石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法
【專利摘要】一種石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，包括：將石墨置于溫度為0℃的濃硫酸中，加入高錳酸鉀，在10℃以下攪拌2小時，在室溫下攪拌24小時，在冰浴條件下加入去離子水，15分鐘后加入雙氧水溶液并抽濾，用鹽酸洗滌固體物，抽濾后得到氧化石墨；將氧化石墨按加入溫度為150~300℃的離子液體中，在微波條件下剝離30~300分鐘，離心1~30分鐘，分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料，氧化石墨與離子液體的質(zhì)量體積比為1g:10~100mL。上述方法中，微波以近光速反復(fù)穿透氧化石墨，反應(yīng)時間短，獲得的石墨烯成分均一，均勻的分散在離子液體中，并防止石墨烯再次團(tuán)聚，使石墨烯-離子液體復(fù)合材料保持了較高儲能比容量。此外，還提供一種超級電容器的制備方法。
【專利說明】石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，具有優(yōu)異的性質(zhì)，如高比表面積，高電導(dǎo)率，高機(jī)械強(qiáng)度以及優(yōu)異的韌性等。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)使其成為碳材料、納米技術(shù)、凝聚態(tài)物理和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，吸引了諸多科技工作者廣泛關(guān)注。石墨烯因其優(yōu)良的導(dǎo)電性能可用于電極材料、復(fù)合材料等。
[0003]傳統(tǒng)的石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離、外延生長、取向附生法和化學(xué)法。由于化學(xué)法合成體系操作簡便，產(chǎn)量大，同時石墨烯溶膠的產(chǎn)物形式也便于材料的進(jìn)一步加工、成型，因此工業(yè)一般采用化學(xué)法來制備石墨烯。在化學(xué)法中常用的有氧化石墨還原法或者高溫分解碳源法，其制備工藝簡單可控，但獲得的石墨烯復(fù)合材料的儲能性能欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種儲能性能較好的石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法。
[0005]一種石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，包括:
[0006]將石墨置于溫度為0°C的濃硫酸中，加入高錳酸鉀，在10°C以下攪拌2小時，然后在室溫下攪拌24小時，在冰浴條件下加入去離子水，15分鐘后加入雙氧水溶液并抽濾，用鹽酸洗滌固體物，抽濾后得到氧化石墨；
[0007]將所述氧化石墨加入溫度為15(T300°C的離子液體中，在微波條件下剝離30-300分鐘，然后離心廣30分鐘，分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料，其中，所述氧化石墨與離子液體的質(zhì)量體積比為lg: l(T100mL。
[0008]在其中一個實(shí)施例中，所述微波的功率為100(T2000W。
[0009]在其中一個實(shí)施例中，所述離心的速度為1000-5000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0010]在其中一個實(shí)施例中，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽(EtMeImBr)，1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽(EtMeImCl)，1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽(EtMeImI)，1-乙基-2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽(l-Et-2，3-Me2ImCF3S03)，l，2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽(1，2-Et2-3-MeImCF3SO3)，1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽(1，2-Me2-3-EtImBr)，
1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽(1，2-Me2-3-EtImCl)和1，2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽(1，2-Me2-3-EtImBF4)中的至少一種。
[0011]在其中一個實(shí) 施例中，所述石墨為天然鱗片石墨、人造石墨或膨脹石墨。
[0012]一種超級電容器的制備方法，包括:
[0013]按照上述的制備方法制備石墨烯-離子液體復(fù)合材料；[0014]將所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于模具中，對所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料施加恒定壓力并保持壓力至所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料冷卻至室溫，開模，得到石墨烯-離子液體復(fù)合電極片；及
[0015]將隔膜浸泡在離子液體中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照所述石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯，并在所述電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0016]在其中一個實(shí)施例中，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽和1，2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。
[0017]在其中一個實(shí)施例中，所述壓力為2(T30MPa。
[0018]在其中一個實(shí)施例中，所述模具的長寬規(guī)格為50mmX30mm。
[0019]在其中一個實(shí)施例中，置于所述模具的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的質(zhì)量為5?50g。
[0020]上述石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法中，先制備氧化石墨，然后將氧化石墨在微波條件下還原成石墨烯，然后離心分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。微波以近光速反復(fù)穿透氧化石墨，均勻加熱，大幅度縮短反應(yīng)時間，且獲得的石墨烯成分均一，均勻的分散在離子液體中，并防止石墨烯再次團(tuán)聚，使獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料保持了較高儲能比容量，具有較好的儲能性能，同時制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法的流程圖；
[0022]圖2為一實(shí)施方式的超級電容器的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施方式及附圖，對石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]請參閱圖1，一實(shí)施方式的石墨烯-離子液體復(fù)合材料包括以下步驟:
[0025]S101，將石墨置于溫度為0°C的濃硫酸中，加入高錳酸鉀，在10°C以下攪拌2小時，然后在室溫下攪拌24小時，在冰浴條件下加入去離子水，15分鐘后加入雙氧水溶液并抽濾，用鹽酸洗滌固體物，抽濾后得到氧化石墨。
[0026]石墨在濃硫酸和高錳酸鉀的共同作用下可以形成石墨層間化合物，然后繼續(xù)在強(qiáng)氧化劑的作用下，發(fā)生深度氧化作用，成為氧化石墨。在一定的低溫條件有利于反應(yīng)的進(jìn)行。本實(shí)施例中，石墨可以為天然鱗片石墨、人造石墨或膨脹石墨。石墨與濃硫酸的質(zhì)量體積比可以為1:23，石墨分散在過少的濃硫酸中時，分散性不好且在攪拌的過程中容易粘附在反應(yīng)容器上，過多的濃硫酸造成成本增高，因此選擇該合適的質(zhì)量體積比。石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比可以為1:3，高錳酸鉀的用量過少，不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，用量過多，造成浪費(fèi)。[0027]S102，將氧化石墨按加入溫度為15(T300°C的離子液體中，在微波條件下剝離30^300分鐘，然后離心廣30分鐘，分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料，其中，氧化石墨與離子液體的質(zhì)量體積比為lg:l(T100mL。
