石墨烯-聚离子液体复合电极材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料，该石墨烯复合电极包括石墨烯及聚离子液体，其中，聚离子液体被分散在石墨烯的空隙中，石墨烯与聚离子液体的质量比为2.5~10:1。该石墨烯-聚离子液体复合电极材料通过在具有较高的比表面积和电导率的石墨烯电极材料中增添聚离子液体形成复合电极材料，该复合电极材料具有高的比容量、优良的电导率以及与聚离子液体电解液的浸润性好的优点。此外，本发明还涉及一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备方法以及含有该石墨烯-聚离子液体复合电极材料的电极片和电化学电容器。
【专利说明】石墨烯-聚离子液体复合电极材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学电容器领域，特别是涉及一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]电化学电容器作为一种新型储能器件，由于其充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点，是继锂离子电池后又一极具应用潜力和开发价值的储能器件。然而能量密度较低是制约电化学电容器发展和应用的一个关键因素，探索如何提电化学电容器的能量密度是目前该领域研究的重点。
[0003]根据能量密度的计算公式E=1/2CV2，提高能量密度主要从两方面入手，一方面提高电化学电容器的电压窗口 ；另外一方面是提高电极材料的比容量，这两方面的提高都会带来能量密度的提高。
[0004]电化学电容器的电压窗口主要与电解液的耐压范围有关。离子液体是一种耐压范围较宽的电解液，其化学窗口可达到4-6V,能提高电化学电容器的电压窗口，显著增加电化学电容器的能量密度；而石墨烯作为一种二维单分子层材料，具有较高的比表面积和较高的电导率，是一种理想的电化学电容器电极材料。但离子液体由于粘度大，对电极材料的浸润性较差，这使得电极材料的比容量较难提高。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要提供一种与离子液体电解液有较高的浸润性的石墨烯-聚离子液体复合电极材料及其制备方法。
[0006]一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0007]将石墨加入至浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，于0°C环境下搅拌混合均匀，然后向混合溶液中加入高锰酸钾，混合均匀后于85°C环境下反应，再保持温度向反应体系中加入去离子水稀释，最后加入过氧化氢溶液，搅拌反应除去未反应的高锰酸钾，对得到的混合物进行抽滤处理，抽滤得到的固体物依次使用稀盐酸和去离子水洗涤，干燥后得到氧化石
墨；
[0008]将所述氧化石墨加入至去离子水中，超声分散，再对得到的分散体系进行抽滤处理，抽滤后得到的固体物干燥后得到氧化石墨烯；
[0009]按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5^10:1的比例称取所述氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的所述氧化石墨烯与所述聚离子液体加入至溶剂中使所述氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料。
[0010]在其中一个实施例中，所述聚离子液体为聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐；所述聚离子液体采用如下步骤制备:
[0011]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二异丁氰与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为40^50:50^70:1:55^90的比例称取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二异丁氰与
所述双三氟甲磺酰亚胺锂盐；
[0012]将称取的所述1-乙烯基咪唑与所述溴乙烷在搅拌的条件下混合，并在40°C下搅拌反应，之后将反应体系的温度调至60°C，并加入所述偶氮二异丁氰，反应，向反应后的体系中加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐与蒸馏水，继续搅拌反应，最后真空过滤反应得到的混合液，收集的固体物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐聚离子液体。
[0013]一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料，采用上述方法制得。
[0014]该石墨烯-聚离子液体复合电极材料通过在具有较高的比表面积和电导率的石墨烯电极材料中增添聚离子液体形成复合电极材料，该复合电极材料中增添的聚离子液体，能增加复合电极材料与离子液体电解液的浸润性，从而提高复合电极材料的比容量。因此，上述复合电极材料，具有高的比容量、优良的电导率以及与离子液体电解液有较高的浸润性的优点。
