石墨烯、石墨烯電極、石墨烯超級(jí)電容器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯、石墨烯電極、石墨烯超級(jí)電容器及其制備方法，其中，石墨烯的制備方法包括以下步驟：a)將氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理；b)將預(yù)還原處理后的所述氧化石墨設(shè)置在襯—底上;以及c)對(duì)設(shè)置有氧化石墨的襯底進(jìn)行激光L還原，以形成石墨烯。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯的制備方法，由于在進(jìn)行激光還原（即高度還原）之前進(jìn)行了一定程度的預(yù)還原，預(yù)還原之后的氧化石墨經(jīng)過激光還原更加容易被還原成石墨烯。經(jīng)過預(yù)還原處理后的氧化石墨薄膜一次刻錄后石墨烯還原效果明顯優(yōu)于沒有預(yù)還原處理制備的石墨烯。因此，本發(fā)明可以明顯的縮短激光還原的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】石墨烯、石墨烯電極、石墨烯超級(jí)電容器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子元件的制備領(lǐng)域，尤其涉及石墨烯、石墨烯電極及石墨烯超級(jí)電 容器的制備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 能源是人類生存的基礎(chǔ)，由于石化類能源日益枯竭，能源危機(jī)成為當(dāng)今世界各國(guó) 面臨的問題，全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。能源危機(jī)包括能源的儲(chǔ) 存、轉(zhuǎn)換、傳輸以及含能材料的開發(fā)。其中，能源儲(chǔ)存在人類發(fā)展中有著重要的意義。
[0003] 隨著人民生活水平的提高，綠色能源的不斷開發(fā)利用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。其中， 超級(jí)電容器是新型的綠色能源儲(chǔ)存器件，能量密度是傳統(tǒng)的電容器的數(shù)十倍，功率密度是 電池的上百倍，充放電效率比電池高15%左右，超級(jí)電容器（Supercapacitor)的研制成功 為儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了新的希望。
[0004] 石墨烯是一種由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布并相互連接而成的碳分子，其結(jié)構(gòu)非 常穩(wěn)定。石墨稀具有1?導(dǎo)電性、1?初度、1?強(qiáng)度、超大比表面積等特點(diǎn)，單層石墨稀的比表面 積能達(dá)到2630m 2/g，是極為理想的超級(jí)電容器儲(chǔ)能材料。采用石墨烯制成的超級(jí)電容器，充 電時(shí)間只需1毫秒左右。
[0005] 石墨烯的傳統(tǒng)制備方法有：機(jī)械剝離法、化學(xué)還原法、微波輔助法、化學(xué)氣相沉積 法等。然而，這些方法在實(shí)際大批量生產(chǎn)中都面臨這樣的一些問題：能耗高，成本大以及不 易于大批量制備等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商 業(yè)選擇。
[0007] 有鑒于此，本發(fā)明需要提出一種石墨烯及其制備方法，該石墨烯制備工藝簡(jiǎn)單且 可以大大提商生廣效率。
[0008] 此外，本發(fā)明還需要提出一種石墨烯電極及其制備方法，該石墨烯電極及其制備 方法的工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)效率高。
[0009] 本發(fā)明還需要提出一種石墨烯超級(jí)電容器及其制備方法，所述石墨烯超級(jí)電容器 及其制備方法的制備工藝簡(jiǎn)單高效且成本低廉。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的石墨烯的制備方法，包括以下步驟：a)將氧化石墨 進(jìn)行預(yù)還原處理；b)將預(yù)還原處理后的所述氧化石墨設(shè)置在襯底上；以及c)對(duì)設(shè)置有氧化 石墨的襯底進(jìn)行激光還原，以形成所述石墨烯。
[0011] 根據(jù)上述實(shí)施例的石墨烯的制備方法，由于在進(jìn)行激光還原（即高度還原）之前進(jìn) 行了一定程度的預(yù)還原，預(yù)還原之后的氧化石墨經(jīng)過激光還原更加容易被還原成石墨烯。 經(jīng)過預(yù)還原處理后的氧化石墨薄膜一次刻錄后石墨烯還原效果明顯優(yōu)于沒有預(yù)還原處理 制備的石墨烯。因此，本發(fā)明可以明顯的縮短激光還原的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
[0012] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的石墨烯的制備方法還可以具有如下附加的技術(shù)特 征：
[0013] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟a)包括：將所述氧化石墨與預(yù)還原劑用水配 置成混合液，以對(duì)所述氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理。
