硼掺杂石墨烯薄膜及电化学电容器的制备方法技术

一种硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法，包括：将石墨进行氧化得到氧化石墨；将氧化石墨分散在去离子水中超声，过滤，烘干，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性气体的混合气氛下，升温至800℃~1000℃进行反应，并保温30分钟~120分钟，得到硼掺杂石墨烯；将硼掺杂石墨烯加入到甲基吡咯烷酮中，得到硼掺杂石墨烯溶液，对硼掺杂石墨烯溶液进行超声处理后真空过滤，将过滤物置于-25℃以下的环境中冷冻干燥3小时~5小时，再置于-60℃以下且压力低于5Pa的环境中冷冻干燥12小时~24小时，得到硼掺杂石墨烯薄膜。利用冷冻干燥技术，较大地降低了石墨烯片层的团聚，有效提高石墨烯的储能性能。本发明专利技术还提供使用该硼掺杂石墨烯薄膜的电化学电容器的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯复合材料领域，特别是涉及硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法及使用该硼掺杂石墨烯薄膜的电化学电容器的制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种二维单分子层材料，具有优异的性质，如高比表面积，高电导率，高机械强度以及优异的韧性等，在很多领域都有应用的潜能，因此受到研究者的广泛关注。目前，出现了掺杂石墨烯的复合材料，如在石墨烯上进行硼掺杂形成硼掺杂石墨烯，由于硼元素的电负性，能够提高石墨烯储能效率，从而提高储能容量，使得硼掺杂石墨烯具有电导率高、结构稳定等优点，是一种非常理想的电化学电容器电极材料。传统的硼掺杂石墨烯的制备方法在反应釜中合成硼掺杂石墨烯，然后对硼掺杂石墨烯进行提纯。制备过程中石墨烯的难以分散或分散后容易团聚，直接影响了电极材料的储能性能。这大大限制了石墨烯复合材料的发展和应用。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能提高储能性能的硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法及使用该硼掺杂石墨烯薄膜的电化学电容器的制备方法。一种硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法，包括：将石墨进行氧化，得到氧化石墨；将所述氧化石墨分散在去离子水中，超声2小时~4小时，过滤，烘干，得到氧化石墨烯；将所述氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性气体的混合气氛下，升温至800℃~1000℃的温度下进行反应，并保温30分钟~120分钟，得到硼掺杂石墨烯；及将所述硼掺杂石墨烯加入到甲基吡咯烷酮中，得到硼掺杂石墨烯溶液，对<br>所述硼掺杂石墨烯溶液进行超声处理后真空过滤，然后将过滤物置于-25℃以下的环境中冷冻干燥3小时~5小时，再置于-60℃以下且压力低于5Pa的环境中冷冻干燥12小时~24小时，得到硼掺杂石墨烯薄膜。在其中一个实施例中，所述制备氧化石墨的步骤包括：将石墨加入浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在-2℃~2℃温度下搅拌；加入高锰酸钾至所述混合溶液中并加热至80℃~90℃进行反应，并保温20分钟~30分钟；加入去离子水至加入了高锰酸钾的混合溶液，继续在80℃~90℃下保持20分钟~30分钟；加入过氧化氢至加入了去离子水的混合溶液中；将加入了过氧化氢的混合溶液进行抽滤并用稀盐酸和去离子水对固体物进行洗涤；及干燥所述固体物，得到氧化石墨。在其中一个实施例中，所述石墨的纯度为99.5%。在其中一个实施例中，所述三氯化硼和惰性气体的混合气氛中，所述三氯化硼的流速为200mL/min~400mL/min，所述惰性气体的流速为200mL/min~400mL/min。在其中一个实施例中，所述升温过程的升温速率为10℃/min~20℃/min。在其中一个实施例中，所述硼掺杂石墨烯溶液的浓度为0.5g/L~2.0g/L。一种电化学电容器的制备方法，包括：将上述硼掺杂石墨烯薄膜进行辊压后，经干燥和切片处理，得到电极片；按照所述电极片、隔膜和所述电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；及在所述电芯外包覆壳体，并向所述壳体内注入电解液，密封后得到电化学电容器。在其中一个实施例中，所述干燥为在80℃温度下干燥2小时。在其中一个实施例中，所述电解液为离子液体。在其中一个实施例中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐([BMIM][BF6])。上述硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法及电化学电容器中的制备方法中，通过将氧化石墨在三氯化硼和惰性气体的混合气氛中与硼掺杂，获得硼掺杂石墨烯，然后在低温低压下进行冷冻干燥处理获得硼掺杂石墨烯薄膜。利用冷冻干燥技术，直接把硼掺杂石墨烯片层间的溶剂从固态转变为气态，有效地降低了片层间的团聚，因此可以有效地提高石墨烯的储能表面，使该材料在用作电化学电容器电极材料时具有优异的储能性能。