[0015]且该石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备过程简单，对设备要求低，可以广泛推广应用。
[0016]此外，还有必要提供一种含有上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料的电极片及其制备方法以及使用该电极片的电化学电容器。
[0017]一种电极片，包括集流体以及涂覆在所述集流体上的电极浆料，所述电极浆料包括导电剂、粘接剂以及石墨烯-聚离子液体复合电极材料，所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料包括上述方法制得的石墨烯及聚离子液体。
[0018]在其中一个实施例中，所述导电剂为乙炔黑，所述粘接剂为聚偏氟乙烯，所述集流体为铝箔。
[0019]一种电极片的制备方法，包括如下步骤:
[0020]按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5^10:1的比例称取所述氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的所述氧化石墨烯与所述聚离子液体加入至溶剂中使所述氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料；
[0021]按照石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂的质量比为85:5:10的比例，将所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂混合均匀，得到电极浆料；
[0022]将所述电极浆料涂覆在集流体上，依次经80°C干燥2小时、250°C干燥2小时处理，切片后得到所述电极片。
[0023]在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯采用如下步骤制备:
[0024]将石墨加入至浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，于0°C环境下搅拌混合均匀，然后向混合溶液中加入高锰酸钾，混合均匀后于85°C环境下反应，再保持温度向反应体系中加入去离子水稀释，最后加入过氧化氢溶液，搅拌反应除去未反应的高锰酸钾，对得到的混合物进行抽滤处理，抽滤得到的固体物依次使用稀盐酸和去离子水洗涤，干燥后得到氧化石
墨；
[0025]将所述氧化石墨加入至去离子水中，超声分散，再对得到的分散体系进行抽滤处理，抽滤后得到的固体物干燥后得到氧化石墨烯。[0026]在其中一个实施例中，所述聚离子液体采用如下步骤制备:
[0027]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二异丁氰与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为40^50:50^70:1:55^90的比例称取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二异丁氰与所述双三氟甲磺酰亚胺锂盐；
[0028]将称取的所述1-乙烯基咪唑与所述溴乙烷在搅拌的条件下混合，在40°C下搅拌反应，之后将反应体系的温度调至60°C，并加入所述偶氮二异丁氰，反应，向反应后的体系中加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐与蒸馏水，继续搅拌反应，最后真空过滤反应得到的混合液，收集的固体物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐聚离子液体。
[0029]该电极片因使用上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料，具有高的比容量、优良的电导率以及与离子液体电解液有较高的浸润性的优点。
[0030]—种电化学电容器,包括壳体及置于所述壳体内的电芯及电解液，所述电芯包括相对设置的正极片与负极片以及设置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片与所述负极片为如权利要求5-6任一项所述的电极片。
[0031]该电化学电容器通过在电极片中添加性能优良的上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料，从而使得上述电化学电容器具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长、以及具有较高的储能容量和倍率特性等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为一实施方式的电极片的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图及具体实施例对石墨烯-聚离子液体复合电极材料及其制备方法及相关应用作进一步的说明。
[0034]一实施方式的石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0035]按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5^10:1的比例称取氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的氧化石墨烯与聚离子液体加入至溶剂中使氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到石墨烯-聚离子液体复合电极材料。
