石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，該石墨烯復(fù)合電極包括石墨烯及聚離子液體，其中，聚離子液體被分散在石墨烯的空隙中，石墨烯與聚離子液體的質(zhì)量比為2.5~10:1。該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料通過在具有較高的比表面積和電導(dǎo)率的石墨烯電極材料中增添聚離子液體形成復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料具有高的比容量、優(yōu)良的電導(dǎo)率以及與聚離子液體電解液的浸潤性好的優(yōu)點。此外，本發(fā)明還涉及一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備方法以及含有該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的電極片和電化學(xué)電容器。
【專利說明】石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)電容器領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)電容器作為一種新型儲能器件，由于其充放電速率快、功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是繼鋰離子電池后又一極具應(yīng)用潛力和開發(fā)價值的儲能器件。然而能量密度較低是制約電化學(xué)電容器發(fā)展和應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素，探索如何提電化學(xué)電容器的能量密度是目前該領(lǐng)域研究的重點。
[0003]根據(jù)能量密度的計算公式E=1/2CV2，提高能量密度主要從兩方面入手，一方面提高電化學(xué)電容器的電壓窗口 ；另外一方面是提高電極材料的比容量，這兩方面的提高都會帶來能量密度的提高。
[0004]電化學(xué)電容器的電壓窗口主要與電解液的耐壓范圍有關(guān)。離子液體是一種耐壓范圍較寬的電解液，其化學(xué)窗口可達到4-6V,能提高電化學(xué)電容器的電壓窗口，顯著增加電化學(xué)電容器的能量密度；而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。但離子液體由于粘度大，對電極材料的浸潤性較差，這使得電極材料的比容量較難提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種與離子液體電解液有較高的浸潤性的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料及其制備方法。
[0006]一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備方法，包括如下步驟:
[0007]將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于0°C環(huán)境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85°C環(huán)境下反應(yīng)，再保持溫度向反應(yīng)體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應(yīng)除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石
墨；
[0008]將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯；
[0009]按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5^10:1的比例稱取所述氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的所述氧化石墨烯與所述聚離子液體加入至溶劑中使所述氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料。
[0010]在其中一個實施例中，所述聚離子液體為聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽；所述聚離子液體采用如下步驟制備:
[0011]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40^50:50^70:1:55^90的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與
所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽；
[0012]將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，并在40°C下攪拌反應(yīng)，之后將反應(yīng)體系的溫度調(diào)至60°C，并加入所述偶氮二異丁氰，反應(yīng)，向反應(yīng)后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，最后真空過濾反應(yīng)得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。
[0013]一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，采用上述方法制得。
[0014]該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料通過在具有較高的比表面積和電導(dǎo)率的石墨烯電極材料中增添聚離子液體形成復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料中增添的聚離子液體，能增加復(fù)合電極材料與離子液體電解液的浸潤性，從而提高復(fù)合電極材料的比容量。因此，上述復(fù)合電極材料，具有高的比容量、優(yōu)良的電導(dǎo)率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優(yōu)點。
[0015]且該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備過程簡單，對設(shè)備要求低，可以廣泛推廣應(yīng)用。
[0016]此外，還有必要提供一種含有上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的電極片及其制備方法以及使用該電極片的電化學(xué)電容器。