[0014] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在所述混合液中所述預(yù)還原劑與所述氧化石墨的質(zhì)量 比為預(yù)還原劑：氧化石墨=0. 1?0. 75。
[0015] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述預(yù)還原劑包括維生素 C、水合肼、硼氫化鈉中的任 一種或其組合。
[0016] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述混合液中還含有分散劑，所述分散劑包括選自改 性聚四氟乙烯乳液、聚乙烯醇溶液、N，N-二甲基甲酰胺中的任一種或其組合，且所述分散劑 相對(duì)于所述氧化石墨的質(zhì)量比為〇. 005?0. 03。
[0017] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，利用超聲分散對(duì)所述混合液分散2?10分鐘。
[0018] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟b)包括：將所述混合液涂布在所述襯底上， 所述襯底為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、鋁箔、硅片、聚二甲基硅氧烷、改性聚二甲基硅氧烷、聚偏 氟乙烯、或聚四氟乙烯中的任一種。
[0019] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟c)包括：將設(shè)置有氧化石墨的襯底粘貼并壓 實(shí)在光雕用光盤的照射面上后放入光照射錄機(jī)內(nèi)，并用紅外激光進(jìn)行照射。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的石墨烯由根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的石墨烯的 制備方法制得。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明第三方面實(shí)施例的石墨烯電極的制備方法包括以下步驟：將根據(jù)本發(fā) 明第一方面實(shí)施例的的石墨烯的制備方法得到的石墨烯加工成叉指狀、平行條狀、螺旋狀 及其組合形狀中的任一種，以得到所述石墨烯電極。
[0022] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在所述石墨烯上連接集電極。
[0023] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在所述石墨烯的一側(cè)粘貼導(dǎo)電膠帶以作為所述集電 極，所述導(dǎo)電膠帶包括銅膠帶、附帶粘合劑的銅箔或鋁箔、導(dǎo)電布中的任一種。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明第四方面實(shí)施例的石墨烯電極，是根據(jù)本發(fā)明第三方面實(shí)施例的石墨 烯電極的制備方法制得。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明第五方面實(shí)施例的石墨烯超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：將 根據(jù)本發(fā)明第三方面實(shí)施例的石墨烯電極的制備方法得到的石墨烯電極進(jìn)行封裝并澆注 電解質(zhì)溶液，待干燥后進(jìn)行封裝，以得到所述石墨烯超級(jí)電容器。
[0026] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨烯電極通過封裝膠帶進(jìn)行封裝，所述封裝膠 帶包括Kapton膠帶、透明膠帶、封箱膠帶、文具膠帶、絕緣膠布中的任一種。
[0027] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述電解質(zhì)溶液包括聚乙烯醇/硫酸體系、聚乙烯醇/ 磷酸體系、聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-高氯酸鋰體系、聚氧化乙烯-聚乙二醇-三 氟甲基磺酸鋰體系、聚苯胺-1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-三甲基硅醇體系、1-丁 基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；硝啺?煙霧硅膠體系、1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸 鹽-煙霧硅膠體系。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明第六方面實(shí)施例的石墨烯超級(jí)電容器，根據(jù)本發(fā)明第五方面實(shí)施例的 石墨烯超級(jí)電容器的制備方法制得。
[0029] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨烯電極之間為未經(jīng)過激光還原的氧化石墨以 作為隔離件將所述石墨烯電極之間進(jìn)行隔離。
[0030] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 ：