[0036]其中，氧化石墨烯可以通过如下步骤制备得到:
[0037]将石墨加入至浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，于0°C环境下搅拌混合均匀，然后向混合溶液中加入高锰酸钾，混合均匀后于85°C环境下反应，再保持温度向反应体系中加入去离子水稀释，最后加入质量分数为30%的过氧化氢溶液，搅拌反应除去未反应的高锰酸钾，对得到的混合物进行抽滤处理，抽滤得到的固体物依次使用稀盐酸和去离子水洗涤，干燥后得到氧化石墨；
[0038]将氧化石墨加入至去离子水 中，超声分散，再对得到的分散体系进行抽滤处理，抽滤后得到的固体物干燥后得到氧化石墨烯。
[0039]其中，保护气体氛围可以为氮气或惰性气体等无氧氛围。
[0040]聚离子液体为聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐，其制备过程包括如下步骤:[0041]按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二异丁氰与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为40^50:50^70:1:55^90的比例称取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二异丁氰与所述双三氟甲磺酰亚胺锂盐；
[0042]将称取的所述1-乙烯基咪唑与所述溴乙烷在搅拌的条件下混合，并在40°C下搅拌反应，之后将反应体系的温度调至60°C，并加入所述偶氮二异丁氰，反应，向反应后的体系中加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐与蒸馏水，继续搅拌反应，最后真空过滤反应得到的混合液，收集的固体物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐聚离子液体。
[0043]在优选的实施方式中，溴乙烷与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为1:1。
[0044]该石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备过程简单，对设备要求低，可以广泛推广应用。
[0045]上述方法制得石墨烯-聚离子液体复合电极材料，聚离子液体被吸附在石墨烯的空隙中，石墨烯与聚离子液体的质量比为2.5~10:1。该石墨烯-聚离子液体复合电极材料通过在具有较高的比表面积和电导率的石墨烯电极材料中增添聚离子液体形成复合电极材料，该复合电极材料中增添的聚离子液体，能增加复合电极材料与离子液体电解液的浸润性，从而提高复合电极材料的比容量。因此，上述复合电极材料，具有高的比容量、优良的电导率以及与离子液体电解液有较高的浸润性的优点。
[0046]此外，本实施方式还提供了一种含有上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料的电极片及其制备方法以及使用该电极片的电化学电容器。
[0047]一种电极片，包括集流体以及涂覆在所述集流体上的电极浆料，所述电极浆料包括导电剂、粘接剂以及 石墨烯-聚离子液体复合电极材料，所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料包括石墨烯及聚离子液体，其中，所述聚离子液体被吸附在所述石墨烯的空隙中，所述石墨烯与所述聚离子液体的质量比为2.5~10:1。
[0048]其中，导电剂为乙块黑。粘接剂为聚偏氣乙稀。集流体为招猜。
[0049]如图1所示，一种电极片的制备方法，包括如下步骤:
[0050]步骤SI 10，按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5^10:1的比例称取氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的氧化石墨烯与聚离子液体加入至溶剂中使氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到石墨烯-聚离子液体复合电极材料。
[0051]步骤S120，按照石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂的质量比为85:5:10的比例，将所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂混合均匀，得到电极浆料。
[0052]步骤S130，将电极浆料涂覆在集流体上，依次经80°C干燥2小时、250°C干燥2小时处理，切片后得到电极片。
[0053]该电极片因使用上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料，具有高的比容量、优良的电导率以及与离子液体电解液有较高的浸润性的优点。
