一种掺氮石墨烯电极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺氮石墨烯电极的制备方法，包括的步骤有：获取氧化石墨烯悬浮液；将所述氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合，配制成电解液；将与直流电连接的至少一对电极片放入所述电解液中，接通直流电进行电泳，得到表面沉积有氧化石墨烯的电极片，并在真空条件下干燥；将干燥后的所述电极片表面沉积的氧化石墨烯与氨气进行氮掺杂反应，得到掺氮石墨烯电极前体；在氢气保护下，将所述掺氮石墨烯电极前体与氢气进行还原反应，得到所述低含氧量的掺氮石墨烯电极。本发明专利技术掺氮石墨烯电极的制备方法工艺简单，效率高，成本低，该方法制备的掺氮石墨烯电极等效串联电阻低，电导率高，掺氮石墨烯电极中的掺氮石墨烯含氧量低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电极
，具体地说是。
技术介绍
自从英国曼彻斯特大学的安德烈· K ·海姆(Andre K. Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨烯由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如①高强度，杨氏摩尔量(1，IOOGPa)，断裂强度(125GPa);②高热导率(5，000W/mK);③高导电性、载流子传输率(200，OOOcmVV · s) 高的比表面积(理论计算值2，630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。 目前，传统制备电极片(包括石墨烯电极片)的工艺较为复杂，而且加入一定的粘结剂，增大了电极片的等效串联电阻，影响超级电容器的功率密度。而且，当氧化石墨被还原成石墨烯时，一般含氧量还在10%左右，这样，将其作为电极材料时，使得其电导率和电化学稳定性方面有一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种工艺简单，效率高，成本低的掺氮石墨烯电极的制备方法，该方法制备的掺氮石墨烯电极等效串联电阻低，电导率高，掺氮石墨烯电极中的掺氮石墨烯含氧量低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例的技术方案如下，包括如下步骤获取氧化石墨烯悬浮液；将所述氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合，配制成电解液；将与直流电连接的至少一对电极片放入所述电解液中，接通直流电进行电泳，得到表面沉积有氧化石墨烯的电极片，并在真空条件下干燥；将干燥后的所述电极片表面沉积的氧化石墨烯与氨气进行氮掺杂反应，得到掺氮石墨烯电极前体；在氢气保护下，将所述掺氮石墨烯电极前体与氢气进行还原反应，得到所述掺氮石墨稀电极。上述掺氮石墨烯电极的制备方法至少具有以下优点I.采用电沉积的方法，使得含有氧化石墨烯材料直接沉积在电极片上，氧化石墨烯经氮掺杂、还原后得到掺氮石墨烯电极，该方法避免了粘结剂使用，从而有效降低了该掺氮石墨烯电极的等效串联电阻(ESR)，当将掺氮石墨烯电极用于制备超级电容器时，能更有效的提高超级电容器的功率密度；2.将氧化石墨烯直接沉积在电极片上，再进行掺氮与还原得到掺氮石墨烯电极，从而简化了该掺氮石墨烯电极的制备工艺，提高了生产效率和经济效率，有效克服了传统制备电极工艺复杂的不足；3.将氧化石墨烯直接沉积在电极片上，再进行掺氮与还原得到掺氮石墨烯电极，从而显著提高了该掺氮石墨烯电极电导性，同时也增强了该掺氮石墨烯电极的稳定性；4.掺氮石墨烯电极上的掺氮石墨烯是将氧化石墨烯先通过氨气掺杂还原，再通过氢气还原制备获得，通过2步法还原大大降低掺氮石墨烯中氧的含量，使得生成的掺氮石墨烯结构更加稳定，电导率高；附图说明 图I是本专利技术实施例掺氮石墨烯电极制备方法的工艺流程示意图；图2是本专利技术实施例I制备的掺氮石墨烯电极的扫描电子显微镜扫描图。图3是本专利技术应用实例制备的扣式电池在电流为lA/g下的恒流充放电实验图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种工艺简单，效率高，成本低的掺氮石墨烯电极的制备方法。