[0017]一種電極片，包括集流體以及涂覆在所述集流體上的電極漿料，所述電極漿料包括導(dǎo)電劑、粘接劑以及石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料包括上述方法制得的石墨烯及聚離子液體。
[0018]在其中一個實施例中，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑，所述粘接劑為聚偏氟乙烯，所述集流體為鋁箔。
[0019]一種電極片的制備方法，包括如下步驟:
[0020]按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5^10:1的比例稱取所述氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的所述氧化石墨烯與所述聚離子液體加入至溶劑中使所述氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料；
[0021]按照石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85:5:10的比例，將所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑混合均勻，得到電極漿料；
[0022]將所述電極漿料涂覆在集流體上，依次經(jīng)80°C干燥2小時、250°C干燥2小時處理，切片后得到所述電極片。
[0023]在其中一個實施例中，所述氧化石墨烯采用如下步驟制備:
[0024]將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于0°C環(huán)境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85°C環(huán)境下反應(yīng)，再保持溫度向反應(yīng)體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應(yīng)除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石
墨；
[0025]將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯。[0026]在其中一個實施例中，所述聚離子液體采用如下步驟制備:
[0027]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40^50:50^70:1:55^90的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽；
[0028]將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，在40°C下攪拌反應(yīng)，之后將反應(yīng)體系的溫度調(diào)至60°C，并加入所述偶氮二異丁氰，反應(yīng)，向反應(yīng)后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，最后真空過濾反應(yīng)得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。
[0029]該電極片因使用上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，具有高的比容量、優(yōu)良的電導(dǎo)率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優(yōu)點。
[0030]—種電化學(xué)電容器,包括殼體及置于所述殼體內(nèi)的電芯及電解液，所述電芯包括相對設(shè)置的正極片與負(fù)極片以及設(shè)置在所述正極片與所述負(fù)極片之間的隔膜，所述正極片與所述負(fù)極片為如權(quán)利要求5-6任一項所述的電極片。
[0031]該電化學(xué)電容器通過在電極片中添加性能優(yōu)良的上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，從而使得上述電化學(xué)電容器具有充放電速率快、功率密度高、循環(huán)壽命長、以及具有較高的儲能容量和倍率特性等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為一實施方式的電極片的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖及具體實施例對石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料及其制備方法及相關(guān)應(yīng)用作進一步的說明。
[0034]一實施方式的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備方法，包括如下步驟:
[0035]按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5^10:1的比例稱取氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的氧化石墨烯與聚離子液體加入至溶劑中使氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料。
[0036]其中，氧化石墨烯可以通過如下步驟制備得到:
[0037]將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于0°C環(huán)境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85°C環(huán)境下反應(yīng)，再保持溫度向反應(yīng)體系中加入去離子水稀釋，最后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過氧化氫溶液，攪拌反應(yīng)除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石墨；
[0038]將氧化石墨加入至去離子水 中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯。
[0039]其中，保護氣體氛圍可以為氮氣或惰性氣體等無氧氛圍。
[0040]聚離子液體為聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽，其制備過程包括如下步驟:[0041]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40^50:50^70:1:55^90的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽；