[0054]—种电化学电容器，包括壳体及置于壳体内的电芯及电解液，电芯包括相对设置的正极片与负极片以及设置在正极片与负极片之间的隔膜，正极片与负极片为上述电极片。
[0055]该电化学电容器通过在电极片中添加性能优良的上述石墨烯-聚离子液体复合电极材料，从而使得上述电化学电容器具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长、以及具有较高的储能容量和倍率特性等优点。
[0056]以下为具体实施例部分:
[0057]实施例1
[0058]氧化石墨的制备:将Ig纯度为99.5%的石墨加入由90mL 98wt%浓硫酸和25mL65wt%浓硝酸组成的混合溶液中，得到混合物；将混合物置于冰水混合浴中搅拌20分钟后；慢慢地往混合物中加入6g高锰酸钾，并搅拌I小时；然后将混合物加热至85°C并保持30分钟后；往混合物中加入92mL去离子水，于85°C下继续保持30分钟后；往混合物中加入IOmL 30wt%过氧化氢溶液，并搅拌10分钟；对混合物进行抽滤；再依次分别用IOOmL稀盐酸和150mL去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次；最后将固体物质置于60°C真空烘箱中干燥12小时，即得到氧化石墨。
[0059]氧化石墨烯的制备:配制浓度为lmg/mL的氧化石墨去离子水悬浮液；对上述悬浮液进行超声处理，其中，超声功率为500W，时间为I小时；然后对上述悬浮液进行抽滤，得到固体物质；将得到的固体物质置于真空烘箱中于60°C下干燥12小时，即得到氧化石墨烯。
[0060]聚离子液体的制备:取5mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，搅拌，在搅拌的情况下加入5.5mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下搅拌反应16小时后将混合物的温度调至60° C，向反应体系中加入0.1mol偶氮二异丁氰，反应10小时；向反应完的混合液中加入蒸馏水(其中，反应完的混合液的质量与蒸馏水的体积比为lg:20mL)和5.5mol双三氟甲磺酰亚胺锂盐(Li [TFSI])，搅拌反应I小时后，真空过滤，用去离子水洗涤固体产物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐。
[0061]石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备:取上述制备得到的Ig氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的浓度为10mg/mL,再加入0.2g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐使其在混合溶液中的浓度为2mg/mL，用功率为500W的超声机对混合溶液超声6小时；再将超声后的混合溶液真空过滤，将过滤后得到的固体产物置于空气氛围下，加热至220° C，保持I小时，得到石墨烯-聚离子液体复合材料。
[0062]实施例2
[0063]氧化石墨的制备:将5g纯度为99.5%的石墨加入由475mL 98wt%浓硫酸和120mL65wt%浓硝酸组成的混合溶液中，得到混合物；将混合物置于冰水混合浴中搅拌20分钟后；慢慢地往混合物中加入20g高锰酸钾，并搅拌I小时；然后将混合物加热至85°C并保持30分钟后；往混合物中加入92mL去离子水，于85°C下继续保持30分钟后；往混合物中加入30mL 30wt%的过氧化氢溶液，并搅拌10分钟；对混合物进行抽滤；再依次分别用300mL稀盐酸和450mL去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次；最后将固体物质置于60°C真空烘箱中干燥12小时，即得到氧化石墨。
[0064]氧化石墨烯的制备:配制浓度为0.5mg/mL的氧化石墨去离子水悬浮液；对上述悬浮液进行超声处理，其中，超声功率为800W，时间为2小时；然后对上述悬浮液进行抽滤，得到固体物质；将得到的固体物质置于真空烘箱中于60°C下干燥12小时，即得到氧化石墨烯。
[0065]聚离子液体的制备:取IOmol 1_乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，搅拌，在搅拌的情况下加入14mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下搅拌反应16小时后将混合物的温度调至60° C，向反应体系中加入0.2mol偶氮二异丁氰，反应10小时；向反应完的混合液中加入蒸馏水(其中，反应完的混合液的质量与蒸馏水的体积比为lg:20mL)和14mol双三氟甲磺酰亚胺锂盐(Li[TFSI])，搅拌反应I小时后，真空过滤，用去离子水洗涤固体产物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐。
[0066]石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备:取上述制备得到的0.8g氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的浓度为8mg/mL,再加入0.2g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐使其在混合溶液中的浓度为2mg/mL，用功率为500W的超声机对混合溶液超声10小时；再将超声后的混合溶液真空过滤，将过滤后得到的固体产物置于空气氛围下，加热至200° C，保持I小时，得到石墨烯-聚离子液体复合材料。
