一种石墨烯复合电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合电极的制备方法，涉及电极制备技术领域。本发明专利技术制备方法包括：柔性石墨的改性、负载、分散、石墨烯预处理、制备；本发明专利技术在制作电极片的过程中避免了石墨烯片层之间的团聚问题，提高材料的双电层容量，同时改性柔性石墨和石墨烯复合后的电极具备较强的耐腐蚀性，实用性较好，多次使用后其灵敏性依旧很高。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合电极的制备方法
：本专利技术涉及电极制备
，具体涉及一种石墨烯复合电极的制备方法。
技术介绍
：石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：1，高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2，高热导率，(5,000W/mK)；3，高导电性、载流子传输率，(200,000cm2/V*s)；4，高的比表面积，(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。到目前为止，所知道的制备石墨烯的方法有多种，如：(1)微机械剥离法。这种方法只能产生数量极为有限石墨烯片，可作为基础研究；(2)超高真空石墨烯外延生长法。这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用；(3)化学气相沉积法(CVD)。此方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。(4)溶剂剥离法。此方法缺点是产率很低,限制它的商业应用；(5)氧化-还原法。以上方法均是采用制备的石墨烯粉末经过混料、涂布、辊压、切片等工艺做成电极片，在石墨烯的制备和制成极片的过程中总是存在石墨烯材料的团聚的问题，进而做成电池后影响电池的能量密度，石墨烯材料的实际能量密度远远小于其理论值。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯复合电极的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种石墨烯复合电极的制备方法，包括以下步骤：(1)柔性石墨的改性：将柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌10-30min，然后加入钛酸酯偶联剂和链增长剂，继续回流搅拌0.5-2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入硫酸镍，回流搅拌0.5-4h，降温至70-75℃加入蓖麻油和活性助剂，继续搅拌20-40min，趁热过滤，固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重；(3)分散：将步骤2中固体加入到无水乙醇中，超声分散1-2h，得到改性柔性石墨分散液；(4)石墨烯预处理：将石墨烯分散于40-80℃的浓硝酸中，搅拌4-6h，过滤产物用去离子水洗涤，干燥，得氧化石墨烯；再将石墨烯加入到无水乙醇中，超声分散1-2h，得到石墨烯分散液；(5)制备：将集流体在改性柔性石墨分散液中浸泡30-60min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡1-5min；接着再在改性柔性石墨分散液和氧化石墨烯分散液中交替浸泡30-500次，且在每种分散液中浸泡时间为1-5min，干燥后即得到复合电极；将所述复合电极在惰性气体保护下，于500～1000℃高温反应1-5h，冷却后，得到石墨烯复合电极片。所述柔性石墨、钛酸酯偶联剂、链增长剂、石墨烯的质量比为20-30：6-8：0.2-0.3：20-30。所述硫酸镍、蓖麻油、活性助剂的质量比为6-8：1-2：1-3。所述活性助剂的制备方法为：将肌氨酸加入到去离子水中，40℃搅拌10min，然后添加山梨糖醇和钛酸四乙酯，加热至回流状态保温搅拌0.5-4h，过滤，所得固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重。所述肌氨酸、山梨糖醇、钛酸四乙酯的质量比为10-15：15-20：0.1。柔性石墨作为一种新型功能性碳素材料，是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。柔性石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。镍能在碱性条件下催化糖类、氨基酸、多肽、糖苷类和醇类等物质的电催化氧化，具备较高的电催化活性。将镍盐负载在柔性石墨上，可以提高柔性石墨的电化学活性，使其对电流有较强的反应信号；同时改性后的柔性石墨可以将石墨烯吸附在其表面和片层中，使得石墨烯自身难以团聚，减少了石墨烯因自身聚集而造成的能量损耗。本专利技术的有益效果是：本专利技术在制作电极片的过程中避免了石墨烯片层之间的团聚问题，提高材料的双电层容量，同时改性柔性石墨和石墨烯复合后的电极具备较强的耐腐蚀性，实用性较好，多次使用后其灵敏性依旧很高。