[0028]將氧化石墨在微波條件下進(jìn)行剝離，可以實(shí)現(xiàn)快速還原氧化石墨，得到石墨烯，提高了制備石墨烯的效率，且獲得的石墨烯尺寸分布均勻，能很好的分散在離子液體中，然后通過離心作用將未反應(yīng)的離子液體分離出來，獲得石墨烯-離子液體復(fù)合材料。其中微波的功率可以為100(T2000W。離心速度可以為1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘。離子液體可以為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。石墨烯能很好的分散在離子液體之間，可有效避免石墨烯發(fā)生團(tuán)聚，有利于提高石墨烯的有效儲能表面。同時，當(dāng)石墨烯-離子液體復(fù)合材料用于制備電極片時做成電容器時，離子液體還可以充當(dāng)電解液。
[0029]上述石墨烯-離子液體復(fù)合材料及超級電容器的制備方法中，先制備氧化石墨，然后將氧化石墨在微波條件下還原成石墨烯，然后離心分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。微波以近光速反復(fù)穿透氧化石墨，均勻加熱，大幅度縮短反應(yīng)時間，且獲得的石墨烯成分均一，均勻的分散在離子液體中，并防止石墨烯再次團(tuán)聚，使獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料保持了較高儲能比容量，具有較好的儲能性能，同時制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0030]請參閱圖2，一實(shí)施方式的超級電容器的制備方法包括以下步驟:
[0031]S201，按照上述 的制備方法制備石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0032]S202，將石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于模具中，對石墨烯-離子液體復(fù)合材料施加恒定壓力并保持壓力至石墨烯-離子液體復(fù)合材料冷卻至室溫，開模，得到石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0033]本實(shí)施例中，模具的長寬規(guī)格可以為50mmX30mm，在其他的實(shí)施例中，也可以根據(jù)需要設(shè)置成不同規(guī)格的模具大小。壓力的大小為2(T30MPa。在高壓條件下模具蓋在朝模具底部的運(yùn)動過程中會產(chǎn)生熱量，待到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，還繼續(xù)保持該壓力至石墨烯-離子液體復(fù)合材料溫度降低至室溫。
[0034]S203，將隔膜浸泡在離子液體中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；并在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0035]本實(shí)施例中，離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。對應(yīng)石墨烯-離子液體復(fù)合材料選擇相同的離子液體浸泡隔膜。由于石墨烯-離子液體復(fù)合材料和隔膜含有離子液體，離子液體冷卻后可充當(dāng)粘結(jié)劑與電解液，因此石墨烯-離子液體復(fù)合電極片不需要添加粘結(jié)劑，有利于容量的提聞。
[0036]上述超級電容器的制備方法中，以含有離子液體的石墨烯-離子液體復(fù)合材料為原材料，通過模具成型制成石墨烯-離子液體復(fù)合電極片，離子液體冷卻后可充當(dāng)粘結(jié)劑與電解液，因此在超級電容器中不需要添加粘結(jié)劑，有利于容量的提高。同時，使用石墨烯-離子液體復(fù)合電極片作為電極，不需要使用集流體，可降低成本，而且減少了調(diào)漿、混料、涂布等電極制備工藝，不需要注液等工藝，進(jìn)一步優(yōu)化電容器制造工藝。整個制備步驟簡單，操作可控，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
[0037]以下結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)行說明。
[0038]實(shí)施例1
[0039](I)將50g500目的天然鱗石墨加入1.15L溫度為的(TC的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧
水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌、抽濾后得到氧化石
m
O
[0040](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為150°C的1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽的質(zhì)量體積比為lg: 10mL，將容器放置在功率設(shè)置為2000?的微波爐里剝離30分鐘，然后以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心5分鐘，倒出多余的1-乙基- 3-甲基咪唑溴鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0041]實(shí)施例2
[0042](I)將50g500目的人造石墨加入1.15L溫度為的(TC的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0043](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為180°C的1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽的質(zhì)量體積比為lg:100mL，將容器放置在功率設(shè)置為1000w的微波爐里剝離10分鐘，然后以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心2分鐘，倒出多余的1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0044]實(shí)施例3
[0045](I)將50g500目的膨脹石墨加入1.15L溫度為的(TC的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0046](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為160°C的1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽的質(zhì)量體積比為lg:50mL，將容器放置在功率設(shè)置為1200?的微波爐里剝離50分鐘，然后以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I分鐘，倒出多余的1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0047]實(shí)施例4
[0048](I)將50g500目的天然鱗片石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°C以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0049](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為200°C的1-乙基-2，3_ 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽的質(zhì)量體積比為lg: 20mL，將容器放置在功率設(shè)置為1400?的微波爐里剝離80分鐘，然后以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘，倒出多余的1-乙基_2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0050]實(shí)施例5
