氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法、微型石墨烯超级电容器，氧化石墨烯浆料包括以下重量份的组分：氧化石墨烯15～35份；粘结树脂1～3份；和溶剂150～200份。微型石墨烯电极由上述的氧化石墨烯浆料经印刷后还原制得。微型石墨烯超级电容器包括上述的微型石墨烯电极和电解质，所述电解质覆盖在所述微型石墨烯电极的正极和负极上。本发明专利技术的“氧化石墨烯电极‑石墨烯电极‑微型石墨烯超级电容器”制备路线简单，成本低廉，所制备的二维平面结构的微型石墨烯超级电容器电容性能好，且便于集成到芯片电子产品中。

Graphene oxide slurry, micro graphene electrode and its preparation method, micro graphene super capacitor

The invention discloses a graphene oxide slurry, micro graphite electrode and its preparation method, micro graphene supercapacitor, graphene oxide slurry comprises the following components by weight: 15 to 35 portions of graphene oxide; bonding resin 1 ~ 3 and 150 ~ 200; solvent. The micro graphene electrode is prepared by the reduction of the oxidized graphene slurry by printing. The micro graphene super capacitor includes the micro graphene electrode and the electrolyte, and the electrolyte is covered on the positive electrode and the negative pole of the micro graphene electrode. The invention of the graphene oxide electrode graphene electrode micro graphene supercapacitor preparation route is simple, low cost, micro graphene super capacitor fabrication of planar structure was good, and can be integrated into chip electronic products.