该掺氮石墨烯电极制备方法的工艺流程如图I所示，具体包括如下步骤SI :犾取氧化石墨稀悬浮液；S2 :将所述氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合，配制成电解液；S3 :将与直流电连接的至少一对电极片放入所述电解液中，接通直流电进行电泳，得到表面沉积有氧化石墨烯的电极片，并在真空条件下干燥；S4:将干燥后的所述电极片表面沉积的氧化石墨烯与氨气进行氮掺杂反应，得到掺氮石墨烯电极前体；S5:在氢气保护下，将所述掺氮石墨烯电极前体与氢气进行还原反应，得到低含氧量的掺氮石墨烯电极。具体地，上述步骤SI中，氧化石墨烯悬浮液优选按如下方法获取将事先制备获取的氧化石墨与分散剂混合，在超声波的作用下，得到所述氧化石墨烯悬浮液。其中，该分散剂优选为醇，如乙醇、丙醇等，当然也可以为苯、四氢呋喃等其他有机溶剂；该超声波的作用的时间优选为30 60分钟。上述氧化石墨烯悬浮液制备的方法中，氧化石墨的制备方法可以按照改进的hummers法获取氧化石墨，具体的参见实施例I中的步骤S11。将该氧化石墨与分散剂混合之前，也可以将获取的氧化石墨事先在真空条件和500 800°C下热处理的时间优选为5 30秒。这样热处理能使得氧化石墨在热的作用下，释放出部分气体，使得氧化石墨层与层之间间距增大，较容易剥离成单片，从而可缩短超声波处理的时间，进一步节约能耗，提高生产率和生产成本，同时使得氧化石墨烯片层的面积保持较大。另外，该氧化石墨烯悬浮液的浓度可根据实际情况灵活调配，对本专利技术没有特别限制与要求。进一步优选地，上述氧化石墨烯悬浮液中进一步包括碳纳米管，该碳纳米管与氧化石墨烯的质量比优选为I : 2 1，更优选为I : I。该含有碳纳米管的氧化石墨烯悬浮液的配制方法是先按两者优选比例称取各组分，再混合加入或者分别加入到分散剂中进行混合，在超声波的作用下，得到含有碳纳米管的氧化石墨烯悬浮液。进一步优选地，碳纳米管为酸化纳米管，该酸化碳纳米管是指经过酸处理后的碳纳米管，该纳米管的酸处理步骤为将碳纳米管加入至酸溶液中，在60°C -90°C条件下加热回流I小时 3小时。过滤，水洗干燥。该酸没有限制，例如，稀盐 酸、稀硫酸、稀硝酸等；通过将碳纳米管用酸性溶液浸泡处理，使得碳纳米管表面官能团(如0H，C00H)数量大大增多。具体地，上述步骤S2中，在电解液中，氧化石墨烯与金属盐的质量比为I : I 2。其中，该金属盐溶液中的金属盐为 Mg(NO3)2 · 6H20、Mg(SO4)2 · 7H20、Fe (NO3)3 · 9H20、Zn(NO3)2 · 6H20中的至少一种；该金属盐溶液的浓度可以根据实际生产需要灵活配制，但是应优选保证两者在电解液中如上述的含量，金属盐溶液的浓度为O. 2mg/ml O. 5mg/ml。进一步地，在上述步骤S2中，将氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合后，还优选采用超声波对该混合液处理15min 60min。这样，有利于提高氧化石墨烯与金属盐的分散的更加均匀。或者进一步地，当氧化石墨烯悬浮液中含有如上述步骤SI中所述的含量的碳纳米管时，将含有碳纳米管的氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合后，还优选采用超声波对该混合液处理15min 60min。具体地，上述步骤S3中，该成对的两电极片上电连接的直流电压优选40V 80V，且成对的两电极片之间的间距优选O. 5cm Icm,更优选为O. 5cm,电泳时间优选5min 20min。该优选的电泳电压和成对的两电极片之间的间距能更好的提高电泳效率，提高了氧化石墨烯在电极片表面沉积的速率。该优选的电泳时间使得电极片表面沉积的氧化石墨烯层的厚度适当，从而在保证掺氮石墨烯电极性能的同时，降低生产成本。该电极片可以选择镍箔电极片、铝箔电极片、腐蚀铝箔电极片或铜箔电极片，该电极片的直径为5cm 10cm。当然，还可以根据具体生产的需要，灵活对电极的形状，大小和种类做适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺氮石墨烯电极的制备方法，包括如下步骤：获取氧化石墨烯悬浮液；将所述氧化石墨烯悬浮液与金属盐溶液混合，配制成电解液；将与直流电连接的至少一对电极片放入所述电解液中，接通直流电进行电泳，得到表面沉积有氧化石墨烯的电极片，并在真空条件下干燥；将干燥后的所述电极片表面沉积的氧化石墨烯与氨气进行氮掺杂反应，得到掺氮石墨烯电极前体；在氢气保护下，将所述掺氮石墨烯电极前体与氢气进行还原反应，得到所述掺氮石墨烯电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，吴凤，王要兵，
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，
类型：发明
国别省市：