[0051](I)將50g500目的人造鱗片石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°C以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧
化石墨。
[0052](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為220°C的1，2_ 二乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酸鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1，2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽的質(zhì)量體積比為lg: 80mL，將容器放置在功率設(shè)置為1500?的微波爐里剝離120分鐘，然后以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心3分鐘，倒出多余的1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0053]實(shí)施例6
[0054](I)將50g500目的膨脹石墨加入1.15L溫度為的(TC的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0055](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為250°C的1，2_ 二甲基_3_乙基咪唑溴鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與I，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽的質(zhì)量體積比為Ig: 60mL,將容器放置在功率設(shè)置為1800?的微波爐里剝離240分鐘，然后以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心8分鐘，倒出多余的1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0056]實(shí)施例7
[0057](I)將50g500目的膨脹石墨加入1.15L溫度為的(TC的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0058](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為280°C的1，2_ 二甲基_3_乙基咪唑氯鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1，2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽的質(zhì)量體積比為lg:40mL，將容器放置在功率設(shè) 置為1600?的微波爐里剝離300分鐘，然后以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心7分鐘，倒出多余的1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0059]實(shí)施例8
[0060](I)將50g500目的人造石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0061](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為300°C的1，2- 二甲基_3_乙基咪唑四氟硼酸鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽的質(zhì)量體積比為lg:30mL，將容器放置在功率設(shè)置為1200?的微波爐里剝離60分鐘，然后以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心6分鐘，倒出多余的1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0062]實(shí)施例9
[0063](I)將50g500目的膨脹石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°c以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0064](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為200°C的1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽的質(zhì)量體積比為lg: 10mL，將容器放置在功率設(shè)置為1000w的微波爐里剝離180分鐘，然后以2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心2分鐘，倒出多余的1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0065]實(shí)施例10
[0066](I)將50g500目的膨脹石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°C以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0067](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為210°C的1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽的質(zhì)量體積比為lg: 10mL，將容器放置在功率設(shè)置為2000?的微波爐里剝離200分鐘，然后以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘，倒出多余的1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0068]實(shí)施例11
[0069](I)將50g500目的人造石墨加入1.15L溫度為的0°C的濃硫酸中，再加入150g的高錳酸鉀，得到混合物，在10°C以下溫度下攪拌2小時，然后在室溫下水浴攪拌24小時，然后在冰浴條件下緩慢加入4.6L的去離子水，15分鐘后，再加入250mL濃度為30%的雙氧水和13.75L的去離子水，抽濾，再用2.5L濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾后得到氧化石墨。
[0070](2)將氧化石墨加入到裝有溫度為230°C的1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽的容器中并均勻混合，氧化石墨與1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽的質(zhì)量體積比為lg:50mL，將容器放置在功率設(shè)置為1500?的微波爐里剝離100分鐘，然后以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I分鐘，倒出多余的1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0071]實(shí)施例12
[0072]石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的制備:
[0073]( I)提供實(shí)施例1獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0074](2)提供帶模具蓋的模具，取20g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0075](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0076]實(shí)施例13
[0077]( I)提供實(shí)施例2獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0078](2)提供帶模具蓋的模具，取30g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加30MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0079](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0080]實(shí)施例14
