一种复合石墨烯纸及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合石墨烯纸的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯分散于分散介质中，得到混合物A；在所述混合物A中加入分散助剂和用于与石墨烯形成π‑π结合的苯胺低聚物衍生物，使苯胺低聚物衍生物与石墨烯混合均匀并在苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间形成π‑π键得到混合物B；将微孔滤膜浸入到上述混合物B中1min～10min取出，烘干得到滤膜‑石墨烯复合体；将所述滤膜‑石墨烯复合体在碳化炉内在碳化温度下进行碳化，得到复合石墨烯纸。本发明专利技术还提供了一种用上述方法制备的复合石墨烯纸。

【技术实现步骤摘要】
一种复合石墨烯纸及其制备方法
本专利技术涉及一种复合石墨烯纸及其制备方法，尤其还涉及一种可作为电极材料在电容器或电化学电池中的应用的复合石墨烯纸及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着便携式电子产品迅速发展，轻薄化和柔性化已成为便携式电子产品的重要发展趋势，可折叠或可弯曲的便携式电子产品在不远的将来将极大影响甚至改变人类的生活方式。储能器件是便携式电子产品的核心部件，能否开发出高性能柔性储能器件，是柔性电子产品广泛应用的关键之一。目前，储能设备主要有两种：超级电容器和电化学电池，其均由电极活性物质层、电解质、隔膜、集流体、外壳等组装而成。通常，研究人员通过增加电极材料的储能性能来提高器件的性能。但是，目前电极材料的储能性能进一步提高已很困难，通过降低集流体的质量成为另外一个提高储能设备性能的方法。目前，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，一般集流体的重量要占整个电池的20-25％，使得电极中的非活性物质含量过高，影响电池的储能性能。因此，开发质轻的新集流体材料十分必要。石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料，只有一个碳原子厚度。石墨烯于2004年被发现，并获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的单原子纳米结构赋予其许多无以伦比的独特性能。①导电性极强：石墨烯中的电子由于基本没有质量，其电子的运动速度能够达到光速的1/300，因此拥有超强的导电性。②超高强度：石墨烯硬度比金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲。③超大比表面积：理想的单层石墨烯的比表面积能够达到2630m2/g，而普通的活性炭的比表面积为1500m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。正是由于石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性，使得其成为柔性储能器件的理想候选材料之一。石墨烯可通过一定的方法制备成石墨烯薄膜或石墨烯纸，由于石墨烯的比表面积较大，其密度较低，则石墨烯纸的质量较轻，同时其高的机械性能和高电导率也能满足集流体应用的基本性能指标。目前，已经公开了一些关于制备石墨烯纸的报道，将其应用于储能设备中显示出巨大的潜力。但是，目前制备出的石墨烯纸多存在柔韧性差等问题，使其在柔性储能器件的应用还存在一定的差距。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种复合石墨烯纸及其制备方法，得到的石墨烯纸导电性好、柔韧性高，并且制备方法简单高效，便于规模化生产。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种复合石墨烯纸的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯分散于分散介质中，得到混合物A；在所述混合物A中加入分散助剂和用于与石墨烯形成强π-π结合的苯胺低聚物衍生物，使苯胺低聚物衍生物与石墨烯混合均匀并在苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间形成π-π键得到混合物B将微孔滤膜浸入到上述混合物B中1min～10min取出，烘干得到滤膜-石墨烯复合体；将所述滤膜-石墨烯复合体在碳化炉内在碳化温度下进行碳化，得到复合石墨烯纸。所述分散介质为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜二氯乙烷中的一种或几种混合溶剂，所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶10～1∶10000。所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶20～1∶1000。所述分散助剂为硅烷偶联剂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、有机改性聚硅氧烷二丙二醇单甲醚溶液、有机硅表面活性剂和/或含氟表面活性剂，所述分散助剂与混合物A的质量百分比(0.01-1)∶100。所述苯胺低聚物衍生物为带有羧基、烷基、磺酸基、磷酸基、环氧基团、聚乙二醇基团和/或聚乙烯醇基团的苯胺低聚物，所述苯胺低聚物衍生物与混合物A的质量百分比为(0.05-5)∶100。所述苯胺低聚物为苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体、苯胺六聚体、苯胺八聚体中的一种或组合。所述微孔滤膜为含有多个贯穿孔的高分子膜，所述贯穿孔的孔径为10纳米～1000微米。所述的高分子膜包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述碳化温度为800℃-1400℃，碳化时间为1小时～3小时。