CN103971947A - 石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，包括：将质量比为1:0.8~1.2的石墨与氯化物插层剂混合后密封，然后升温至460~550℃并保温反应2~6小时，冷却至室温，经去离子水清洗、干燥后得到插层石墨；将所述插层石墨置于温度为150~300℃的离子液体中，得到混合物，将所述混合物在恒定平行磁场和恒定电场条件下离心10~100分钟，得到石墨烯-离子液体复合材料，其中，所述插层石墨与离子液体的质量体积比为1g:10~100mL。上述石墨烯-离子液体复合材料中，将插层石墨在恒定的平行电场和恒定的磁场的共同作用下离心剥离得到储能性能较好的石墨烯-离子液体复合材料。此外，还提供一种超级电容器的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料领域，特别是石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法。
背景技术
石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，具有优异的性质，如高比表面积，高电导率，高机械强度以及优异的韧性等。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者广泛关注。石墨烯因其优良的导电性能可用于电极材料、复合材料等。
传统的石墨烯的制备方法主要有机械剥离、外延生长、取向附生法和化学法。由于化学法合成体系操作简便，产量大，同时石墨烯溶胶的产物形式也便于材料的进一步加工、成型，因此工业一般采用化学法来制备石墨烯。在化学法中常用的有氧化石墨还原法或者高温分解碳源法，其制备工艺简单可控，但是会造成石墨烯结构的破坏，或者从而影响石墨烯复合材料的储能性能。
发明内容
基于此，有必要提供一种储能性能较好的石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法。
一种石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，包括：
将质量比为1:0.8~1.2的石墨与氯化物插层剂混合后密封，然后升温至460~550℃并保温反应2~6小时，冷却至室温，经清洗、干燥后得到插层石墨；及
将所述插层石墨置于温度为150~300℃的离子液体中，得到混合物，将所述混合物在恒定平行磁场和恒定电场条件下离心10~100分钟，得到石墨烯-离子液体复合材料，其中，所述插层石墨与离子液体的质量体积比为1g:10~100mL。
在其中一个实施例中，所述氯化物插层剂为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙和氯化钡中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述恒定平行磁场的磁场强度为0.01~1T。
在其中一个实施例中，所述恒定电场的电场强度为100~1000V/m。
在其中一个实施例中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EtMeImBr)，1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EtMeImCl)，1-乙基-3-甲基咪唑碘盐(EtMeImI)，1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐(1-Et-2,3-Me2ImCF3SO3)，1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(1,2-Et2-3-MeImCF3SO3)，1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐(1,2-Me2-3-EtImBr)，1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐(1,2-Me2-3-EtImCl)，1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐(1,2-Me2-3-EtImBF4)中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述干燥为在真空干燥箱内80~100℃下处理4~6小时。
在其中一个实施例中，所述离心的转速为1000~10000转/分钟。
一种超级电容器的制备方法，包括：
按照上述的制备方法制备石墨烯-离子液体复合材料；
将所述石墨烯-离子液体复合材料置于模具中，对所述石墨烯-离子液体复合材料施加恒定的压力至所述石墨烯-离子液体复合材料冷却至室温，得到石墨烯-离子液体复合电极片；及
将隔膜浸泡在离子液体中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照所述石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯，并在所述电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
在其中一个实施例中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述压力为20~30MPa。
上述石墨烯-离子液体复合材料和超级电容器的制备方法中，先制备插层石墨，再将插层石墨置于离子液体中并在电场和磁场的共同作用进行离心剥离，获得的石墨烯-离子液体复合材料保持了较高的储能性能。另外，采用插层石墨制备石墨烯的过程中除使用了可用于作电解液的离子液体外，基本不需要使用其它的化学试剂，实现了绿色无污染制备，同时原料来源广，成本低，制备工艺简单，易于实现工业化。
附图说明
图1为一实施方式的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法的流程图；
图2为一实施方式的超级电容器的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图，对石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，一实施方式的石墨烯-离子液体复合材料包括以下步骤：
S101，将质量比为1:0.8~1.2的石墨与氯化物插层剂混合后密封，然后升温至460~550℃并保温反应2~6小时，冷却至室温，经清洗、干燥后得到插层石墨。
本实施例中，可以选择能耐高温、热稳定性好的石英管作为反应器，将石墨与氯化物插层剂置于石英管中后密封，石英不会影响反应的进行。其中，清洗过程中可以直接采用去离子水做清洗液，清洗沾覆的插层剂，实现一步清洗到位，不引入其它的杂质，简化操作过程。干燥的具体条件可以为在真空干燥箱内于80~100℃下处理4~6小时。通过干燥去除插层石墨上的去离子水，得到干燥的插层石墨。
本实施例中，石墨可以为天然磷片石墨或人造石墨。插层剂可以为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙、氯化钡中的至少一种。由于石墨为片层状结构，每一层碳原子以sp2杂化结合形成平面网状大分子，在片层之间以很弱的范德华力结合，因此，在一定条件下，某些物质(如酸、碱、卤素)等的原子或分子可以进入片层之间的空隙中。从而得到插层石墨。上述的氯化物插层剂能较容易地进入石墨的片层中，有利于插层石墨的制备。
S102，将插层石墨置于温度为150~300℃的离子液体中，得到混合物，将混合物在恒定平行磁场和恒定电场条件下离心10~100分钟，得到石墨烯-离子液体复合材料，其中，插层石墨与离子液体的质量体积比为1g:10~100mL。
