一种用于超级电容器的导电剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，包括以下步骤，首先将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯悬浮液；然后将上述步骤得到的石墨烯悬浮液进行研磨后，得到石墨烯粉；最后将上述步骤得到的石墨烯粉与分散剂溶液再次混合后，得到导电剂。本发明专利技术在电极材料的诸多成分中，创造性的选择了液相加入的形式，采用特定的制备方法，将石墨烯预先分散到液相中，得到了易分散且导电性能良好的含有液相石墨烯的导电剂。本发明专利技术有效的解决了石墨烯粉体难以在活性材料中有效分散，从而难以建立高效导电网络，导致石墨烯的导电功能无法充分发挥的问题，提升了石墨烯在超级电容器活性材料中的分散效果，因而极大提高了超级电容器的电学性能。

A Conductive Agent for Supercapacitors and Its Preparation Method

The invention provides a preparation method of conductive agent for supercapacitors, which includes the following steps: firstly, graphene is mixed with organic solvent to obtain graphene suspension; secondly, the graphene suspension obtained by the above steps is ground to obtain graphene powder; finally, the graphene powder obtained by the above steps is mixed with the dispersant solution again to obtain conductive agent. \u3002 Among the many components of the electrode material, the present invention creatively chooses the form of liquid phase addition and adopts a specific preparation method to pre-disperse graphene into the liquid phase to obtain a conductive agent containing liquid phase graphene which is easy to disperse and has good conductivity. The invention effectively solves the problem that the graphene powder is difficult to disperse effectively in the active material, thus it is difficult to establish an efficient conductive network, which leads to the failure of the conductive function of the graphene to give full play, improves the dispersion effect of the graphene in the active material of the supercapacitor, and thus greatly improves the electrical performance of the supercapacitor.