本专利技术还提供一种根据上述制备方法制得的复合石墨烯纸。本专利技术提供的复合石墨烯纸的制备方法，采用滤纸或微孔滤膜为基体，通过在石墨烯分散液中浸渍的方法来制备得到复合石墨烯纸。制备工艺简单，造价低廉，成本便宜，适合于大规模批量工业生产。此外，本专利技术提供的方法使石墨烯沉积在微孔滤膜的表面和孔洞中，形成一种交织结构，得到的复合石墨烯纸的强度和柔韧性远远大于其它方法得到的石墨烯纸，从而有利于其在柔性电子产品中应用。附图说明图1为本专利技术实施例1-3所述混合物B的照片(其中从左至右分别对应实施例1-3)；图2为本专利技术实施例1和3所提供的混合物B的TEM照片(其中左图对应于实施例1，右图对应于实施例3)；图3为本专利技术实施例1所提供的复合石墨烯纸的照片。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的复合石墨烯纸及其制备方法作进一步说明。本专利技术实施例提供一种复合石墨烯纸的制备方法，其包括如下步骤：工序(1)：将石墨烯分散于分散介质中，得到混合物A。所述石墨烯的结构不限，其包括石墨烯纳米片、石墨烯微米片、石墨烯纳米带、少层石墨烯(2-5层)、多层石墨烯(2-9层)、石墨烯量子点以及这些石墨烯类材料的衍生物)。所述石墨烯材料的定义可参见文献″Allinthegraphenefamily—Arecommendednomenclaturefortwo-dimensionalcarbonmaterials”。所述石墨烯材料还可以选自厚度≤20nm，更优选地，厚度≤10nm的材料。在本实施例中，该石墨烯材料的厚度优选≤3nm，石墨烯材料越薄，柔韧性越好，越容易加工。所述石墨烯材料的的制备方法不限，采用本领域技术人员熟知的石墨烯产品或用常规的制备方法制备即可。石墨烯材料可以选自化学氧化法如Brodie法、Hummers法或Staudenmaier法中的任意一种方法制备的氧化石墨烯经热膨胀制得的石墨烯材料。也可以选用机械剥离、液相剥离或电化学剥离制备的石墨烯材料。所述分散介质为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜二氯乙烷中的一种或几种混合溶剂。所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶10～1∶10000。为了避免当石墨烯含量过低，其应用意义不大，以及当石墨烯含量过高，苯胺低聚物衍生物对其分散效果有限，优选地，所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶20～1∶1000。工序(2)：在所述混合物A中加入分散助剂和用于与石墨烯形成强π-π结合的苯胺低聚物衍生物，使苯胺低聚物衍生物与石墨烯混合均匀并在苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间形成π-π键得到混合物B。具体的，所述苯胺低聚物衍生物具有良好的溶解性，可溶于所述分散介质中。由于所述苯胺低聚物衍生物中的苯环和石墨烯结构相近，因而所述苯胺低聚物衍生物可与石墨烯之间形成π-π键而实现与石墨烯均匀混合。所述分散助剂可使得所述苯胺低聚物衍生物具有更好的溶解性，而与石墨烯混合更均匀。需要指出的是，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合石墨烯纸的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯分散于分散介质中，得到混合物A；在所述混合物A中加入分散助剂和用于与石墨烯形成π‑π结合的苯胺低聚物衍生物，使苯胺低聚物衍生物与石墨烯混合均匀并在苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间形成π‑π键得到混合物B；将微孔滤膜浸入到上述混合物B中1min～10min取出，烘干得到滤膜‑石墨烯复合体；将所述滤膜‑石墨烯复合体在碳化炉内在碳化温度下进行碳化，得到复合石墨烯纸。

【技术特征摘要】
1.一种复合石墨烯纸的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯分散于分散介质中，得到混合物A；在所述混合物A中加入分散助剂和用于与石墨烯形成π-π结合的苯胺低聚物衍生物，使苯胺低聚物衍生物与石墨烯混合均匀并在苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间形成π-π键得到混合物B；将微孔滤膜浸入到上述混合物B中1min～10min取出，烘干得到滤膜-石墨烯复合体；将所述滤膜-石墨烯复合体在碳化炉内在碳化温度下进行碳化，得到复合石墨烯纸。2.根据权利要求1所述复合石墨烯纸的制备方法，其特征在于，所述分散介质为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜二氯乙烷中的一种或几种混合溶剂，所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶10～1∶10000。3.根据权利要求2所述的复合石墨烯纸的制备方法，其特征在于，所述石墨烯与所述分散介质的质量比为1∶20～1∶1000。4.根据权利要求1所述的复合石墨烯纸的制备方法，其特征在于，所述分散助剂为硅烷偶联剂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、有机改性聚硅氧烷二丙二醇单甲醚溶液、有机硅表面活性剂和/或含氟表面活性剂，所述分散助剂与混合物A的质量百分比(0.01-1)∶...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海斌，戴雷，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33