一种石墨烯-离子液体复合电极及其制备方法与电化学电容器技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，包括：取氯化物插层石墨加入到熔融的离子液体中，以400～800W的功率超声剥离0.5～24小时，得到石墨烯、离子液体和氯化物的混合液；将混合液置于电场环境中，离心1～10分钟，除上清，得到石墨烯-离子液体复合材料；将得到的石墨烯-离子液体复合材料置于成型模具中，然后对模具盖施加10～30MPa的压力，冷却至室温，固化，得到石墨烯-离子液体复合电极。该方法将插层石墨悬浮于离子液体中进行超声处理，制得石墨烯-离子液体复合材料后直接压制成石墨烯电极，无需使用导电剂与粘结剂，也不必单独制备集流体，不仅提高了石墨烯电极的效能，也简化了其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
—种石墨烯-离子液体复合电极及其制备方法与电化学电容器
本专利技术涉及电化学电源领域，尤其是一种石墨烯-离子液体复合电极及其制备方法与电化学电容器。
技术介绍
电化学电容器是一种介于电容器和电池之间的新型储能器件。与传统的电容器相t匕，电化学电容器具有更高的比容量。近年来，随着电化学电容器的发展，逐渐出现了以石墨烯为电极材料的电化学电容器。现有技术中这类电化学电容器的电极以石墨烯材料为主体，加入乙炔黑作为导电剂，聚偏氟乙烯作为粘结剂，制成浆料后涂覆在金属箔片，干燥并裁切成型得到电极片。导电齐U、粘结剂与集流体(即金属箔片)的加入，这不仅增加了电极的内阻，更导致了活性材料的比重下降，严重制约了电化学电容器的能量密度和功率密度，而且也使得石墨烯电极的制备工艺复杂化，导致其在电化学电容器中的应用受到了诸多方面的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种石墨烯-离子液体复合电极及其制备方法，该方法将插层石墨悬浮于离子液体中进行超声处理，制得石墨烯-离子液体复合材料后直接压制成石墨烯电极，无需使用导电剂与粘结剂，也不必单独制备集流体，不仅提高了石墨烯电极的效能，也简化了其制备方法。本专利技术还提供了包括该石墨烯-离子液体复合电极的电化学电容器。第一方面，本专利技术提供了一种石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，包括:取氯化物插层石墨，按照固液比为Ig:l(Tl00mL的比例加入到熔融的离子液体中，以400?800W的功率超声剥离0.5?24小时，得到石墨烯、离子液体和氯化物的混合液；将所述混合液置于电场强度为100?1000V/m、电场方向为竖直向上的环境中，离心处理I?10分钟后，除去上清液，得到石墨烯-离子液体复合材料；将得到的石墨烯-离子液体复合材料置于成型模具中，然后对模具盖施加10?30MPa的压力，冷却至室温，固化，得到石墨烯-离子液体复合电极。优选地，所述氯化物插层石墨采用如下步骤制得:取石墨和氯化物插层剂按质量比1:0.8?1.2进行混合，置于密闭的容器中以460?550°C热处理2?6小时，反应结束后冷却至室温，经清洗干燥后得到氯化物插层石墨。更优选地，所述石墨为天然磷片石墨或人造石墨。更优选地，所述氯化物插层剂为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙和氯化钡中的至少一种。更优选地，所述清洗干燥的操作为:将反应物倒入去离子水中，滤取滤渣置于真空干燥箱中于80?100°C干燥4?6小时。优选地，所述离子液体为凝胶状或凝固状的离子液体；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。优选地，所述离子液体熔融时的熔融温度为15(T300°C。优选地，所述离心，转速为1000?5000转/分钟。本专利技术先将氯化物插层石墨悬浮于离子液体中进行超声处理，可制得分散性好、单层率高的石墨烯-离子液体复合材料，由于离子液体为凝胶状或凝固状，本身具有较好的粘性与导电性，可以充当电极中的导电剂与粘结剂，因此本专利技术所述石墨烯-离子液体复合电极无需额外添加导电剂与粘结剂；本专利技术以作电极材料的石墨烯是采用超声剥离的方法制得的，没有使用强氧化剂，石墨烯的良好的片层三维结构被很好的保留下来，其三维网络多孔结构和高导电性可为电子提供了快速扩散通道，可实现电极材料的快速充放电性能，因此本专利技术所述石墨烯-离子液体复合电极也不需要制备集流体；制备方法简单，原料简单易得，成本低，易于实现工业化。第二方面，本专利技术提供了一种石墨烯-离子液体复合电极，所述复合电极是由上述制备方法制得的。本专利技术所述石墨烯-离子液体复合电极，不含导电剂与粘结剂，也不含集流体，全部材料均为活性成份石墨烯与离子液体，大大提高了活性物质的比重，降低了电极的内阻与接触电阻，提高了电极的功率密度。第三方面，本专利技术提供了一种电化学电容器，包括正极、隔膜和负极，所述正极和负极为由上述制备方法制得的石墨烯-离子液体复合电极，所述隔膜为浸泡过离子液体的隔膜。优选地，所述隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯复合隔膜和无纺布隔膜中的一种。