[0042]將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，并在40°C下攪拌反應(yīng)，之后將反應(yīng)體系的溫度調(diào)至60°C，并加入所述偶氮二異丁氰，反應(yīng)，向反應(yīng)后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，最后真空過濾反應(yīng)得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。
[0043]在優(yōu)選的實施方式中，溴乙烷與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為1:1。
[0044]該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備過程簡單，對設(shè)備要求低，可以廣泛推廣應(yīng)用。
[0045]上述方法制得石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，聚離子液體被吸附在石墨烯的空隙中，石墨烯與聚離子液體的質(zhì)量比為2.5~10:1。該石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料通過在具有較高的比表面積和電導(dǎo)率的石墨烯電極材料中增添聚離子液體形成復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料中增添的聚離子液體，能增加復(fù)合電極材料與離子液體電解液的浸潤性，從而提高復(fù)合電極材料的比容量。因此，上述復(fù)合電極材料，具有高的比容量、優(yōu)良的電導(dǎo)率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優(yōu)點。
[0046]此外，本實施方式還提供了一種含有上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的電極片及其制備方法以及使用該電極片的電化學(xué)電容器。
[0047]一種電極片，包括集流體以及涂覆在所述集流體上的電極漿料，所述電極漿料包括導(dǎo)電劑、粘接劑以及 石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料包括石墨烯及聚離子液體，其中，所述聚離子液體被吸附在所述石墨烯的空隙中，所述石墨烯與所述聚離子液體的質(zhì)量比為2.5~10:1。
[0048]其中，導(dǎo)電劑為乙塊黑。粘接劑為聚偏氣乙稀。集流體為招猜。
[0049]如圖1所示，一種電極片的制備方法，包括如下步驟:
[0050]步驟SI 10，按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5^10:1的比例稱取氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的氧化石墨烯與聚離子液體加入至溶劑中使氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料。
[0051]步驟S120，按照石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85:5:10的比例，將所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑混合均勻，得到電極漿料。
[0052]步驟S130，將電極漿料涂覆在集流體上，依次經(jīng)80°C干燥2小時、250°C干燥2小時處理，切片后得到電極片。
[0053]該電極片因使用上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，具有高的比容量、優(yōu)良的電導(dǎo)率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優(yōu)點。
[0054]—種電化學(xué)電容器，包括殼體及置于殼體內(nèi)的電芯及電解液，電芯包括相對設(shè)置的正極片與負(fù)極片以及設(shè)置在正極片與負(fù)極片之間的隔膜，正極片與負(fù)極片為上述電極片。
[0055]該電化學(xué)電容器通過在電極片中添加性能優(yōu)良的上述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，從而使得上述電化學(xué)電容器具有充放電速率快、功率密度高、循環(huán)壽命長、以及具有較高的儲能容量和倍率特性等優(yōu)點。
[0056]以下為具體實施例部分:
[0057]實施例1
[0058]氧化石墨的制備:將Ig純度為99.5%的石墨加入由90mL 98wt%濃硫酸和25mL65wt%濃硝酸組成的混合溶液中，得到混合物；將混合物置于冰水混合浴中攪拌20分鐘后；慢慢地往混合物中加入6g高錳酸鉀，并攪拌I小時；然后將混合物加熱至85°C并保持30分鐘后；往混合物中加入92mL去離子水，于85°C下繼續(xù)保持30分鐘后；往混合物中加入IOmL 30wt%過氧化氫溶液，并攪拌10分鐘；對混合物進行抽濾；再依次分別用IOOmL稀鹽酸和150mL去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次；最后將固體物質(zhì)置于60°C真空烘箱中干燥12小時，即得到氧化石墨。
[0059]氧化石墨烯的制備:配制濃度為lmg/mL的氧化石墨去離子水懸浮液；對上述懸浮液進行超聲處理，其中，超聲功率為500W，時間為I小時；然后對上述懸浮液進行抽濾，得到固體物質(zhì)；將得到的固體物質(zhì)置于真空烘箱中于60°C下干燥12小時，即得到氧化石墨烯。
[0060]聚離子液體的制備:取5mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，攪拌，在攪拌的情況下加入5.5mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下攪拌反應(yīng)16小時后將混合物的溫度調(diào)至60° C，向反應(yīng)體系中加入0.1mol偶氮二異丁氰，反應(yīng)10小時；向反應(yīng)完的混合液中加入蒸餾水(其中，反應(yīng)完的混合液的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為lg:20mL)和5.5mol雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽(Li [TFSI])，攪拌反應(yīng)I小時后，真空過濾，用去離子水洗滌固體產(chǎn)物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽。