[0067]实施例3
[0068]氧化石墨的制备:将2g纯度为99.5%的石墨加入由170mL 98wt%浓硫酸和48mL65wt%浓硝酸组成的混合溶液中，得到混合物；将混合物置于冰水混合浴中搅拌20分钟后；慢慢地往混合物中加入8g高锰酸钾，并搅拌I小时；然后将混合物加热至85°C并保持30分钟后；往混合物中加入92mL去离子水，于85°C下继续保持30分钟后；往混合物中加入16mL 30wt%过氧化氢溶液，并搅拌10分钟；对混合物进行抽滤；再依次分别用250mL稀盐酸和300mL去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次；最后将固体物质置于60°C真空烘箱中干燥12小时，即得到氧化石墨。
[0069]氧化石墨烯的制备:配制浓度为0.5mg/mL的氧化石墨去离子水悬浮液；对上述悬浮液进行超声处理，其中，超声功率为500W，时间为2小时；然后对上述悬浮液进行抽滤，得到固体物质；将得到的固体物质置于真空烘箱中于60°C下干燥12小时，即得到氧化石墨烯。
[0070]聚离子液体的制备:取2mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，搅拌，在搅拌的情况下加入2.5mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下搅拌反应16小时后将混合物的温度调至60° C，向反应体系中加入0.05mol偶氮二异丁氰，反应10小时；向反应完的混合液中加入蒸馏水(其中，反应完的混合液的质量与蒸馏水的体积比为lg:20mL)和2.5mol双三氟甲磺酰亚胺锂盐(Li[TFSI])，搅拌反应I小时后，真空过滤，用去离子水洗涤固体产物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐；
[0071]石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备:取上述制备得到的2g氧化石墨烯加入200ml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的浓度为10mg/mL,再加入0.8g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐使其在混合溶液中的浓度为4mg/mL，用功率为500W的超声机对混合溶液超声8小时；再将超声后的混合溶液真空过滤，将过滤后得到的固体产物置于空气氛围下，加热至250° C，保持0.5小时，得到石墨烯-聚离子液体复合材料。
[0072]实施例4
[0073]氧化石墨的制备:将Ig纯度为99.5%的石墨加入由90mL 98wt%浓硫酸和25mL65wt%浓硝酸组成的混合溶液中，得到混合物；将混合物置于冰水混合浴中搅拌20分钟后；慢慢地往混合物中加入4g高锰酸钾，并搅拌I小时；然后将混合物加热至85°C并保持30分钟后；往混合物中加入92mL去离子水，于85°C下继续保持30分钟后；往混合物中加入IOmL30wt%的过氧化氢溶液，并搅拌10分钟；对混合物进行抽滤；再依次分别用IOOmL稀盐酸和150mL去离子水对固体物进行洗涤，共洗涤三次；最后将固体物质置于60°C真空烘箱中干燥12小时，即得到氧化石墨。
[0074]氧化石墨烯的制备:配制浓度为0.5mg/mL的氧化石墨去离子水悬浮液；对上述悬浮液进行超声处理，其中，超声功率为500W，时间为I小时；然后对上述悬浮液进行抽滤，得到固体物质；将得到的固体物质置于真空烘箱中于60°C下干燥12小时，即得到氧化石墨烯。
[0075]聚离子液体的制备:取20mol 1-乙烯基咪唑置于玻璃瓶中，搅拌，在搅拌的情况下加入30mol溴乙烷，得到的混合液在40° C下搅拌反应16小时后将混合物的温度调至60° C，向反应体系中加入0.5mol偶氮二异丁氰，反应10小时；向反应完的混合液中加入蒸馏水(其中，反应完的混合液的质量与蒸馏水的体积比为lg:20mL)和30mol双三氟甲磺酰亚胺锂盐(Li[TFSI])，搅拌反应I小时后，真空过滤，用去离子水洗涤固体产物，干燥，得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐；
[0076]石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备:取上述制备得到的Ig氧化石墨烯加入IOOml碳酸丙烯酯中，氧化石墨烯的浓度为10mg/mL,再加入0.1g聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐使其在混合溶液中的浓度为lmg/mL，用功率为500W的超声机对混合溶液超声8小时；再将超声后的混合溶液真空过滤，将过滤后得到的固体产物置于空气氛围下，加热至240° C，保持0.5小时，得到石墨烯-聚离子液体复合材料。
[0077]实施例5
[0078]按照质量比为85:5:10的比例，将实施例1制备得到的石墨烯_聚离子液体复合电极材料、聚偏氟乙烯粘结剂及乙炔黑导电剂混合均匀，得到浆料；