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的导电剂及其制备方法
本专利技术属于超级电容器
，涉及一种用于超级电容器的导电剂及其制备方法，尤其涉及一种用于超级电容器的液相石墨烯导电剂及其制备方法。
技术介绍
超级电容器，又叫电化学电容器、黄金电容或法拉第电容，它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，通过极化电解质来储能，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器是利用双电层原理的电容器，可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。因而超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。而且双电层电容器内阻较大，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件。同时，双电层电容器与可充电的二次电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上。因此，双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件，与利用化学反应的蓄电池也是不同的，其性能十分稳定，故而安全系数高、低温性能好、寿命长且能够免维护，而且在保留传统电容器功率密度大的优点的同时，还具有充放电速度快、充放电效率高、工作温度范围宽和环境友好等优势，所以在电动汽车、风力发电、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。超级电容器的核心元件是电极材料，随着超级电容器应用领域的日趋广泛，对超级电容器的性能也提出了更高的要求。如超级电容器作为动力电源，对倍率性能的要求较高，然而目前超级电容器的电极材料导电性普遍较低，因而想要保持其良好的大倍率充放电特性，需要加入导电性能更好的材料。石墨烯具有良好的导电性，是目前电阻率最小的材料，电阻率只有10-6Ω·cm；其在常温下的电子迁移率超过15000cm2/Vs，超过纳米管和硅晶体，因而石墨烯在超级电容器领域具有巨大的发展空间，现有文献中也有公开了石墨烯材料在超级电容器中的应用，但是由于石墨烯自身易发生团聚的特点，很难均匀分散于材料中，而且不稳定，所以实际应用中，效果不理想，不能适应超级电容器等领域的发展。因此，如何得到一种能更好的提升超级电容器的导电性能，满足超级电容器的发展需要，已成为领域内各研发企业所亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种用于超级电容器的导电剂及其制备方法，本专利技术提供的导电剂是一种含有液相态石墨烯的导电剂，石墨烯能够有效并稳定的分散，从而建立其高效的导电网络，进而能够提高超级电容器性能。本专利技术提供了一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，包括以下步骤：A)将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯悬浮液；B)将上述步骤得到的石墨烯悬浮液进行研磨后，得到石墨烯粉；C)将上述步骤得到的石墨烯粉与分散剂溶液再次混合后，得到导电剂。优选的，所述有机溶剂包括乙醇、N-甲基吡咯烷和N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述石墨烯与有机溶剂的质量比为1:(20～50)。优选的，所述研磨包括球磨；所述研磨的转速为400～600r/min；所述研磨的时间为2～4h；所述研磨后还包括后处理步骤。优选的，所述后处理包括过滤和/或干燥。优选的，所述干燥的温度为80～100℃；所述干燥的时间为12～24h。优选的，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、DNA和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。优选的，所述石墨烯粉与分散剂的质量比为1：(1～10)；所述分散剂溶液的浓度为10～50g/L。优选的，所述再次混合的方式包括搅拌混合、超声混合和水浴条件下混合中的一种或多种；所述再次混合的时间为0.5～4h；所述再次混合的温度为50～80℃。本专利技术提供了一种用于超级电容器的导电剂，包括分散剂和分散在分散剂中的石墨烯。本专利技术还提供了一种超级电容器，所述超级电容器的电极材料中包括上述技术方案任意一项所制备的导电剂或上述技术方案所述的导电剂。本专利技术提供了一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，包括以下步骤，首先将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯悬浮液；然后将上述步骤得到的石墨烯悬浮液进行研磨后，得到石墨烯粉；最后将上述步骤得到的石墨烯粉与分散剂溶液再次混合后，得到导电剂。与现有技术相比，本专利技术针对现有的超级电容器电极主要为炭黑，导电性能差的问题，而石墨烯添加到电极材料中，由于其在其他相中易发生团聚，很难均匀分散于材料中，难以在材料中形成完整的导电网络，效果差的缺陷。本专利技术摒弃了传统的直接添加的方法，在电极材料的诸多成分中，创造性的选择了液相加入的形式，采用特定的制备方法，将石墨烯预先分散到液相中，得到了易分散且导电性能良好的含有分散在液相中的石墨烯导电剂。本专利技术将石墨烯用于超级电容器，解决了常规炭黑电极无法构建实质性导电网络的缺陷；而且创造性的采用先分散在液体中的液相形式，有效的解决了石墨烯粉体难以在活性材料中有效分散，从而难以建立高效导电网络，导致石墨烯的导电功能无法充分发挥的问题，提升了石墨烯在超级电容器活性材料中的分散效果，因而极大提高了超级电容器的电学性能。此外，还克服了现有的通过石墨烯氧化物还原获得石墨烯复合活性炭的加入方法，工艺繁琐，成本较高，不利于工业化大规模生产的问题。实验结果表明，采用本专利技术制备的液相石墨烯导电剂制备的电容器，内阻明显降低，倍率性能也得到较为明显的提升。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的液相石墨烯导电剂放大200倍后的金相显微镜图片；图2为本专利技术实施例1制备的液相石墨烯导电剂常温静置六个月后的照片；图3为本专利技术实施例1制备的液相石墨烯的SEM扫描电镜照片；图4为本专利技术实施例1制备的液相石墨烯用于超级电容器电极材料的SEM扫描电镜照片；图5为本专利技术实施例1～6制备的软包电容器和采用炭黑做导电剂的同型号电容器的内阻值；图6为本专利技术实施例1～6制备的软包电容器和采用炭黑做导电剂的同型号电容器的电流密度值。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对专利技术权利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或石墨烯制备领域常规的纯度要求。本专利技术所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。本专利技术提供了一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，包括以下步骤：A)将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯悬浮液；B)将上述步骤得到的石墨烯悬浮液进行研磨后，得到石墨烯粉；C)将上述步骤得到的石墨烯粉与分散剂溶液再次混合后，得到导电剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的导电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将石墨烯与有机溶剂混合后，得到石墨烯悬浮液；B)将上述步骤得到的石墨烯悬浮液进行研磨后，得到石墨烯粉；C)将上述步骤得到的石墨烯粉与分散剂溶液再次混合后，得到导电剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇、N-甲基吡咯烷和N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述石墨烯与有机溶剂的质量比为1:(20～50)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述研磨包括球磨；所述研磨的转速为400～600r/min；所述研磨的时间为2～4h；所述研磨后还包括后处理步骤。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述后处理包括过滤和/或干燥。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80～100℃；所述干燥的时间为12...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永彬，张在忠，陈忠洲，李晓斐，程金杰，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37