具体的，按质量体积比为1g:10~100mL加入到装有150~300℃离子液体的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.01~1T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为100~1000V/m的恒定电场，底部为正极，顶部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以1000~10000转/分钟的速度离心剥离插层石墨10~100分钟，然后倒出离子液体，得到石墨烯-离子液体复合材料。
本实施例中，离子液体可以为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。选择上述在室温下为固态的离子液体作为分散剂，通过加热制备石墨烯提高了制备效率，同时，当石墨烯-离子液体复合材料用于制备电极片时做成电容器时，离子液体还可以充当电解液。恒定平行磁场的磁场强度可以为0.01~1T。恒定电场的电场强度可以为100~1000V/m。在电场和磁场的作用下进行离心，离心时，石墨层间化合物在磁场作用下受洛伦兹力而剥离插层石墨，并在电场作用下实现氯化物分离，同时进行，效率高。离心的转速可以为1000~10000转/分钟。插层石墨在离子体液中剥离形成的石墨烯，石墨烯能很好的分散在离子液体之间，可有效避免石墨烯发生团聚，且获得的石墨烯的层数在1~5层之间，单层率可达到70%以上，有利于提高石墨烯的有效储能表面。
上述石墨烯-离子液体复合材料的制备方法中，先制备插层石墨，再将插层石墨置于离子液体中并在电场和磁场的共同作用进行离心剥离，获得的石墨烯-离子液体复合材料保持了较高的储能性能。另外，采用插层石墨制备石墨烯的过程中除使用了可用于作电解液的离子液体外，基本不需要使用其它的化学试剂，实现了绿色无污染制备，同时原料来源广，成本低，制备工艺简单，易于实现工业化。
请参阅图2，一实施方式的超级电容器的制备方法包括以下步骤：
S201，按照上述的制备方法制备石墨烯-离子液体复合材料。
S202，将石墨烯-离子液体复合材料置于模具中，对石墨烯-离子液体复合材料施加恒定的压力至所述石墨烯-离子液体复合材料冷却至室温，得到石墨烯-离子液体复合电极片。
本实施例中，模具的长宽规格可以为50mm×30mm，在其他的实施例中，也可以根据需要设置成不同规格的模具大小。对模具盖施加压力的大小为20~30MPa。在高压条件下模具盖在朝模具底部的运动过程中会产生热量，待到模具盖不再往模具底部运动后，还继续保持该压力至石墨烯-离子液体复合材料温度降低至室温。由于石墨烯-离子液体复合材料含有离子液体，离子液体冷却后可充当粘结剂与电解液，因此石墨烯-离子液体复合电极片不需要添加粘结剂，有利于容量的提高。
S203，将隔膜浸泡在离子液体中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
本实施例中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。对应石墨烯-离子液体复合材料选择相同的离子液体浸泡隔膜。
上述超级电容器的制备方法中，以含有离子液体的石墨烯-离子液体复合材料为原材料，通过模具成型制成石墨烯-离子液体复合电极片，离子液体在室温下成固态，可充当粘结剂与电解液，因此在超级电容器中不需要添加粘结剂，有利于容量的提高。同时，使用石墨烯-离子液体复合电极片作为电极，不需要使用集流体，可降低成本，而且减少了调浆、混料、涂布等电极制备工艺，不需要注液等工艺，进一步优化电容器制造工艺。整个制备步骤简单，操作可控，适合大规模的工业生产。
以下结合具体实施例来进行说明。
实施例1
（1）将质量比为1:0.8的天然磷片石墨与氯化铁插层剂置入石英管中，密封石英管，升温460℃后保温，反应2小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于80℃干燥6小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:10mL加入到装有温度为150℃的1-乙基-3-甲基咪唑溴盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为1T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为100V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以1000转/分钟的速度离心剥离插层石墨100分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑溴盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例2
（1）将质量比为1:0.9的人造石墨与氯化铜插层剂置入石英管中，密封石英管，升温500℃后保温，反应3小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于90℃干燥5小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:100mL加入到装有温度为180℃的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.5T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为200V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以2000转/分钟的速度离心剥离插层石墨50分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例3
（1）将质量比为1:1.2的天然磷片石墨与氯化镍插层剂置入石英管中，密封石英管，升温480℃后保温，反应6小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于100℃干燥4小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:50mL加入到装有温度为160℃的1-乙基-3-甲基咪唑碘盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.1T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为300V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以5000转/分钟的速度离心剥离插层石墨30分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑碘盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例4
（1）将质量比为1:1.0的天然磷片石墨与氯化钴插层剂置入石英管中，密封石英管，升温550℃后保温，反应4小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于90℃干燥4.5小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:20mL加入到装有温度为200℃的1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.05T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为500V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以8000转/分钟的速度离心剥离插层石墨10分钟，然后倒出未反应的1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例5