[0061]石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備:取上述制備得到的Ig氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的濃度為10mg/mL,再加入0.2g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽使其在混合溶液中的濃度為2mg/mL，用功率為500W的超聲機對混合溶液超聲6小時；再將超聲后的混合溶液真空過濾，將過濾后得到的固體產(chǎn)物置于空氣氛圍下，加熱至220° C，保持I小時，得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合材料。
[0062]實施例2
[0063]氧化石墨的制備:將5g純度為99.5%的石墨加入由475mL 98wt%濃硫酸和120mL65wt%濃硝酸組成的混合溶液中，得到混合物；將混合物置于冰水混合浴中攪拌20分鐘后；慢慢地往混合物中加入20g高錳酸鉀，并攪拌I小時；然后將混合物加熱至85°C并保持30分鐘后；往混合物中加入92mL去離子水，于85°C下繼續(xù)保持30分鐘后；往混合物中加入30mL 30wt%的過氧化氫溶液，并攪拌10分鐘；對混合物進行抽濾；再依次分別用300mL稀鹽酸和450mL去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次；最后將固體物質(zhì)置于60°C真空烘箱中干燥12小時，即得到氧化石墨。
[0064]氧化石墨烯的制備:配制濃度為0.5mg/mL的氧化石墨去離子水懸浮液；對上述懸浮液進行超聲處理，其中，超聲功率為800W，時間為2小時；然后對上述懸浮液進行抽濾，得到固體物質(zhì)；將得到的固體物質(zhì)置于真空烘箱中于60°C下干燥12小時，即得到氧化石墨烯。
[0065]聚離子液體的制備:取IOmol 1_乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，攪拌，在攪拌的情況下加入14mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下攪拌反應(yīng)16小時后將混合物的溫度調(diào)至60° C，向反應(yīng)體系中加入0.2mol偶氮二異丁氰，反應(yīng)10小時；向反應(yīng)完的混合液中加入蒸餾水(其中，反應(yīng)完的混合液的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為lg:20mL)和14mol雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽(Li[TFSI])，攪拌反應(yīng)I小時后，真空過濾，用去離子水洗滌固體產(chǎn)物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽。
[0066]石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備:取上述制備得到的0.8g氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的濃度為8mg/mL,再加入0.2g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽使其在混合溶液中的濃度為2mg/mL，用功率為500W的超聲機對混合溶液超聲10小時；再將超聲后的混合溶液真空過濾，將過濾后得到的固體產(chǎn)物置于空氣氛圍下，加熱至200° C，保持I小時，得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合材料。
[0067]實施例3
[0068]氧化石墨的制備:將2g純度為99.5%的石墨加入由170mL 98wt%濃硫酸和48mL65wt%濃硝酸組成的混合溶液中，得到混合物；將混合物置于冰水混合浴中攪拌20分鐘后；慢慢地往混合物中加入8g高錳酸鉀，并攪拌I小時；然后將混合物加熱至85°C并保持30分鐘后；往混合物中加入92mL去離子水，于85°C下繼續(xù)保持30分鐘后；往混合物中加入16mL 30wt%過氧化氫溶液，并攪拌10分鐘；對混合物進行抽濾；再依次分別用250mL稀鹽酸和300mL去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次；最后將固體物質(zhì)置于60°C真空烘箱中干燥12小時，即得到氧化石墨。
[0069]氧化石墨烯的制備:配制濃度為0.5mg/mL的氧化石墨去離子水懸浮液；對上述懸浮液進行超聲處理，其中，超聲功率為500W，時間為2小時；然后對上述懸浮液進行抽濾，得到固體物質(zhì)；將得到的固體物質(zhì)置于真空烘箱中于60°C下干燥12小時，即得到氧化石墨烯。
[0070]聚離子液體的制備:取2mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，攪拌，在攪拌的情況下加入2.5mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下攪拌反應(yīng)16小時后將混合物的溫度調(diào)至60° C，向反應(yīng)體系中加入0.05mol偶氮二異丁氰，反應(yīng)10小時；向反應(yīng)完的混合液中加入蒸餾水(其中，反應(yīng)完的混合液的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為lg:20mL)和2.5mol雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽(Li[TFSI])，攪拌反應(yīng)I小時后，真空過濾，用去離子水洗滌固體產(chǎn)物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽；
[0071]石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備:取上述制備得到的2g氧化石墨烯加入200ml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的濃度為10mg/mL,再加入0.8g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽使其在混合溶液中的濃度為4mg/mL，用功率為500W的超聲機對混合溶液超聲8小時；再將超聲后的混合溶液真空過濾，將過濾后得到的固體產(chǎn)物置于空氣氛圍下，加熱至250° C，保持0.5小時，得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合材料。