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法、微型石墨烯超级电容器
本专利技术属于微型储能
，尤其涉及一种氧化石墨烯浆料、微型石墨烯电极及其制备方法、微型超级电容器。
技术介绍
集成电子产品的快速发展增加了小型化和芯片储能单元的需求，电子工业向着微型、便携式、柔性和高度集成的电子产品方向发展。目前薄膜电池或微电池已经应用在商用小型化设备中，但它们的使用寿命短、结构复杂、难以集成。而超级电容器可克服这些缺点，超级电容器（也称为双电层电容器）是一种兼具传统电池的高能量密度和电解电容的高功率特性的新型储能元件，具有良好的循环稳定性、充放电速率快、绿色环保、安全性高等特点。其中，微型超级电容器（MSC）还具有小型化、易于集成等优点，有望成为芯片储能器件研究领域中一个重要的研究方向，应用前景非常可观。尤其是将正极和负极设计在同一个平面上的微型超级电容器，这种二维平面结构没有隔膜，可通过缩短电极间的距离来缩短离子扩散的距离，使设备更轻、更薄、更小，易于制备和集成到芯片电子产品中。石墨烯是墨烯是一种单原子层厚度的二维材料，结构单元为稳定的苯六元环，每个C原子的杂化方式均为sp2杂化，剩下的p轨道电子可形成大π键，由于π电子能自由移动，这种特殊的结构使石墨烯成为迄今发现的厚度最小（0.334nm）、机械强度最大、导电、导热性能最强的纳米材料。其独特的结构和性质，使其在超级电容器电极材料上的应用潜能非常大，有望应用在轻、薄、柔的微型超级电容器上。理论上，单层石墨烯的固有电容为21μF/cm2，以石墨烯作为电极形成的双电层电容高达550F/g。目前，尽管已经有文献报道过微型石墨烯电极的制备，但它的研究和开发还处于一个相对早期的阶段，制备方法比较复杂、成本较高。如中国专利技术专利201410057131.3公开的一种导电石墨烯碳浆油墨及其制备方法，中国专利技术专利201510090294.6公开的一种基于石墨烯复合材料的导电油墨及其制备方法，这些公开的石墨烯导电油墨，均采用成本较高的石墨烯浆料，而石墨烯易团聚，均匀性较差，故目前关于石墨烯超级电容器的研究大部分是将石墨烯作为电极材料在三电极体系下进行研究，采用丝网印刷的方法大多制备传统的面状卷曲型石墨烯超级电容器（即堆叠式构型），然而，最近的研究发现这种堆叠式构型不利于电解液离子的传输，并且这种结构体积较大，难与微电子产品兼容。因此，有必要开发一种成本低廉、制备简单、比电容高的二维平面结构的石墨烯微型超级电容器，以促进这种微型结构的超级电容器的工业化、规模化应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉且适宜微型图案印刷的氧化石墨烯浆料，并相应提供一种将该氧化石墨烯浆料还原制备的微型石墨烯电极及其制备方法，另外，还相应提供一种将上述微型石墨烯电极作为正负电极所制备的比电容高的二维平面结构石墨烯微型超级电容器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种氧化石墨烯浆料，包括以下重量份的组分：氧化石墨烯15～35份；粘结树脂1～3份；和溶剂150～200份。上述的氧化石墨烯浆料，优选的，所述粘结树脂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙基纤维素中的一种或多种。上述的氧化石墨烯浆料，优选的，所述烷酮类溶剂为N-甲基吡咯烷酮、水、乙醇中的一种或多种。上述的氧化石墨烯浆料，优选的，所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯中的一种或多种。上述的氧化石墨烯浆料由以下方法制得：（a）将粘结树脂溶于溶剂中，得到粘结剂；（b）将氧化石墨烯与步骤（a）中的粘结剂放入行星式重力搅拌机的罐子中，搅拌速度为800～1500rpm，时间为3～10min，得到混合均匀的氧化石墨烯浆料。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种微型石墨烯电极，包括基底、正极和负极，所述正极和负极均设于基底上，所述正极和负极由上述的氧化石墨烯浆料经印刷后还原制得。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种微型石墨烯电极的制备方法，包括以下步骤：（1）丝网印刷：以上述的氧化石墨烯浆料为油墨，采用丝网印刷方式，在同一基底上印刷出正极和负极图案，干燥，得到微型氧化石墨烯电极；（2）还原：将步骤（1）所得的氧化石墨烯电极进行还原，得到微型石墨烯电极。上述的微型石墨烯电极的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，还原方法包括还原剂还原法或加热还原法。上述的微型石墨烯电极的制备方法，优选的，所述还原剂还原法具体为：将微型氧化石墨烯电极置于含有还原剂的蒸汽中，保持1h～10h；所述还原剂为水合肼或氢碘酸。上述的微型石墨烯电极的制备方法，优选的，所述加热还原法具体为：将微型氧化石墨烯电极置于红外灯光下，保持1h～10h。上述的微型石墨烯电极的制备方法，优选的，所述步骤（1）中，干燥工艺为：100～150℃真空干燥12～24h。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种微型石墨烯超级电容器，包括微型石墨烯电极和电解质，所述微型石墨烯电极为上述的微型石墨烯电极或上述的制备方法所制备的微型石墨烯电极，所述电解质覆盖在所述微型石墨烯电极的正极和负极上。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的氧化石墨烯浆料，以成本低廉的氧化石墨烯为原料，无需添加乙炔黑等导电剂，氧化石墨烯浆料与石墨烯浆料相比，更不容易团聚，均匀性非常好，可用于丝网印刷微型图案，所印刷的微型图案清晰，线条的边沿平整，无“咖啡环”效应和“飞墨”现象。该氧化石墨烯浆料可在金属、玻璃、陶瓷、塑料等基底上印刷，也可在平面或者曲面上印刷，对基底的要求较低。固化温度通常低于200℃，可用于对温度敏感的材料上。2、本专利技术的微型石墨烯电极的制备方法，以氧化石墨烯浆料为油墨，采用丝网印刷方式，即可在同一基底上印刷出正极和负极微型图案，经还原（水合肼、氢碘酸或红外光）后即可得到微型石墨烯电极，实验表明，上述三种还原法对电极的正、负极图案影响小，还原效果较好。所得的微型石墨烯电极可集成到电路板中。3、本专利技术以成本低廉的氧化石墨烯浆料为油墨，采用丝网印刷方式，将微型正极和负极图案印刷在同一个平面上，经还原后得到微型石墨烯电极，组装成的微型石墨烯超级电容器的电容性能较好。且这种二维微型平面结构没有隔膜，可通过缩短电极间的距离来缩短离子扩散的距离，使设备更轻、更薄、更小，易于制备和集成到芯片电子产品中。有望实现这种二维微型平面结构的超级电容器的工业化、规模化应用。附图说明图1为实施例1制备的氧化石墨烯的SEM图。图2为实施例1制备的氧化石墨烯的红外谱图。图3为实施例1制备的氧化石墨烯的XRD图。图4为实施例1制备的氧化石墨烯的拉曼谱图。图5为实施例1～3步骤（3）所制备的石墨烯微型叉指电极的实物对比图，其中，A图为实施例1，B图为实施例2，C图为实施例3。图6为实施例1～3步骤（3）所制备的石墨烯微型叉指电极的显微镜对比图（放大倍数为10倍），其中，D图为实施例1，E图为实施例2，F图为实施例3。图7为实施例1～3步骤（3）所制备的石墨烯微型叉指电极的SEM对比图，其中，A～C为实施例1的石墨烯微型叉指电极的SEM图，B图为A图的放大图，C图为B图的放大图；D～F为实施例2的石墨烯微型叉指电极的SEM图，E图为D图的放大图，F图为E图的放大图；G～I为实施例3的石墨烯微型叉指电极的SE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯浆料，包括以下重量份的组分：氧化石墨烯  15～35份；粘结树脂    1～3份；和溶剂        150～200份。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯浆料，包括以下重量份的组分：氧化石墨烯15～35份；粘结树脂1～3份；和溶剂150～200份。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料，其特征在于，所述粘结树脂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙基纤维素中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料，其特征在于，所述烷酮类溶剂为N-甲基吡咯烷酮、水、乙醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料，其特征在于，所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯中的一种或多种。5.一种微型石墨烯电极，包括基底、正极和负极，其特征在于，所述正极和负极均设于基底上，所述正极和负极由权利要求1～4任一项所述的氧化石墨烯浆料经印刷后还原制得。6.一种如权利要求5所述的微型石墨烯电极的制备方法，包括以下步骤：（1）丝网印刷：以权利要求1～4任一项所述的氧化石墨烯浆料为油墨，采用丝网印刷方式，在同一基底上印刷出正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建方，蔡凤莲，陶呈安，高海峰，黄坚，郭晨星，王芳，李玉姣，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43