（1）将质量比为1:1.1的天然磷片石墨与氯化钾插层剂置入石英管中，密封石英管，升温520℃后保温，反应5小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于85℃干燥5.5小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:80mL加入到装有温度为220℃的1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.01T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为800V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以10000转/分钟的速度离心剥离插层石墨20分钟，然后倒出未反应的1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例6
（1）将质量比为1:0.8的人造石墨与氯化钠插层剂置入石英管中，密封石英管，升温530℃后保温，反应2小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于95℃干燥6小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:60mL加入到装有温度为250℃的1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.2T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为1000V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以2000转/分钟的速度离心剥离插层石墨40分钟，然后倒出未反应的1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例7
（1）将质量比为1:1.1的天然磷片石墨与氯化镁插层剂置入石英管中，密封石英管，升温490℃后保温，反应3小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于90℃干燥4小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:40mL加入到装有温度为280℃的1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.4T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为600V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以2500转/分钟的速度离心剥离插层石墨60分钟，然后倒出未反应的1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例8
（1）将质量比为1:1.0的人造石墨与氯化铅插层剂置入石英管中，密封石英管，升温540℃后保温，反应6小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于100℃干燥5小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:30mL加入到装有温度为300℃的1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.8T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为400V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以1000转/分钟的速度离心剥离插层石墨80分钟，然后倒出未反应的1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例9
（1）将质量比为1:0.9的天然石墨与氯化锌插层剂置入石英管中，密封石英管，升温520℃后保温，反应5小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于80℃干燥6小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:100mL加入到装有温度为200℃的1-乙基-3-甲基咪唑溴盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为1T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为200V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以3000转/分钟的速度离心剥离插层石墨50分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑溴盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例10
（1）将质量比为1:0.9的人造石墨与氯化钡插层剂置入石英管中，密封石英管，升温550℃后保温，反应4小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于90℃干燥4小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:10mL加入到装有温度为210℃的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.1T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为100V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以5000转/分钟的速度离心剥离插层石墨10分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例11
（1）将质量比为1:0.2的人造石墨与质量比为1∶1的氯化铁和氯化铜插层剂置入石英管中，密封石英管，升温460℃后保温，反应2小时，反应结束后冷却至室温，经去离子水清洗、真空干燥箱于100℃干燥6小时后可得到纯净的插层石墨；
（2）取干燥好的插层石墨，按质量体积比为1g:50mL加入到装有温度为230℃的1-乙基-3-甲基咪唑碘盐的容器中，取1L混合物加入到容量为2L的高速离心机里盖好，在离心机顶部底部两端加上磁场强度为0.01T的恒定平行磁场，在平行磁场外面加上电场强度为1000V/m的恒定电场，顶部为正极，底部为负极，启动磁场、电场、离心机，让离心机以8000转/分钟的速度离心剥离插层石墨100分钟，然后倒出未反应的1-乙基-3-甲基咪唑碘盐，得到石墨烯-离子液体复合材料。
实施例12
石墨烯-离子液体复合电极片的制备：
（1）提供实施例1获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取20g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑溴盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑溴盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例13