具体实施方式：为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1复合电极的制备：(1)柔性石墨的改性：将20g柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌30min，然后加入6g钛酸酯偶联剂和0.2g链增长剂，继续回流搅拌2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入6g硫酸镍，回流搅拌2h，降温至70℃加入1g蓖麻油和1.5g活性助剂，继续搅拌30min，趁热过滤，固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重；(3)分散：将步骤2中固体加入到无水乙醇中，超声分散2h，得到改性柔性石墨分散液；(4)石墨烯预处理：将25g石墨烯分散于50℃的浓硝酸中，搅拌4h，过滤产物用去离子水洗涤，干燥，得氧化石墨烯；再将石墨烯加入到无水乙醇中，超声分散1h，得到石墨烯分散液；(5)制备：将集流体在改性柔性石墨分散液中浸泡50min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡3min；接着再在改性柔性石墨分散液和氧化石墨烯分散液中交替浸泡200次，且在每种分散液中浸泡时间为4min，干燥后即得到复合电极；将所述复合电极在惰性气体保护下，于700℃高温反应4h，冷却后，得到石墨烯复合电极片。活性助剂的制备：将12g肌氨酸加入到去离子水中，40℃搅拌10min，然后添加16g山梨糖醇和0.1g钛酸四乙酯，加热至回流状态保温搅拌4h，过滤，所得固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重。实施例2复合电极的制备：(1)柔性石墨的改性：将24g柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌30min，然后加入7g钛酸酯偶联剂和0.2g链增长剂，继续回流搅拌2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入6g硫酸镍，回流搅拌2h，降温至70℃加入1g蓖麻油和1.8g活性助剂，继续搅拌30min，趁热过滤，固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重；(3)分散：将步骤2中固体加入到无水乙醇中，超声分散2h，得到改性柔性石墨分散液；(4)石墨烯预处理：将26g石墨烯分散于50℃的浓硝酸中，搅拌4h，过滤产物用去离子水洗涤，干燥，得氧化石墨烯；再将石墨烯加入到无水乙醇中，超声分散1h，得到石墨烯分散液；(5)制备：将集流体在改性柔性石墨分散液中浸泡50min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡3min；接着再在改性柔性石墨分散液和氧化石墨烯分散液中交替浸泡200次，且在每种分散液中浸泡时间为4min，干燥后即得到复合电极；将所述复合电极在惰性气体保护下，于700℃高温反应4h，冷却后，得到石墨烯复合电极片活性助剂的制备：将12g肌氨酸加入到去离子水中，40℃搅拌10min，然后添加16g山梨糖醇和0.1g钛酸四乙酯，加热至回流状态保温搅拌4h，过滤，所得固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重。对照例1复合电极的制备：(1)柔性石墨的改性：将20g柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌30min，继续回流搅拌2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入6g硫酸镍，回流搅拌2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)柔性石墨的改性：将柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌10‑30min，然后加入钛酸酯偶联剂和链增长剂，继续回流搅拌0.5‑2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入硫酸镍，回流搅拌0.5‑4h，降温至70‑75℃加入蓖麻油和活性助剂，继续搅拌20‑40min，趁热过滤，固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重；(3)分散：将步骤2中固体加入到无水乙醇中，超声分散1‑2h，得到改性柔性石墨分散液；(4)石墨烯预处理：将石墨烯分散于40‑80℃的浓硝酸中，搅拌4‑6h，过滤产物用去离子水洗涤，干燥，得氧化石墨烯；再将石墨烯加入到无水乙醇中，超声分散1‑2h，得到石墨烯分散液；(5)制备：将集流体在改性柔性石墨分散液中浸泡30‑60min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡1‑5min；接着再在改性柔性石墨分散液和氧化石墨烯分散液中交替浸泡30‑500次，且在每种分散液中浸泡时间为1‑5min，干燥后即得到复合电极；将所述复合电极在惰性气体保护下，于500～1000℃高温反应1‑5h，冷却后，得到石墨烯复合电极片。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)柔性石墨的改性：将柔性石墨加入到去离子水中，回流搅拌10-30min，然后加入钛酸酯偶联剂和链增长剂，继续回流搅拌0.5-2h；(2)负载：向步骤1中溶液加入硫酸镍，回流搅拌0.5-4h，降温至70-75℃加入蓖麻油和活性助剂，继续搅拌20-40min，趁热过滤，固体用去离子水洗去杂质，50℃真空干燥至恒重；(3)分散：将步骤2中固体加入到无水乙醇中，超声分散1-2h，得到改性柔性石墨分散液；(4)石墨烯预处理：将石墨烯分散于40-80℃的浓硝酸中，搅拌4-6h，过滤产物用去离子水洗涤，干燥，得氧化石墨烯；再将石墨烯加入到无水乙醇中，超声分散1-2h，得到石墨烯分散液；(5)制备：将集流体在改性柔性石墨分散液中浸泡30-60min，然后再在所述氧化石墨烯分散液中浸泡1-5min；接着再在改性柔性石墨分散液和氧化石墨烯分散液中交替浸泡30-500次，且在每种分...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德乾，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34