[0032] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯的制備方法的工藝流程圖；
[0033] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的石墨烯電極的外觀示意圖；
[0034] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的石墨烯超級(jí)電容器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的石墨烯超級(jí)電容器的充放電曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0037] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī) 械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元 件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā) 明中的具體含義。
[0038] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下" 可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它 們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一 特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征 在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表 示第一特征水平高度小于第二特征。
[0039] 下面，首先結(jié)合圖1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯的制備方法。
[0040] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯的制備方法包括如下步驟：
[0041] a)將氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理(步驟a)
[0042] 關(guān)于對(duì)所述氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理的方法，例如可以采用激光還原、化學(xué)還原 法等。
[0043] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，將所述氧化石墨與預(yù)還原劑用水(例如，去離子水）配 置成混合液，以對(duì)所述氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理。
[0044] 其中，所述氧化石墨可以是市售的氧化石墨的水分散液，當(dāng)然，也可以按照常規(guī)的 制備方法進(jìn)行制備。
[0045] 所述預(yù)還原劑的用量根據(jù)所述氧化石墨的含量來(lái)設(shè)計(jì)，例如，所述預(yù)還原劑與所 述氧化石墨的質(zhì)量比可以為預(yù)還原劑：氧化石墨=0. 1?0. 75。通過將預(yù)還原劑的用量與 氧化石墨的用量設(shè)置在該范圍內(nèi)，不僅可以達(dá)到預(yù)期的預(yù)還原效果，且不會(huì)在最終產(chǎn)物（即 石墨?。┲袣埩暨^多的反應(yīng)副廣物，從而在提1?生廣效率的同時(shí)能夠確保作為廣物的石墨 烯的電學(xué)特性。
[0046] 所述預(yù)還原劑沒有特殊的限制，只要能夠?qū)ρ趸M(jìn)行還原即可。例如，可以采 用維生素 C、水合肼、硼氫化鈉中的任一種或其混合物。
[0047] 此外，為了使所述氧化石墨在所述混合液中分散均勻，從而提高成膜效果，以在將 其設(shè)置在襯底上后能夠得到表面光滑均勻的石墨烯薄膜，可以在所述混合液中進(jìn)一步添加 適當(dāng)?shù)姆稚?br> [0048] 關(guān)于分散劑的種類沒有特殊的限制，例如，可以列舉出改性聚四氟乙烯乳液、聚乙 烯醇溶液、N，N-二甲基甲酰胺等及其混合物。關(guān)于分散劑的含量，相對(duì)于所述氧化石墨的 質(zhì)量比可以為0. 005?0. 03。
[0049] 為了更進(jìn)一步提高分散效果，還利用超聲分散對(duì)所述混合液分散2?10分鐘。
[0050] b)將預(yù)還原處理后的所述氧化石墨設(shè)置在襯底上(步驟b)
[0051] 接下來(lái)，將預(yù)還原處理后的所述氧化石墨設(shè)置在襯底上。關(guān)于設(shè)置的方法，例如可 以將含有預(yù)處理后的氧化石墨的混合液涂布在襯底上、將襯底浸漬于上述混合液中、將上 述混合液滴加在襯底上等。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，從提高所形成的石墨烯薄膜的均勻性的角度出發(fā)，優(yōu) 選將所述混合液涂布在所述襯底上。
[0053] 所述襯底沒有特殊的限制，例如可以是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（簡(jiǎn)稱為PET)、鋁箔、 硅片、聚二甲基硅氧烷(簡(jiǎn)稱為PDMS)、改性聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯(簡(jiǎn)稱為PVDF)、聚 四氟乙烯(簡(jiǎn)稱為PTFE)。