在本专利技术实施例中，正极、负极与隔膜中均含有离子液体，可起电解液的作用，因而本专利技术所述电化学电容器不需要额外添加电解液。本专利技术所述电化学电容器直接采用石墨烯-离子液体复合材料作为电极，电导率高、电极内阻小，比容量大；同时以冷却凝固后的离子液体作为电解液，增加了电极中活性材料的比重，提高了电化学电容器的安全性。相比于现有技术，本专利技术所述石墨烯-离子液体复合电极及其制备方法与电化学电容器具有以下有益效果:(I)直接将石墨烯-离子液体复合材料压制成电极，不需要使用导电剂与粘结剂，降低了生产成本，减少了调浆、混料、涂布等工艺，制备方法简单，原料简单易得，成本低，易于实现工业化；(2)以分散性好、单层率高的石墨烯-离子液体复合材料作为电极材料，不需使用导电剂与粘结剂，也不需要制备集流体，大大提高了活性物质的比重，降低了电极的内阻与接触电阻，提高了电极的功率密度；(3)直接采用石墨烯-离子液体复合材料作为电极，电导率高、电极内阻小，比容量大；同时以冷却凝固后的离子液体作为电解液，增加了电极中活性材料的比重，提高了电化学电容器的安全性。【具体实施方式】下面对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，包括:取氯化物插层石墨，按照固液比为Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的离子液体中，以400~800W的功率超声剥离0.5~24小时，得到石墨烯、离子液体和氯化物的混合液；将所述混合液置于电场强度为100~1000V/m、电场方向为竖直向上的环境中，离心处理I~10分钟后，除去上清液，得到石墨烯-离子液体复合材料；将得到的石墨烯-离子液体复合材料置于成型模具中，然后对模具盖施加10~30MPa的压力，冷却至室温，固化，得到石墨烯-离子液体复合电极。所述氯化物插层石墨采用如下步骤制得:取石墨和氯化物插层剂按质量比1:0.8~1.2进行混合，置于密闭的容器中以460~550°C热处理2~6小时，反应结束后冷却至室温，经清洗干燥 后得到氯化物插层石墨。所述石墨为天然磷片石墨或人造石墨。所述氯化物插层剂为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙和氯化钡中的至少一种。所述清洗干燥的操作为:将反应物倒入去离子水中，滤取滤渣置于真空干燥箱中于80~100°C干燥4~6小时。所述离子液体为凝胶状或凝固状的离子液体；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、I, 2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。所述离子液体熔融时的熔融温度为15(T300°C。所述离心，转速为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑离子液体复合电极的制备方法，其特征在于，包括：取氯化物插层石墨，按照固液比为1g：10~100mL的比例加入到熔融的离子液体中，以400～800W的功率超声剥离0.5～24小时，得到石墨烯、离子液体和氯化物的混合液；将所述混合液置于电场强度为100～1000V/m、电场方向为竖直向上的环境中，离心处理1～10分钟后，除去上清液，得到石墨烯‑离子液体复合材料；将得到的石墨烯‑离子液体复合材料置于成型模具中，然后对模具盖施加10～30MPa的压力，冷却至室温，固化，得到石墨烯‑离子液体复合电极。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，其特征在于，包括: 取氯化物插层石墨，按照固液比为Ig: KTlOOmL的比例加入到熔融的离子液体中，以400?800W的功率超声剥离0.5?24小时，得到石墨烯、离子液体和氯化物的混合液； 将所述混合液置于电场强度为100?1000V/m、电场方向为竖直向上的环境中，离心处理I?10分钟后，除去上清液，得到石墨烯-离子液体复合材料； 将得到的石墨烯-离子液体复合材料置于成型模具中，然后对模具盖施加10?30MPa的压力，冷却至室温，固化，得到石墨烯-离子液体复合电极。2.如权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，其特征在于，所述氯化物插层石墨采用如下步骤制得:取石墨和氯化物插层剂按质量比1:0.8?1.2进行混合，置于密闭的容器中以460?550°C热处理2?6小时，反应结束后冷却至室温，经清洗干燥后得到氯化物插层石墨。3.如权利要求2所述的石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，其特征在于，所述石墨为天然磷片石墨或人造石墨。4.如权利要求2所述的石墨烯-离子液体复合电极的制备方法，其特征在于，所述氯化物插层剂为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙和氯化钡中的至少一种。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，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：广东;44