CN103824700A - 石墨烯/导电聚合物复合电极材料 - Google Patents

石墨烯/导电聚合物复合电极材料 Download PDF

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陈书礼
韩金磊
张克金
林革
魏晓川
王丹
马千里
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Abstract

本发明涉及一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于，在具有多孔结构的石墨烯 表面和片层之间均匀分布导电聚合物，石墨烯与导电聚合物的质量比为1：1～1：10，其中石墨烯的比表面积为1200～2300m2/g。所采用的石墨烯具有多孔结构，提高离子的传输速度和扩散空间，减少由于石墨烯片的堆砌不能充分发挥性能的影响，该复合材料制备工艺简单，易于规模化。石墨烯/导电聚合物复合电极材料可以作为锂离子电池、太阳能电池、超级电容器等的电极材料。

Description

石墨烯/导电聚合物复合电极材料
技术领域
本发明涉及石墨烯/导电聚合物复合电极材料，属于新能源材料技术领域。
背景技术
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，作为填料与聚合物制备复合材料是一个重要研究方向，而将石墨烯与导电聚合物复合制备电极材料，吸引了很多人的研究兴趣。申请公布号CN 101798462 A的中国专利公开了石墨烯/导电高分子复合膜及其制备方法，公开号CN 101527202A的中国专利公开了氧化石墨烯/聚苯胺超级电容器复合电极材料及其制备方法、用途，申请公布号CN 101985517 A的中国专利公开了一种导电聚苯胺—石墨烯复合物的合成方法，申请公布号CN 103013056 A的中国专利公开了一种石墨烯/MnO2/共轭聚合物复合材料及其制备方法和应用。
最近，人们开始研究具有孔结构的高比表面积石墨烯材料，作为活性物质应用与储能领域。例如，申请公布号CN 102115069 A的中国专利公开了具有多孔结构的石墨烯及其制备方法，申请公布号CN 102107868 A的中国专利公开了一种多孔石墨烯材料的制备方法，申请公布号CN 102757036 A的中国专利公开了多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN 102992313 A的中国专利公开了一种中孔发达的高比表面石墨烯及其制备方法，申请公布号CN 102849734 A的中国专利公开了一种多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN 102826542 A的中国专利公开了一种具有中孔的高比表面活性石墨烯、其制备方法及其用途，申请公布号CN 103011152 A的中国专利公开了一种具有多孔结构的石墨烯材料及其制备方法，申请公布号CN 102874800 A的中国专利公开了一种中孔的活化石墨烯、其制备方法，申请公布号CN 103011143 A的中国专利公开了石墨烯及其制备方法、超级电容器，申请公布号CN 102923698 A的中国专利公开了一种超级电容器用三维多孔石墨烯的制备方法，申请公布号CN 102891014 A的中国专利公开了石墨烯电极活性物质及其制法和电极材料及电极片和应用，申请公布号CN 102992308 A的中国专利公开了一种具有高比电容的石墨烯及其制备方法，申请公布号CN 101982408 A的中国专利公开了石墨烯三维结构体材料及其制备方法和应用。
石墨烯与电极活性物质组成复合材料可以提高电池器件的性能，但由于石墨烯的二维纳米片层结构使其极易团聚在一起，石墨烯的性能优势很大一部分不能发挥出来。
发明内容
本发明目的在于提供一种石墨烯/导电聚合物复合电极材料，采用具有孔结构的高比表面积的石墨烯，不仅可以减少或限制电极活性物质充放电过程中副作用，而且可以为离子的传输提供更多的扩散通道。
本发明技术方案是这样实现的：石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于，在具有多孔结构的石墨烯表面和片层之间均匀分布导电聚合物，石墨烯与导电聚合物的质量比为1：1～1：10，其中石墨烯的比表面积为1200～2300 m2/g。
所述的导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚咔唑、聚吡咯及它们的衍生物中的一种。
所述的复合电极材料制备方法采用物理混合，化学原位复合中的一种或它们的组合。
所述的物理混合方法为搅拌、超声、球磨中的一种或它们的组合，混合过程中可干混、添加溶剂湿混或干混-湿混结合。
