一种超级电容器用多孔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超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成导电剂分散液C；将导电剂分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理和压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。本发明专利技术制备过程操作简单，可控性高。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法
本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法。
技术介绍
超级电容器是一种通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型能量存储转换装置，按储能原理可分为双电电容器、准法拉第电容器和混合超级电容器。超级电容器由于具有功率密度高、循环充放电寿命长、充放电效率高、储能寿命长，可靠性高和工作环境温度范围广等优点，得到了广泛的应用。与传统电容器相比，双电层超级电容器由于其采用超高比表面积材料，从而具有超高容量和超高功率密度，在各种储能设备中脱颖而出。超级电容器粘结剂分为水溶性和油溶性两类。油溶性粘结剂以聚偏氟乙烯(PVDF)的均聚物和共聚物应用最为广泛，采用有机溶剂作为分散剂；水性粘结剂以丁苯(SBR)乳液粘结剂的使用较为广泛，采用水作为分散剂。由于油溶性体系中，电解液与电极表面阻抗和双电层阻抗要远远大于水性体系的阻抗，大电流情况下，离子传输在电解液/电极表面和双电层间的扩散受到影响，从而影响了电极的倍率性能，因此采用水性溶剂体系制备的超级电容器的倍率性能要明显优于油性体系的倍率性能。以NMP为代表的有机溶剂体系中，超级电容器在长循环过程中会产生气体，且会和铝箔发生反应，稳定性差；溶剂回收成本高，会对环境产生一定污染。目前使用的超级电容器电极材料多采用碳材料电极材料，如石墨烯、碳纳米管，多孔碳纤维等，此类材料具有极大地比表面积和极高的电阻率，使用其制备的超级电容器材料具有优异的导电性能。但在石墨烯与活性炭等混合制备的石墨烯导电浆料中，石墨烯容易团聚，分散效果差，这便导致制备的超级电容器效果大打折扣。由于在超快充电速率下，超级电容器的电极决定了超级电容器的电容、能量密度和功率密度。为了提高超级电容器的电容和能量密度，开发研制具有超高电导率和比电容的电极材料，成为了超级电容器进一步发展亟待解决的问题。因此，越来越多的研究人员尝试通过改进石墨烯分散方法和提高电极导电性能来制备高性能的超级电容器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超级电容器用多孔石墨烯电极及其制备方法，通过使用向多孔石墨烯导电剂分散液中加入氧化石墨烯的方式，减少石墨烯的团聚现象。本专利技术采用以下技术方案：一种超级电容器用多孔石墨烯电极制备方法，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成分散液C；将分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理；将真空干燥后的涂碳铝箔进行压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。具体的，多孔石墨烯为实验室高能微波快速自制的高导电多孔石墨烯，微波法制备多孔石墨烯的过程中，控制微波作用的时间为10～120s；每克原料微波作用的功率控制为200～700W；所用氧化性气氛为空气；纯化多孔石墨烯气氛为氩气。具体的，多孔石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管的质量百分比为70％：(1％～29％)：(29％～1％)，粘结剂a的质量占总浆料固体质量百分比的2％～4％。具体的，导电炭黑占浆料固体质量的百分比为1％～9％，导电炭黑为特密高Ks-6、Ks-15导电石墨，卡博特XC72导电炭黑，科琴黑，乙炔黑，SuperP和/或SuperS中的一种或多种的混合物。具体的，多孔石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管组成的改性剂与粘结剂a、导电炭黑、活性炭、粘结剂b的质量比为(1％～9％)：4％：(9％～1％)：80％：6％，总浆料固含量为22％～25％。具体的，涂碳铝箔的厚度为15～20微米，电极浆料的涂覆厚度为100～200微米；干燥处理的温度为70～95℃，时间为2～3小时，真空烘干处理的温度为80～100℃，时间为8～12小时。具体的，磁力搅拌的速度为100～300rpm/min，超声分散的时间为0.5～4小时，超声的功率为500～2000W。具体的，粘结剂a和粘结剂b均为羧甲基纤维素钠，聚四氟乙烯，聚丙烯腈，丁苯乳液或水性聚丙烯酸乳液。