[0072]實施例4
[0073]氧化石墨的制備:將Ig純度為99.5%的石墨加入由90mL 98wt%濃硫酸和25mL65wt%濃硝酸組成的混合溶液中，得到混合物；將混合物置于冰水混合浴中攪拌20分鐘后；慢慢地往混合物中加入4g高錳酸鉀，并攪拌I小時；然后將混合物加熱至85°C并保持30分鐘后；往混合物中加入92mL去離子水，于85°C下繼續(xù)保持30分鐘后；往混合物中加入IOmL30wt%的過氧化氫溶液，并攪拌10分鐘；對混合物進行抽濾；再依次分別用IOOmL稀鹽酸和150mL去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次；最后將固體物質(zhì)置于60°C真空烘箱中干燥12小時，即得到氧化石墨。
[0074]氧化石墨烯的制備:配制濃度為0.5mg/mL的氧化石墨去離子水懸浮液；對上述懸浮液進行超聲處理，其中，超聲功率為500W，時間為I小時；然后對上述懸浮液進行抽濾，得到固體物質(zhì)；將得到的固體物質(zhì)置于真空烘箱中于60°C下干燥12小時，即得到氧化石墨烯。
[0075]聚離子液體的制備:取20mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，攪拌，在攪拌的情況下加入30mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下攪拌反應(yīng)16小時后將混合物的溫度調(diào)至60° C，向反應(yīng)體系中加入0.5mol偶氮二異丁氰，反應(yīng)10小時；向反應(yīng)完的混合液中加入蒸餾水(其中，反應(yīng)完的混合液的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為lg:20mL)和30mol雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽(Li[TFSI])，攪拌反應(yīng)I小時后，真空過濾，用去離子水洗滌固體產(chǎn)物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽；
[0076]石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備:取上述制備得到的Ig氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的濃度為10mg/mL,再加入0.1g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽使其在混合溶液中的濃度為lmg/mL，用功率為500W的超聲機對混合溶液超聲8小時；再將超聲后的混合溶液真空過濾，將過濾后得到的固體產(chǎn)物置于空氣氛圍下，加熱至240° C，保持0.5小時，得到石墨烯-聚離子液體復(fù)合材料。
[0077]實施例5
[0078]按照質(zhì)量比為85:5:10的比例，將實施例1制備得到的石墨烯_聚離子液體復(fù)合電極材料、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑及乙炔黑導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料；
[0079]將漿料涂覆在鋁箔上，將涂覆有漿料的鋁箔先于80°C干燥2小時后，再于250°C干燥2小時后，得到漿料膜；將漿料膜切片，即制得電化學(xué)電容器電極片。
[0080]依次將上述電極片、隔膜、電極片疊片組裝得到電芯；在電芯外包覆電池殼體，將電芯密封，然后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入離子液體Li [TFSI]，密封注液口后，即得到電化學(xué)電容器。
[0081]實施例6
[0082]按照質(zhì)量比為85:5:10的比例，將實施例2制備得到的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑及乙炔黑導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料；將漿料涂覆在鋁箔上；然后將涂覆有漿料的鋁箔先于80°C干燥2小時后，再于250°C干燥2小時后，得到漿料膜；將漿料膜切片，即制得電化學(xué)電容器電極片。
[0083]依次將電極片、隔膜、電極片疊片組裝得到電芯；在電芯外包覆電池殼體，將電芯密封，然后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入離子液體Li [TFSI]，密封注液口后，即得到電化學(xué)電容器。
[0084]實施例7
[0085]按照質(zhì)量比為85:5:10的比例，將實施例3制備得到的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑及乙炔黑導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料；將漿料涂覆在鋁箔上；然后將涂覆有漿料的鋁箔先于80°C干燥2小時后，再于250V干燥2小時后，得到漿料膜；將漿料膜切片，即制得電化學(xué)電容器電極片。
[0086]依次將電極片、隔膜、電極片疊片組裝得到電芯；在電芯外包覆電池殼體，將電芯密封，然后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入離子液體Li [TFSI]，密封注液口后，即得到電化學(xué)電容器。
[0087]實施例8
[0088]按照質(zhì)量比為85:5:10的比例，將實施例4制備得到的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑及乙炔黑導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料；將漿料涂覆在鋁箔上；然后將涂覆有漿料的鋁箔先于80°C干燥2小時后，再于250°C干燥2小時后，得到漿料膜；將漿料膜切片，即制得電化學(xué)電容器電極片。
[0089]依次將電極片、隔膜、電極片疊片組裝得到電芯；在電芯外包覆電池殼體，將電芯密封，然后通過設(shè)置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入離子液體Li [TFSI]，密封注液口后，即得到電化學(xué)電容器。
[0090]性能測試:
[0091]分別對實施例5~8中組裝的電化學(xué)電容器進行充放電測試，電壓窗口為4V，電流密度分別為0.5A/g，測試結(jié)果如表1。
[0092]表1為實施例51分別在0.5A/g電流密度下進行充放電測試的比容量