[0081]( I)提供實(shí)施例3獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0082](2)提供帶模具蓋的模具，取50g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX 30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0083](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0084]實(shí)施例15
[0085]( I)提供實(shí)施例4獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0086](2)提供帶模具蓋的模具，取IOg石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加30MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基_2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0087](3)將隔膜浸泡在1-乙基_2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0088]實(shí)施例16
[0089]( I)提供實(shí)施例5獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0090](2)提供帶模具蓋的模具，取5g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mm X 30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0091](3)將隔膜浸泡在1，2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0092]實(shí)施例17
[0093]( I)提供實(shí)施例6獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0094](2)提供帶模具蓋的模具,取25g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1，2-二甲基-3-乙基咪唑溴鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0095](3)將隔膜浸泡在1，2-二甲基-3-乙基咪唑溴鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0096]實(shí)施例18
[0097]( I)提供實(shí)施例7獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0098](2)提供帶模具蓋的模具，取15g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加28MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0099](3)將隔膜浸泡在1，2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0100]實(shí)施例19
[0101]( I)提供實(shí)施例8獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0102](2)提供帶模具蓋的模具，取40g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加25MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0103](3)將隔膜浸泡在1，2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0104]實(shí)施例20
[0105]( I)提供實(shí)施例9獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0106](2)提供帶模具蓋的模具，取30g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0107](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0108]實(shí)施例21
[0109]( I)提供實(shí)施例10獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。[0110](2)提供帶模具蓋的模具，取20g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0111](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0112]實(shí)施例22
[0113](I)提供實(shí)施例11獲得的石墨烯-離子液體復(fù)合材料。
[0114](2)提供帶模具蓋的模具，取50g石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于50mmX30mm的模具里，加上模具蓋，對模具恒定施加30MPa的壓力，直到模具蓋不再往模具底部運(yùn)動后，并保持此壓力直到石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽復(fù)合材料冷卻至室溫，打開模具，取出模具里的樣品，便得到塊狀石墨烯-離子液體復(fù)合電極片。
[0115](3)將隔膜浸泡在1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯；在電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
[0116]對實(shí)施例12~22中組裝的超級電容器進(jìn)行充放電測試。其測試的電壓窗口為4V，電流密度為0.5A/g。測試結(jié)果如表1所示。
[0117]表1實(shí)施例12~22和對比實(shí)施例的超級電容器充放電測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括: 將石墨置于溫度為0°c的濃硫酸中，加入高錳酸鉀，在10°C以下攪拌2小時，然后在室溫下攪拌24小時，在冰浴條件下加入去離子水，15分鐘后加入雙氧水溶液并抽濾，用鹽酸洗滌固體物，抽濾后得到氧化石墨； 將所述氧化石墨加入溫度為15(T300°C的離子液體中，在微波條件下剝離30-300分鐘，然后離心f 30分鐘，分離未反應(yīng)的離子液體，得到石墨烯-離子液體復(fù)合材料，其中，所述氧化石墨與離子液體的質(zhì)量體積比為lg: l0~100mL。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述微波的功率為1000~2000W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述離心的速度為1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基_2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述石墨為天然鱗片石墨、人造石墨或膨脹石墨。
6.一種超級電容器的制備方法，其特征在于，包括: 按照權(quán)利要求1所述的制備方法制備石墨烯-離子液體復(fù)合材料； 將所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料置于模具中，對所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料施加恒定壓力至所述石墨烯-離子液體復(fù)合材料冷卻至室溫，開模，得到石墨烯-離子液體復(fù)合電極片 '及 將隔膜浸泡在離子液體中后取出，得到含有離子液體的隔膜；按照所述石墨烯-離子液體復(fù)合電極片、含有離子液體的隔膜和石墨烯-離子液體復(fù)合電極片的順序依次層疊組裝得到電芯，并在所述電芯外包覆殼體，得到超級電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述壓力為2(T30MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述模具的長寬規(guī)格為 50mmX30mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，置于所述模具的石墨烯-離子液體復(fù)合材料的質(zhì)量為5~50g。
【文檔編號】H01G11/32GK103971944SQ201310032151
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】周明杰, 王要兵, 袁新生, 劉大喜 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司