本發(fā)明涉及電極材料，尤其涉及一種石墨烯基電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近些年來，隨著人們對新能源移動(dòng)設(shè)備需求的日益增強(qiáng)，對高功率密度、高能量密度、長使用壽命的快充新能源儲(chǔ)能器件的需求也就越來越高。其中，超級電容器由于具備充電快、功率高、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉磧?chǔ)能器件。石墨烯基材料，尤其是還原氧化石墨烯由于兼顧了大比表面積、高導(dǎo)電性、以及更多的缺陷和活性位點(diǎn)而被更加廣泛應(yīng)用于構(gòu)筑超級電容器。

2、目前，傳統(tǒng)的超級電容器電極制備方法是將還原氧化石墨烯等與粘結(jié)劑等研磨形成膏狀，然后用兩片泡沫鎳壓合得到，這種方法的缺點(diǎn)是石墨烯片層之間導(dǎo)電性較差；粘結(jié)劑不導(dǎo)電，降低導(dǎo)電性；研磨時(shí)會(huì)破壞石墨烯的形貌，進(jìn)而導(dǎo)致電極的性能下降；在充放電過程中，粉末狀的還原氧化石墨烯由于不規(guī)則的堆積而導(dǎo)致其在使用的過程發(fā)生體積膨脹，明顯降低其使用壽命；而片狀的還原氧化石墨烯的片層間弱相互作用導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)無法充分建立，致使脫落和電荷傳遞受阻，降低其儲(chǔ)能能力。

3、此外，還原氧化石墨烯的常用制備方法為水熱法、溶劑熱法、高溫?zé)岱纸夥?、化學(xué)還原法、火焰法和微波法等。然而，現(xiàn)有方法存在繁瑣耗時(shí)的制備過程、特殊的設(shè)備、無法量產(chǎn)、有毒的反應(yīng)試劑、高溫高壓過程、制備還原氧化石墨烯性能不好和成本高等問題。

4、因此仍亟需開發(fā)一種操作簡單、高效、可規(guī)模化生產(chǎn)、電化學(xué)性能優(yōu)異的石墨烯基電極材料的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯基電極材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法操作簡單、高效、可規(guī)?；a(chǎn)、且制備的電極材料電化學(xué)性能優(yōu)異。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種石墨烯基電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將氧化石墨膜進(jìn)行潤濕處理，得到濕潤氧化石墨膜；

5、(2)將所述步驟(1)得到的濕潤氧化石墨膜采用火焰等離子體誘導(dǎo)處理，得到石墨烯基電極材料。

6、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的氧化石墨膜中氧化石墨的氧原子含量為25～30at.％。

7、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的氧化石墨膜的厚度為10～40μm。

8、優(yōu)選地，所述步驟(1)中潤濕處理的方法包括：將氧化石墨膜在水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行靜置，至氧化石墨膜吸水達(dá)到飽和，得到濕潤氧化石墨膜。

9、優(yōu)選地，所述水蒸氣環(huán)境的溫度為25～50℃。

10、優(yōu)選地，所述靜置的時(shí)間為0.5～5h。

11、優(yōu)選地，所述步驟(2)中火焰等離子體誘導(dǎo)處理的方法包括：將氧化石墨膜與火焰的外焰處接觸。

12、優(yōu)選地，所述接觸的時(shí)間＜3s。

13、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的石墨烯基電極材料，所述石墨烯基電極材料呈多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

14、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的石墨烯基電極材料在作為超級電容器的工作電極中的應(yīng)用。

15、本發(fā)明提供了一種石墨烯基電極材料的制備方法，包括以下步驟：將氧化石墨膜進(jìn)行潤濕處理，得到濕潤氧化石墨膜；將所述濕潤氧化石墨膜采用火焰等離子體誘導(dǎo)處理，得到石墨烯基電極材料。本發(fā)明先對氧化石墨膜進(jìn)行潤濕處理，一方面改變了氧化石墨膜的柔韌性，使氧化石墨膜變得柔韌可折疊，另一方面，水分子可通過氫鍵作用插層到氧化石墨中的氧化石墨烯片層間，改變氧化石墨烯片間作用；并且，由于水的比熱容大，水分子的存在可以很好地吸收部分來自氧化石墨烯片分解過程中產(chǎn)生的熱量，使分解產(chǎn)生的氣體降溫冷卻，降低氣體的膨脹壓力，進(jìn)而減弱分解氣體對還原氧化石墨烯片的剝離能力。本發(fā)明通過將濕潤氧化石墨膜采用火焰等離子體誘導(dǎo)處理，利用潤濕氧化石墨中的水分子與氧化石墨中的含氧官能團(tuán)間的氫鍵作用控制氧化石墨烯片間的作用，使氧化石墨烯膜在火焰等離子體誘導(dǎo)分解過程中不會(huì)被分解產(chǎn)生的氣體充分剝離成片狀的還原氧化石墨烯，而是形成了多孔網(wǎng)狀的還原氧化石墨烯薄膜。

16、本發(fā)明提供的方法操作簡單、低耗、高效，可適用于規(guī)?；苽溥€原氧化石墨烯多孔網(wǎng)狀薄膜材料。并且，由于制備的電極材料具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠有效提升石墨烯基電極材料的容量，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的難以高效、規(guī)模化生產(chǎn)高性能還原氧化石墨烯的問題，制得的材料導(dǎo)電性好，用于超級電容器比電容高、循環(huán)使用壽命長。實(shí)施例結(jié)果顯示，本發(fā)明制備的石墨烯基電極材料具有以下特點(diǎn)：①比電容超高，230～280f/g；②循環(huán)使用壽命長，10000圈容量保持>90％；③導(dǎo)電性好，電荷轉(zhuǎn)移阻抗<1ω。

技術(shù)特征：

1.一種石墨烯基電極材料的制備方法，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的氧化石墨膜中氧化石墨的氧原子含量為25～30at.％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的氧化石墨膜的厚度為10～40μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中潤濕處理的方法包括：將氧化石墨膜在水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行靜置，至氧化石墨膜吸水達(dá)到飽和，得到濕潤氧化石墨膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述水蒸氣環(huán)境的溫度為25～50℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述靜置的時(shí)間為0.5～5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中火焰等離子體誘導(dǎo)處理的方法包括：將氧化石墨膜與火焰的外焰處接觸。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯基電極材料的制備方法，其特征在于，所述接觸的時(shí)間＜3s。

9.權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)所述制備方法制備得到的石墨烯基電極材料，所述石墨烯基電極材料呈多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

10.權(quán)利要求9所述的石墨烯基電極材料在作為超級電容器的工作電極中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種石墨烯基電極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過將濕潤氧化石墨膜采用火焰等離子體誘導(dǎo)處理，利用水分子與氧化石墨中的含氧官能團(tuán)間的氫鍵作用控制氧化石墨烯片間的作用，使氧化石墨膜在火焰等離子體誘導(dǎo)分解過程中不會(huì)被分解產(chǎn)生的氣體充分剝離成片狀的還原氧化石墨烯，而是形成了還原氧化石墨烯多孔網(wǎng)狀薄膜。本發(fā)明提供的方法操作簡單、低耗、高效，可適用于規(guī)?；苽溥€原氧化石墨烯多孔網(wǎng)狀薄膜材料。并且，由于制備的電極材料具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠有效提升石墨烯基電極材料的容量，制得的材料導(dǎo)電性好，用于超級電容器比電容高、循環(huán)使用壽命長。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒雪鋒,鄧明森,向斌,鄢波,沈虎峻,楊恒修,王文濤,鄭鶴琳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/5/16