[0054] c)對(duì)設(shè)置有氧化石墨的襯底進(jìn)行激光還原，以形成所述石墨烯(步驟c)
[0055] 在將預(yù)還原后的氧化石墨設(shè)置在所述襯底上之后，為了對(duì)所述氧化石墨進(jìn)行進(jìn)一 步還原以得到石墨烯，需要對(duì)設(shè)置有氧化石墨的襯底進(jìn)行激光還原。
[0056] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟c)包括：將設(shè)置有氧化石墨的襯底粘貼并壓 實(shí)在光雕用光盤的照射面上后放入光照射錄機(jī)內(nèi)，用具有預(yù)定波長(zhǎng)(例如780nm)的紅外激 光進(jìn)行照射。
[0057] 此時(shí)，將襯底用膠粘貼并壓實(shí)在光雕專用光盤的照射面上，可以避免照射過程中 襯底與光雕機(jī)內(nèi)部托盤面發(fā)生摩擦。
[0058] 此處，需要說(shuō)明的是，在此激光還原過程中，可以經(jīng)過預(yù)定的程序(例如軟件、ASIC 專用電路等)來(lái)設(shè)計(jì)和形成具有預(yù)定形狀（例如，叉指狀、平行條狀、螺旋狀及其組合形狀中 的任一種）的石墨烯，此時(shí)，所形成的石墨烯可以直接作為電極來(lái)使用。當(dāng)然，也可以通過 激光還原形成一整片的大張的的石墨烯，此后根據(jù)需要通過裁剪以形成所需形狀的石墨烯 電極。也就是說(shuō)，根據(jù)光照射工藝中具體的工藝設(shè)計(jì)以及所使用的電容器的具體要求，本發(fā) 明第一方面實(shí)施例的石墨烯也可以直接作為石墨烯電極進(jìn)行使用。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯的制備方法，第一次借助預(yù)還原劑的預(yù)還原作用，有 效的提高了用作制備電極的石墨烯的生產(chǎn)效率，一次性即可完成所需圖案照射。
[0060] 此外，在獲得具有預(yù)定形狀的石墨烯電極之后，為了提高石墨烯電極的電性能，可 以在所述石墨烯上連接集電極。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在所述石墨烯的一側(cè)粘貼導(dǎo)電 膠帶以作為所述集電極，所述導(dǎo)電膠帶包括銅膠帶、附帶粘合劑的銅箔或鋁箔、導(dǎo)電布中的 任一種。
[0061] 下面描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯超級(jí)電容器的制備方法。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯超級(jí)電容器的制備方法，可以將如上所述得到的石墨 烯電極進(jìn)行封裝并澆注電解質(zhì)溶液，待干燥后進(jìn)行完全封裝，得到石墨烯超級(jí)電容器。
[0063] 具體地，在進(jìn)行激光還原時(shí)可以將所述石墨烯電極封裝膠帶進(jìn)行封裝，所述封裝 膠帶包括Kapton膠帶、透明膠帶、封箱膠帶、文具膠帶、絕緣膠布中的任一種。
[0064] 將所述石墨烯電極形成為叉指狀、平行條狀、螺旋狀及其組合形狀中的任一種，可 以省掉傳統(tǒng)石墨烯超級(jí)電容器中的隔膜結(jié)構(gòu)，從而使得制備工藝簡(jiǎn)單高效，且成本低廉。 [0065] 其中，所述電解質(zhì)溶液可以采用石墨烯超級(jí)電容器所通常采用的電解質(zhì)溶液，例 如聚乙烯醇/硫酸體系、聚乙烯醇/磷酸體系、聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-高氯酸鋰 體系、聚氧化乙烯_聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰體系、聚苯胺-1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼 酸鹽-三甲基硅醇體系、1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；硝啺?煙霧硅膠體系、 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-煙霧娃膠體系。
[0066] 下面，通過具體的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的石墨烯電極的制備方法。
[0067] 原料：
[0068] I)氧化石墨：
[0069] 品牌：炭美 TMSinocarbon
[0070] 生產(chǎn)單位：中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
[0071] 型號(hào)：5mg/ml，IOOml/ 瓶。
[0072] II)維生素 C (抗壞血酸）：
[0073] 品牌：?jiǎn)尉疲?br> [0074] 規(guī)格：分析純，25g/瓶，C6H8O6含量不少于99. 7% ;
[0075] 生產(chǎn)單位：天津市化學(xué)試劑研究所
[0076] III) PTFE 乳液：
[0077] 品牌：HLLD易利達(dá)
[0078] 規(guī)格：ADL - 301，樹脂含量58%?62%，粒徑0? 05?0? 16, PH值7?9
[0079] 生產(chǎn)單位：新鄉(xiāng)市易利達(dá)電源材料有限公司
[0080] 實(shí)施例1