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于o°c環(huán)境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85°c環(huán)境下反應(yīng)，再保持溫度向反應(yīng)體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應(yīng)除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石墨； 將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯； 按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5~10:1的比例稱取所述氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的所述氧化石墨烯與所述聚離子液體加入至溶劑中使所述氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，其特征在于，所述聚離子液體為聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，所述聚離子液體采用如下步驟制備: 按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40^50:50^70:1:55^90 的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽； 將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，并在40°C下攪拌反應(yīng)，之后將反應(yīng)體系的溫度調(diào)至60°C，并加入所述偶氮二異丁氰，反應(yīng)，向反應(yīng)后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，最后真空過濾反應(yīng)得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。
4.一種石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1至3任一所述方法制得。
5.一種電極片，包括集流體以及涂覆在所述集流體上的電極漿料，其特征在于，所述電極漿料包括導(dǎo)電劑、粘接劑以及石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料，所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料采用權(quán)利要求4所述的石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極片，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑，所述粘接劑為聚偏氟乙烯，所述集流體為鋁箔。
7.一種電極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 按照氧化石墨烯及聚離子液體的質(zhì)量比為2.5~10:1的比例稱取所述氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的所述氧化石墨烯與所述聚離子液體加入至溶劑中使所述氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環(huán)境中過濾，再將過濾后得到的固體產(chǎn)物加熱至200-250° C，熱還原得到所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料； 按照石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85:5:10的比例，將所述石墨烯-聚離子液體復(fù)合電極材料、粘接劑與導(dǎo)電劑混合均勻，得到電極漿料； 將所述電極漿料涂覆在集流體上，依次經(jīng)80 V干燥2小時、250 V干燥2小時處理，切片后得到所述電極片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極片的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯采用如下步驟制備: 將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于o°c環(huán)境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85°c環(huán)境下反應(yīng)，再保持溫度向反應(yīng)體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應(yīng)除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石墨； 將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極片的制備方法，其特征在于，所述聚離子液體采用如下步驟制備: 按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40^50:50^70:1:55^90的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽； 將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，在40°C下攪拌反應(yīng)，之后將反應(yīng)體系的溫度調(diào)至60°C，并加入所述偶氮二異丁氰，反應(yīng)，向反應(yīng)后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，最后真空過濾反應(yīng)得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。
10.一種電化學(xué)電容器，包括殼體及置于所述殼體內(nèi)的電芯及電解液，所述電芯包括相對設(shè)置的正極片與負(fù)極片以及設(shè)置在所述正極片與所述負(fù)極片之間的隔膜，其特征在于，所述正極片與所述負(fù)極片為如權(quán)利要求5-6任一項所述的電極片。
【文檔編號】H01G9/042GK103839685SQ201210491431
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】周明杰, 王要兵, 鐘輝, 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