具体的，采用电动对辊机进行压实处理，温度为60～80℃。本专利技术的另一个技术方案是，一种超级电容器用多孔石墨烯电极。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术创新性地提出了一种超级电容器用改进多孔石墨烯超级电容器导电剂的制备方法，引入新改进电极材料制成的极片的体积几乎没有变化，制成的超级电容器的比电容和倍率性能却有明显提升，体积能量密度得到了提高。超级电容器浆料制备过程简单，成本低，所用材料环保无毒无污染，可规模化应用。石墨烯作为一种新型材料，具有极高的比表面积，是制备超级电容器电极的理想材料，但是由于其分散性较差，严重制约了其在超级电容器上的应用。本专利技术通过改进了石墨烯的分散手段，使石墨烯分散效果更佳，改进的石墨烯材料对活性炭电极本身的质量和体积没有影响，改善石墨烯分散性的同时，通过加入氧化石墨烯和碳纳米管的方式改进了电极结构，提高了超级电容器电极的导电率，从而提升了超级电容器的倍率性能和比电容，对于增强超级电容器的能量密度和促进超级电容器的大规模应用具有重要的意义。进一步的，采用微波法深加工自制多孔石墨烯时间更短，效率更快，能量利用率更高。可去除石墨烯片层上的杂质官能团，使制备的改进纳米多孔石墨烯纯度更高，提升石墨烯的比表面积，提高超级电容器的能量密度。进一步的，本专利技术采用氧化石墨烯辅助分散，不引入新分散剂的同时，改善了石墨烯的分散效果，可通过高温退火还原氧化石墨烯进一步增强电极材料的导电性，有利于提升电极活性材料的比例。进一步的，导电炭黑具有极低的电阻率，采用合适的质量百分比的导电炭黑可增大超级电容器的高倍率工作性能；导电炭黑具有较大的比表面积，可以有效地增大与电解液的接触面积，增加超级电容器的比容量，增强其电化学表现性能。进一步的，多孔石墨烯作为导电剂中的一种，其相容性不佳，如若直接加入电极浆料中，分散效果较差且分散时间较长；而将其制成导电剂分散液可以使导电剂更加均匀地分散于电极浆料，缩短导电剂分散的时间，提高导电剂的分散效率和分散效果。进一步的，真空搅拌不仅可以使得浆料分散效率更高，浆料均匀性好，还可以使得浆料中的气体脱出，防止水分或杂质气体的包夹，使浆料在涂覆时厚度更加均匀，干燥过后极片表面更加平整，还可通过加入少量乙醇、正丁醇中的一种或多种低速搅拌消除气泡，进一步缩短真空烘干的时间，提高生产效率。进一步的，采用磁力搅拌作为分散预处理，将物料比较均匀的分散。磁力搅拌相对于普通搅拌器来说，噪音小，调速平稳，可使浆料在密闭的容器中进行调混工作，使用方便，可调温与转速，数显直观准确。而采用超声处理进一步提高分散质量，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器用多孔石墨烯电极制备方法，其特征在于，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成分散液C；将分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理；将真空干燥后的涂碳铝箔进行压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。/n

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用多孔石墨烯电极制备方法，其特征在于，将氧化石墨烯分散于水中，磁力搅拌制成氧化石墨烯水分散液；将多孔石墨烯加入氧化石墨烯水分散液中，磁力搅拌、超声分散制得分散液A；向分散液A中加入碳纳米管，并加入粘结剂a，经匀浆，磁力搅拌、超声分散制成稳定分散液B；向稳定分散液B中加入导电炭黑，磁力搅拌，超声分散制成分散液C；将分散液C、活性炭和粘结剂b加入去离子水超声分散，经真空搅拌震荡制成超级电容器浆料涂覆在涂碳铝箔上，将涂覆好的涂碳铝箔进行烘干处理，然后再进行真空干燥处理；将真空干燥后的涂碳铝箔进行压实处理，随后裁剪成电极封装制成超级电容器。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔石墨烯为实验室高能微波快速自制的高导电多孔石墨烯，微波法制备多孔石墨烯的过程中，控制微波作用的时间为10～120s；每克原料微波作用的功率控制为200～700W；所用氧化性气氛为空气；纯化多孔石墨烯气氛为氩气。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管的质量百分比为70％：(1％～29％)：(29％～1％)，粘结剂a的质量占总浆料固体质量百分比的2％～4％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导电炭黑占浆料固体质量的百分比为1％～9％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓刚，李鸿杰，陈韦蒙，白宇鸽，杨超，卢亚飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61