（1）提供实施例2获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取30g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑氯盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑氯盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例14
（1）提供实施例3获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取50g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加30MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑碘盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑碘盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例15
（1）提供实施例4获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取10g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例16
（1）提供实施例5获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取5g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加28MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例17
（1）提供实施例6获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取25g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例18
（1）提供实施例7获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取15g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例19
（1）提供实施例8获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取40g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加25MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例20
（1）提供实施例9获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取30g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑溴盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑溴盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例21
（1）提供实施例10获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取20g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加20MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑氯盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑氯盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
实施例22
（1）提供实施例11获得的石墨烯-离子液体复合材料。
（2）提供带模具盖的模具，取50g石墨烯-离子液体复合材料置于50mm×30mm的模具里，加上模具盖，对模具恒定施加30MPa的压力，直到模具盖不再往模具底部运动后，并保持此压力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑碘盐复合材料冷却至室温，打开模具，取出模具里的样品，便得到块状石墨烯-离子液体复合电极片。
（3）将隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑碘盐中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯；在电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
对实施例12~22中组装的超级电容器进行充放电测试。其测试的电压窗口为4V，电流密度为0.5A/g。测试结果如表1所示。
表1实施例12~22的超级电容器充放电测试结果
由表1可知，实施例12~实施例22是利用石墨烯-离子液体复合材料制备的超级电容器，在0.5A/g电流密度下的比容量最高达到216F/g。石墨烯-离子液体复合材料的储能性能较好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将质量比为1:0.8~1.2的石墨与氯化物插层剂混合后密封，然后升温至460~550℃并保温反应2~6小时，冷却至室温，经清洗、干燥后得到插层石墨；及
将所述插层石墨置于温度为150~300℃的离子液体中，得到混合物，将所述混合物在恒定平行磁场和恒定电场条件下离心10~100分钟，得到石墨烯-离子液体复合材料，其中，所述插层石墨与离子液体的质量体积比为1g:10~100mL。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述氯化物插层剂为氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化镁、氯化铅、氯化锌、氯化钙和氯化钡中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述恒定平行磁场的磁场强度为0.01~1T。
4.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述恒定电场的电场强度为100~1000V/m。
5.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述干燥为在真空干燥箱内80~100℃下处理4~6小时。
7.根据权利要求1所述的石墨烯-离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，所述离心的转速为1000~10000转/分钟。
8.一种超级电容器的制备方法，其特征在于，包括：
按照权利要求1所述的制备方法制备石墨烯-离子液体复合材料；
将所述石墨烯-离子液体复合材料置于模具中，对所述石墨烯-离子液体复合材料施加恒定的压力至所述石墨烯-离子液体复合材料冷却至室温，得到石墨烯-离子液体复合电极片；及
将隔膜浸泡在离子液体中后取出，得到含有离子液体的隔膜；按照所述石墨烯-离子液体复合电极片、含有离子液体的隔膜和石墨烯-离子液体复合电极片的顺序依次层叠组装得到电芯，并在所述电芯外包覆壳体，得到超级电容器。
9.根据权利要求8所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述压力为20~30MPa。
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