附图说明图1为一实施方式的硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法的流程图；图2为一实施方式的硼掺杂石墨烯薄膜电化学电容器的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合实施方式及附图，对硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法作进一步的详细说明。请参阅图1，一实施方式的硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法包括以下步骤：S101，将石墨进行氧化，得到氧化石墨。其具体步骤为：将石墨加入至浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在冰水混合浴中，保持温度为-2℃~2℃左右的条件下搅拌；然后慢慢地加入高锰酸钾至混合溶液中，由于高锰酸钾在酸性条件下具有强氧化性，可以对石墨进行氧化；再将混合溶液加热至80℃~90℃进行反应，并保温20分钟~30分钟，该保温过程中，可以对石墨进一步进行氧化；加入去离子水，继续在80℃~90℃下保持20分钟~30分钟；然后加入过氧化氢至混合溶液中，去除过量的高锰酸钾，得到氧化石墨溶液；将氧化石墨溶液进行抽滤，得到固体物，并用稀盐酸和去离子水对固体物反复洗涤，去除杂质，将固体物在真空干燥箱中60℃温度下干燥12小时，得到氧化石墨。本实施例中，石墨可以为99.5%的石墨。浓硫酸的质量分数为98%，浓硝酸的质量分数为65%。过氧化氢的质量分数为30%。S102，将氧化石墨分散在去离子水中，超声2小时~4小时，过滤，烘干，得到氧化石墨烯。其具体步骤为：将S101制得的氧化石墨分散在去离子水中形成氧化石墨溶液；将氧化石墨溶液进行超声处理后对氧化石墨溶液过滤，得到固体物；干燥固体物得到氧化石墨烯。本实施例中，氧化石墨的浓度可以为0.5g/L~1.0g/L，超声的功率为500W，超声时间为2小时~4小时。干燥的过程为将固体物置于60℃真空箱中干燥12小时。S103，将氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性气体的混合气氛中，升温至800℃~1000℃温度下进行反应，并保温30分钟~120分钟，得到硼掺杂石墨烯。本实施例中，三氯化硼和惰性气体的气混合气氛中，三氯化硼的流速可以为200mL/min~400mL/min，惰性气体的流速可以为200mL/min~400mL/min。惰性气体可以为氩气、氦气等。升温过程以升温速率为10℃/min~20℃/min的速度升温至800℃~1000℃并保持温度。在保温过程中氧化石墨烯剥离并与硼相互掺杂，然后停掉三氯化硼气体，在惰性气体的流速为400mL/min的气氛下使温度冷却到室温，得到硼掺杂石墨烯。S104，将硼掺杂石墨烯置于甲基吡咯烷酮中并超声处理，得到硼掺杂石墨烯溶液，将硼掺杂石墨烯溶液真空过滤，得到过滤物；将过滤物置于温度为-25℃以下的环境3小时~5小时，再置于温度为-60℃以下且压力低于5Pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将石墨进行氧化，得到氧化石墨；将所述氧化石墨分散在去离子水中，超声2小时~4小时，过滤，烘干，得到氧化石墨烯；将所述氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性气体的混合气氛下，升温至800℃~1000℃的温度下进行反应，并保温30分钟~120分钟，得到硼掺杂石墨烯；及将所述硼掺杂石墨烯加入到甲基吡咯烷酮中，得到硼掺杂石墨烯溶液，对所述硼掺杂石墨烯溶液进行超声处理后真空过滤，然后将过滤物置于?25℃以下的环境中冷冻干燥3小时~5小时，再置于?60℃以下且压力低于5Pa的环境中冷冻干燥12小时~24小时，得到硼掺杂石墨烯薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
将石墨进行氧化，得到氧化石墨；
将所述氧化石墨分散在去离子水中，超声2小时~4小时，过滤，烘干，得
到氧化石墨烯；
将所述氧化石墨烯置于三氯化硼和惰性气体的混合气氛下，升温至800℃
~1000℃的温度下进行反应，并保温30分钟~120分钟，得到硼掺杂石墨烯；及
将所述硼掺杂石墨烯加入到甲基吡咯烷酮中，得到硼掺杂石墨烯溶液，对
所述硼掺杂石墨烯溶液进行超声处理后真空过滤，然后将过滤物置于-25℃以下
的环境中冷冻干燥3小时~5小时，再置于-60℃以下且压力低于5Pa的环境中冷
冻干燥12小时~24小时，得到硼掺杂石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的硼掺杂石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，所
述制备氧化石墨的步骤包括：
将石墨加入浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在-2℃~2℃温度下搅拌；
加入高锰酸钾至所述混合溶液中并加热至80℃~90℃进行反应，并保温20
分钟~30分钟；
加入去离子水至加入了高锰酸钾的混合溶液，继续在80℃~90℃下保持20
分钟~30分钟；
加入过氧化氢至加入了去离子水的混合溶液中；
将加入了过氧化氢的混合溶液进行抽滤并用稀盐酸和去离子水对固体物进
行洗涤；及
干燥所述固体物，得到氧化石墨。
3.根据权利要求1所述的硼掺杂石墨烯薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟辉，王要兵，袁新生，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：