[0081] 首先，配置氧化石墨/維生素 C (預(yù)還原劑）的混合液。其中，在混合液中，維生素 C與氧化石墨質(zhì)量比為1 :3。并相對(duì)氧化石墨，添2wt%的分散劑。
[0082] 接著，將混合液超聲分散2min，將混合液涂布在厚度180um的PET薄膜上，在室溫 下自然干燥15小時(shí)。
[0083] 此后，按照如下步驟，經(jīng)過激光還原形成具有叉指狀外觀形狀的石墨烯電極。
[0084] 1、在工作機(jī)上安裝Nero軟件。
[0085] 2、采用Nero Cover Designer軟件設(shè)計(jì)石墨烯電極的外觀形狀為叉指狀(如圖2 所示A1、A2分別代表正負(fù)石墨烯電極)，并設(shè)置灰度、打印對(duì)比度等照射參數(shù)。
[0086] 3、將設(shè)置有經(jīng)過預(yù)還原的氧化石墨的襯底粘貼于專用光雕光盤標(biāo)簽面上，標(biāo)簽面 朝下置于具有光雕功能（Iightscribe)的光驅(qū)中，待打印照射。
[0087] 4、選擇上述2項(xiàng)中設(shè)計(jì)好的石墨烯電極的外觀形狀的圖案，置于待打印區(qū)域，開 始激光還原。
[0088] 5、照射完成后，彈出光驅(qū)取下光雕盤，取出經(jīng)光照射得到的石墨烯電極。
[0089] 由此，得到石墨烯電極1。
[0090] 比較例1
[0091] 除了未進(jìn)行預(yù)還原處理之外，以同樣的方法制得石墨烯電極2。
[0092] 通過比較上述石墨烯電極1和石墨烯電極2可知，未采用預(yù)還原處理的氧化石墨 溶液，在干燥后較難光照射成完整叉指或其他形狀的電極，光照射蝕效果較差，幾乎無(wú)法實(shí) 驗(yàn)測(cè)試其性能。
[0093] 而相對(duì)于此，加入預(yù)還原劑后，光雕效果很好，照射一個(gè)周期就能出現(xiàn)完整的圖案 (電極的形狀)，隨著刻錄次數(shù)增多，石墨烯電極電學(xué)性能越好，表現(xiàn)為其電阻降低。但刻錄 次數(shù)超過10次后，就沒有明顯的變化了。因此，刻錄的次數(shù)一般控制在1?6次。
[0094] 實(shí)施例2
[0095] 下面，參考圖2?圖4描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的石墨烯超級(jí)電容器100。
[0096] 如圖3所示，石墨烯超級(jí)電容器100包括：殼體(未圖示）；石墨烯電極LSG (即實(shí) 施例1所得的石墨烯電極）；集電極M1、M2 ;封裝件E、以及電解質(zhì)溶液(未圖示)。
[0097] 其中，石墨烯電極的襯底為PET薄膜（圖中所示P);集電極Ml和M2是銅膠帶，是石 墨稀電極LSG的集電極；石墨稀電極LSG是實(shí)施例1得到的石墨稀電極，其形成為叉指狀， 叉指狀的正負(fù)石墨烯電極AU A2間的氧化石墨B將電極在空間上自然隔離（如圖2所示)， 從而省略了傳統(tǒng)超級(jí)電容器的隔膜部件。
[0098] 圖3中所示K為kapton膠帶，對(duì)所述石墨烯電極LSG起固定、封裝作用。封裝件 E為該電容器的上蓋，通過雙面膠固定在殼體上。
[0099] 作為石墨烯超級(jí)電容器的電解質(zhì)溶液，采用PVA/H2S04電解質(zhì)溶液。
[0100] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2制得的單個(gè)石墨烯超級(jí)電容器的充放電曲線。
[0101] 其中，對(duì)于由如圖2給出的正石墨烯電極A1、負(fù)石墨電極A2所形成的IOXlOmm的 石墨烯超級(jí)電容器,充放電電壓窗口 0?0. 9V，充放電電流為15uA，根據(jù)放電曲線通過下式 計(jì)算該石墨烯超級(jí)電容器100的容量：
[0102] C=It/U=15*l(T6*99/0. 9=1. 65X1(T3F
[0103] 另一方面，經(jīng)計(jì)算，單個(gè)電極有效叉指面積為22. 5mm2。由此，換算成面積比 電容可知，根據(jù)實(shí)施例2制得的石墨烯超級(jí)電容器的比電容為C' =C/S=1. 65X10_3/ (22. 5*1(T6)=73. 3F/m2
[0104] 通過上述可知，根據(jù)本發(fā)明的石墨烯超級(jí)電容器100,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電學(xué)性能良 好、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛地用于新能源汽車、傳感器儲(chǔ)能器件等。
[0105] 在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何 的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0106] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨 的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： a) 將氧化石墨進(jìn)彳了預(yù)還原處理； b) 將預(yù)還原處理后的所述氧化石墨設(shè)置在襯底上；以及 C)對(duì)設(shè)置有氧化石墨的襯底進(jìn)行激光還原，以形成所述石墨烯。
2. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述步驟a)包括：將所述氧 化石墨與預(yù)還原劑用水配置成混合液，以對(duì)所述氧化石墨進(jìn)行預(yù)還原處理。
