一种石墨烯薄膜集流体的制备方法

摘要

本发明属于石墨烯材料制备领域，其公开了一种石墨烯薄膜集流体的制备方法，包括如下步骤：按照质量比1:1-5:1的比例，将石墨烯和离子液体混合后用玛瑙研钵研磨，随后依次经超声处理和搅拌处理，得到凝胶状石墨烯；将所述凝胶状石墨烯放入热压机中，热压处理，得到石墨烯薄膜集流体。本发明提供的石墨烯薄膜集流体的制备方法，通过离子液体与石墨烯的相互作用，形成可均匀分散得粘稠凝胶状石墨烯，防止石墨烯的团聚，然后通过热压的方式制成石墨烯薄膜，通过机械力的作用，制备得到石墨烯薄膜集流体；该石墨烯薄膜集流体与传统的铜箔、铝箔相比，可大大降低集流体的重量，进而提高超级电容器的能量密度。

权利要求

1.一种石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照质量比1:1-5:1的比例，将石墨烯和离子液体混合后用玛瑙研钵研磨，随后依次经超声处理和搅拌处理，得到凝胶状石墨烯；

将所述凝胶状石墨烯放入热压机中，热压处理，得到石墨烯薄膜集流体，其中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。

2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，所述研磨的时间为5-20min。

3.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，所述超声处理的时间为1～5h。

4.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的时间为1～5h。

5.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，对所述凝胶状石墨烯进行热压处理时，加热温度为200～400℃，施加压力为10-50MPa。

6.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜集流体的制备方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜集流体的厚度为5-20μm。

说明书

一种石墨烯薄膜集流体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石墨烯材料制备领域，尤其涉及一种石墨烯薄膜集流体的制备方法。

背景技术

[0002] 超级电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度（为普通电池的10倍以上）、高循环寿命（循环次数可达10万次以上）、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔薄膜、集流体、外壳等组装而成。现有的超级电容器的能量密度一般比较低，超级电容器的能量密度的影响因素主要有电极材料的电容，体系的电压，电极材料占电极活性物质层、集流体、外壳材料组成的总重量的比重，因此，增加电极材料的储能性能和降低器件各个组成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流体的质量是一个有效的提高能量密度的方法。

[0003] 集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。

[0004] 目前，大多数的文献中或行业中，一般集流体正极采用铝箔、负极采用铜箔，由于金属集流体的密度较大，质量较重，一般集流体的重量占整个电池的20-25%，则电极材料占整个电池的比重大大减少，最终导致超级电容器的能量密度较低。

发明内容

[0005] 基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种石墨烯薄膜集流体的制备方法。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 一种石墨烯薄膜集流体的制备方法，包括如下步骤：

[0008] 按照质量比1∶1-5:1的比例，将石墨烯和离子液体混合后用玛瑙研钵研磨，随后依次经超声处理和搅拌处理，得到凝胶状石墨烯；

[0009] 将所述凝胶状石墨烯放入热压机中，热压处理，得到石墨烯薄膜集流体。

[0010] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。

[0011] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，所述研磨的时间为5-20min。

[0012] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，所述超声处理的时间为1~5h。

[0013] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，所述搅拌处理的时间为1~5h。

[0014] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，对所述凝胶状石墨烯进行热压处理时，加热温度为200~400℃，施加压力为10-50MPa。

[0015] 所述石墨烯薄膜集流体的制备方法，其中，所述石墨烯薄膜集流体的厚度为5-20μm。

[0016] 本发明提供的石墨烯薄膜集流体的制备方法，通过离子液体与石墨烯的相互作用，形成可均匀分散得粘稠凝胶状石墨烯，防止石墨烯的团聚，然后通过热压的方式制成石墨烯薄膜，通过机械力的作用，制备得到石墨烯薄膜集流体；该石墨烯薄膜集流体与传统的铜箔、铝箔相比，可大大降低集流体的重量，进而提高超级电容器的能量密度。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

[0018] 实施例1

[0019] （1）粘稠凝胶状石墨烯的制备：

[0020] 称取石墨烯1g，1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐1g，混合后用玛瑙研钵研磨5min，得到混合物，放入烧杯中，进行超声1h，然后在机械搅拌下搅拌5h，就可得到粘稠凝胶状石墨烯。

[0021] （2）石墨烯薄膜集流体的制备：将粘稠凝胶状石墨烯放入热压机中，控制热压的温度为200℃，压力为50MPa，得到厚度为5μm的石墨烯薄膜集流体。

[0022] 实施例2

[0023] （1）粘稠凝胶状石墨烯的制备：

[0024] 称取石墨烯2g，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐6g，混合后用玛瑙研钵研磨20min，得到混合物，放入烧杯中，进行超声2h，然后在机械搅拌下搅拌4h，就可得到粘稠凝胶状石墨烯。

[0025] （2）石墨烯薄膜集流体的制备：将粘稠凝胶状石墨烯放入热压机中，控制热压的温度为300℃，压力控制在30MPa，得到厚度为10μm的石墨烯薄膜集流体。

[0026] 实施例3

[0027] （1）粘稠凝胶状石墨烯的制备：

[0028] 称取膨胀石墨4g，1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐20g，混合后用玛瑙研钵研磨5min，得到混合物，放入烧杯中，进行超声5h，然后在机械搅拌下搅拌1h，就可得到粘稠凝胶状石墨烯。

[0029] （2）石墨烯薄膜集流体的制备：将粘稠凝胶状石墨烯放入热压机中，控制热压的温度为400℃，压力控制在10MPa，得到厚度为20μm的石墨烯薄膜集流体。

[0030] 石墨烯薄膜集流体的拉伸强度测试，拉伸测试是在动态力学分析仪（DMAQ800/TA）上进行的。

[0031] 试样为实施例1制得的石墨烯薄膜集流体，其被剪成3*15mm2的矩形片，进行拉伸试验测试；拉伸强度测试结果为：拉伸强度为120MPa，强度较高。

[0032] 应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。