材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等，其中碳基材料是目前工業(yè)化最成功的超級(jí)電容器電極材料，主要包括活性炭粉、活性炭纖維、碳納米管、納米碳纖維等，碳基材料性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，但電極內(nèi)阻較大，不適合在大電流下工作。
石墨烯作為一種二維單分子層材料，具有較高的比表面積和較高的電導(dǎo)率，是一種理想的電化學(xué)電容器電極材料，但石墨烯片層容易團(tuán)聚，致使石墨烯片層的很多表面不能用于儲(chǔ)能，進(jìn)而影響石墨烯的儲(chǔ)能容量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的制備方法以及由上述方法制備的復(fù)合物。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟：
(1)稱量以重量份數(shù)計(jì)的下列組分：石墨烯100份、富勒烯10～25份、三甲氧基氯硅烷5～10份，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于60～90℃加熱2～4小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量以重量份數(shù)計(jì)的納米氧化鈣1～5份和環(huán)氧樹脂1～5份，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在惰性氣體氣氛中于100～150℃活化0.5～2小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(1)中所述富勒烯具有如式I所示的結(jié)構(gòu)：
其中：
R1為C1-C10的直鏈或支鏈烷氧基、C2-C10的直鏈或支鏈烯氧基、C2-C10的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基；
R2為氫、C1-C10的直鏈或支鏈烷氧基、C2-C10的直鏈或支鏈烯氧基、C2-C10的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基。
優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述納米氧化鈣的粒徑為100～200nm。
優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述惰性氣體選在氮?dú)狻⒛蕷?、氬氣中的任意一種。
一種通過上述方法制備的石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
上述石墨烯-富勒烯復(fù)合材料在電化學(xué)電容器中作為電極材料的用途。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的石墨烯-富勒烯復(fù)合材料中的石墨烯片層的團(tuán)聚較低，使得該復(fù)合材料在作為電化學(xué)電容器中的電極材料使用時(shí)具有較高的儲(chǔ)能容量，并且制備方法簡單易行，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，極具市場(chǎng)前景。
具體實(shí)施方式
下面實(shí)施例將進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例1：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的生產(chǎn)。
(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基)苯基環(huán)戊烷并C60富勒烯10g、三甲氧基氯硅烷5g，并將稱量后的物料于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于60℃加熱4小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量納米氧化鈣(粒徑100nm)1g和環(huán)氧樹脂1g，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在氮?dú)鈿夥罩杏?00℃活化2小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例2：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的生產(chǎn)。
(1)稱量石墨烯100g、三(3-乙烯氧基)苯基環(huán)戊烷并C60富勒烯25g、三甲氧基氯硅烷10g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于70℃加熱3.5小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量納米氧化鈣(粒徑110nm)5g和環(huán)氧樹脂5g，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在氮?dú)鈿夥罩杏?10℃活化1.5小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例3：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的生產(chǎn)。
(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基-3-乙氧基)苯基環(huán)戊烷并C60富勒烯15g、三甲氧基氯硅烷8g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于80℃加熱3小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量納米氧化鈣(粒徑130nm)2g和環(huán)氧樹脂2g，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在氖氣氣氛中于120℃活化1小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例4：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的生產(chǎn)。
(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基-3-苯氧基)苯基環(huán)戊烷并C60富勒烯25g、三甲氧基氯硅烷7g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于90℃加熱2小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量納米氧化鈣(粒徑160nm)5g和環(huán)氧樹脂5g，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在氬氣氣氛中于140℃活化0.5小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例5：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料的生產(chǎn)。
(1)稱量石墨烯100g、三(2-苯氧基-3-乙烯氧基)苯基環(huán)戊烷并C60富勒烯20g、三甲氧基氯硅烷8g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料于70℃加熱3小時(shí)，得到預(yù)活化料；
(3)稱量納米氧化鈣(粒徑200nm)3g和環(huán)氧樹脂3g，并與步驟(2)中得到的預(yù)活化料于室溫混合均勻，然后在氬氣氣氛中于150℃活化0.5小時(shí)，得到石墨烯-富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例6：石墨烯-富勒烯復(fù)合材料作為電化學(xué)電容器電極材料的應(yīng)用。
按照石墨烯-富勒烯復(fù)合材料:粘接劑:導(dǎo)電材料＝75:10:15的質(zhì)量比，將實(shí)施例1至5中獲得的石墨烯-富勒烯復(fù)合材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料；將上述漿料涂布在鋁箔上，經(jīng)真空90℃干燥1小時(shí)后切片處理，制得電極片。
選取兩片電極片，分別為正極片和負(fù)極片，并按照正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊片組裝成電芯，再用電池殼體密封電芯，隨后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入電解質(zhì)，密封注液口，得到電化學(xué)電容器。
對(duì)實(shí)施例1至5組裝的電化學(xué)電容器在電流密度0.5A/g下進(jìn)行充放電測(cè)試，其比容量如表1所示。
表1
如表1所示，本發(fā)明制備的石墨烯-富勒烯復(fù)合材料在0.5A/g電流密度下的比容量都在180F/g以上，最高達(dá)到211F/g，說明本發(fā)明的復(fù)合材料具有優(yōu)異的儲(chǔ)能性能。
前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式；相反，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍旨在由所附的權(quán)利要求書及其等同形式所限定。