3. 如權(quán)利要求2所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，在所述混合液中所述預(yù)還原 劑與所述氧化石墨的質(zhì)量比為預(yù)還原劑：氧化石墨=〇. 1?〇. 75。
4. 如權(quán)利要求3所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述預(yù)還原劑包括維生素 C、 水合肼、硼氫化鈉中的任一種或其組合。
5. 如權(quán)利要求2所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述混合液中還含有分散劑， 所述分散劑包括選自改性聚四氟乙烯乳液、聚乙烯醇溶液、N，N-二甲基甲酰胺中的任一種 或其組合，且所述分散劑相對(duì)于所述氧化石墨的質(zhì)量比為〇. 005?0. 03。
6. 如權(quán)利要求2所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，利用超聲分散對(duì)所述混合液 分散2?10分鐘。
7. 如權(quán)利要求2?6中任一項(xiàng)所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述步驟b)包 括：將所述混合液涂布在所述襯底上，所述襯底為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、鋁箔、硅片、聚二甲 基硅氧烷、改性聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、或聚四氟乙烯中的任一種。
8. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述步驟c)包括：將設(shè)置有 氧化石墨的襯底粘貼并壓實(shí)在光雕用光盤的照射面上后放入光照射錄機(jī)內(nèi)，并用具有預(yù)定 波長(zhǎng)的紅外激光進(jìn)行照射。
9. 一種石墨烯，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1?8任一項(xiàng)所述的石墨烯的制備方法制 得。
10. -種石墨烯電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將根據(jù)權(quán)利要求1?8 所述的石墨烯的制備方法得到的石墨烯加工成叉指狀、平行條狀、螺旋狀及其組合形狀中 的任一種，以得到所述石墨烯電極。
11. 如權(quán)利要求10所述的石墨烯電極的制備方法，其特征在于，在所述石墨烯上連接 集電極。
12. 如權(quán)利要求11所述的石墨烯電極的制備方法，其特征在于，在所述石墨烯的一側(cè) 粘貼導(dǎo)電膠帶以作為所述集電極，所述導(dǎo)電膠帶包括銅膠帶、附帶粘合劑的銅箔或鋁箔、導(dǎo) 電布中的任一種。
13. -種石墨烯電極，其特征在于，由權(quán)利要求10?12中任一項(xiàng)所述的石墨烯電極的 制備方法制得。
14. 一種石墨烯超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 將根據(jù)權(quán)利要求10?12所述石墨烯電極的制備方法得到的石墨烯電極進(jìn)行封裝并澆 注電解質(zhì)溶液，待干燥后進(jìn)行封裝，以得到所述石墨烯超級(jí)電容器。
15. 如權(quán)利要求14所述的石墨烯超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述石墨烯電 極通過封裝膠帶進(jìn)行封裝，所述封裝膠帶包括Kapton膠帶、透明膠帶、封箱膠帶、文具膠 帶、絕緣膠布中的任一種。
16. 如權(quán)利要求14所述的石墨烯超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述電解質(zhì)溶 液包括聚乙烯醇/硫酸體系、聚乙烯醇/磷酸體系、聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-高氯 酸鋰體系、聚氧化乙烯-聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰體系、聚苯胺-1-乙基-3-甲基咪唑四 氟硼酸鹽-三甲基硅醇體系、1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；硝啺?煙霧硅膠體 系、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-煙霧娃膠體系。
17. -種石墨烯超級(jí)電容器，其特征在于，由權(quán)利要求14?16任一項(xiàng)所述的石墨烯超 級(jí)電容器的制備方法制得。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的石墨烯超級(jí)電容器，其中，所述石墨烯電極之間為未經(jīng)過 激光還原的氧化石墨以作為隔離件將所述石墨烯電極之間進(jìn)行隔離。
【文檔編號(hào)】H01G11/36GK104211047SQ201310209855
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】郝立星, 馬賀然, 郎佳星 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司