所述的物理混合方法的具体步骤如下：按照质量比称取石墨烯放入到混合容器中，加入溶剂使石墨烯浸润完全，按照质量比将导电聚合物添加到混合容器中，高速搅拌分散均匀后，干燥，得到复合电极材料。
所述的化学原位复合方法为石墨烯与合成导电聚合物的原料混合均匀，在合成过程中与导电聚合物形成复合电极材料。
所述的复合材料可作为锂离子电池、太阳能电池、超级电容器的电极材料。
本发明的积极效果是所采用的石墨烯具有多孔结构，可以为离子的传输提供更多的扩散通道和存储空间，减少由于石墨烯片堆砌引起的性能不能充分发挥的影响。该复合材料制备工艺简单，易于规模化；石墨烯/导电聚合物复合电极材料可以作为锂离子电池、太阳能电池、超级电容器等的电极材料。
附图说明
图1是本发明实施例1的复合电极材料的充放电测试曲线。
图2是本发明实施例1的复合电极材料的循环伏安测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
实施例1
按照质量比1：4称取比表面积为2200m2/g，孔径为3～8nm的石墨烯和聚苯胺。将石墨烯放入到球磨机的球磨罐中，加入少量乙醇搅拌2min，使石墨烯完全润湿，加入聚苯胺继续搅拌1h，取出混合完成的料，60℃干燥除去乙醇，得到聚苯胺/石墨烯复合电极材料，与粘结剂按照质量比95：5制成极片，可以作为超级电容器电极。
实施例2
称取比表面积为2200m2/g、孔径为3～8nm的石墨烯在甲醇中超声1h，加入吡咯单体和十二烷基苯磺酸钠，搅拌，控制反应温度在0℃以下，缓慢滴加三氯化铁的水溶液后反应5h，产物用去离子水和丙酮洗涤，干燥，得到石墨烯与聚吡咯质量比为1：8的复合电极材料，与聚偏氟乙烯按照质量比90：10制成极片，可以作为锂离子电池电极。
实施例3
采用旋涂法在氧化铟锡玻璃电极上涂覆一层石墨烯分散液，所用石墨烯比表面积为2200m2/g、孔径为3～8nm；利用恒电流电聚合制备聚噻吩，0.1M的乙烯二氧噻吩单体的咪唑四氟硼酸离子液体作为电解液，铂电极为辅助电极，银丝为参比电极，室温条件，电流为0.1mA/cm2聚合，控制聚合时间，使石墨烯与聚噻吩质量比为1：1，得到的石墨烯/聚噻吩复合材料可以太阳能电池电极活性物质。
实施例4
按照质量比1：10称取比表面积为2200m2/g，孔径为3～8nm的石墨烯和聚咔唑。将石墨烯放入到球磨机的球磨罐中，加入少量乙醇搅拌2min，使石墨烯完全润湿，加入聚咔唑继续搅拌1h，取出混合完成的料，60℃干燥除去乙醇，得到聚咔唑/石墨烯复合电极材料，与粘结剂按照质量比95：5制成极片，可以作为超级电容器电极。

Claims (7)

1.石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于，在具有多孔结构的石墨烯   表面和片层之间均匀分布导电聚合物，石墨烯与导电聚合物的质量比为1：1～1：10，其中石墨烯的比表面积为1200～2300 m2/g。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于所述的导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚咔唑、聚吡咯及它们的衍生物中的一种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于所述的复合电极材料制备方法采用物理混合，化学原位复合中的一种或它们的组合。
4.根据权利要求3所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于所述的物理混合方法为搅拌、超声、球磨中的一种或它们的组合，混合过程中可干混、添加溶剂湿混或干混-湿混结合。
5.根据权利要求3、4所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于.所述的物理混合方法的具体步骤如下：按照质量比称取石墨烯放入到混合容器中，加入溶剂使石墨烯浸润完全，按照质量比将导电聚合物添加到混合容器中，高速搅拌分散均匀后，干燥，得到复合电极材料。
6.根据权利要求3所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于所述的化学原位复合方法为石墨烯与合成导电聚合物的原料混合均匀，在合成过程中与导电聚合物形成复合电极材料。
7.根据权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合电极材料，其特征在于所述的复合材料可作为锂离子电池、太阳能电池、超级电容器的电极材料。
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