[0079]将浆料涂覆在铝箔上，将涂覆有浆料的铝箔先于80°C干燥2小时后，再于250°C干燥2小时后，得到浆料膜；将浆料膜切片，即制得电化学电容器电极片。
[0080]依次将上述电极片、隔膜、电极片叠片组装得到电芯；在电芯外包覆电池壳体，将电芯密封，然后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入离子液体Li [TFSI]，密封注液口后，即得到电化学电容器。
[0081]实施例6
[0082]按照质量比为85:5:10的比例，将实施例2制备得到的石墨烯-聚离子液体复合电极材料、聚偏氟乙烯粘结剂及乙炔黑导电剂混合均匀，得到浆料；将浆料涂覆在铝箔上；然后将涂覆有浆料的铝箔先于80°C干燥2小时后，再于250°C干燥2小时后，得到浆料膜；将浆料膜切片，即制得电化学电容器电极片。
[0083]依次将电极片、隔膜、电极片叠片组装得到电芯；在电芯外包覆电池壳体，将电芯密封，然后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入离子液体Li [TFSI]，密封注液口后，即得到电化学电容器。
[0084]实施例7
[0085]按照质量比为85:5:10的比例，将实施例3制备得到的石墨烯-聚离子液体复合电极材料、聚偏氟乙烯粘结剂及乙炔黑导电剂混合均匀，得到浆料；将浆料涂覆在铝箔上；然后将涂覆有浆料的铝箔先于80°C干燥2小时后，再于250V干燥2小时后，得到浆料膜；将浆料膜切片，即制得电化学电容器电极片。
[0086]依次将电极片、隔膜、电极片叠片组装得到电芯；在电芯外包覆电池壳体，将电芯密封，然后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入离子液体Li [TFSI]，密封注液口后，即得到电化学电容器。
[0087]实施例8
[0088]按照质量比为85:5:10的比例，将实施例4制备得到的石墨烯-聚离子液体复合电极材料、聚偏氟乙烯粘结剂及乙炔黑导电剂混合均匀，得到浆料；将浆料涂覆在铝箔上；然后将涂覆有浆料的铝箔先于80°C干燥2小时后，再于250°C干燥2小时后，得到浆料膜；将浆料膜切片，即制得电化学电容器电极片。
[0089]依次将电极片、隔膜、电极片叠片组装得到电芯；在电芯外包覆电池壳体，将电芯密封，然后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入离子液体Li [TFSI]，密封注液口后，即得到电化学电容器。
[0090]性能测试:
[0091]分别对实施例5~8中组装的电化学电容器进行充放电测试，电压窗口为4V，电流密度分别为0.5A/g，测试结果如表1。
[0092]表1为实施例51分别在0.5A/g电流密度下进行充放电测试的比容量
【权利要求】
1.一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将石墨加入至浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，于o°c环境下搅拌混合均匀，然后向混合溶液中加入高锰酸钾，混合均匀后于85°c环境下反应，再保持温度向反应体系中加入去离子水稀释，最后加入过氧化氢溶液，搅拌反应除去未反应的高锰酸钾，对得到的混合物进行抽滤处理，抽滤得到的固体物依次使用稀盐酸和去离子水洗涤，干燥后得到氧化石墨； 将所述氧化石墨加入至去离子水中，超声分散，再对得到的分散体系进行抽滤处理，抽滤后得到的固体物干燥后得到氧化石墨烯； 按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5~10:1的比例称取所述氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的所述氧化石墨烯与所述聚离子液体加入至溶剂中使所述氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-聚离子液体复合电极材料，其特征在于，所述聚离子液体为聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯-聚离子液体复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述聚离子液体采用如下步骤制备: 按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二异丁氰与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为40^50:50^70:1:55^90 的比例称取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二异丁氰与所述双三氟甲磺酰亚胺锂盐； 将称取的所述1-乙烯基咪唑与所述溴乙烷在搅拌的条件下混合，并在40°C下搅拌反应，之后将反应体系的温度调至60°C，并加入所述偶氮二异丁氰，反应，向反应后的体系中加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐与蒸馏水，继续搅拌反应，最后真空过滤反应得到的混合液，收集的固体物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐聚离子液体。
4.一种石墨烯-聚离子液体复合电极材料，其特征在于，采用权利要求1至3任一所述方法制得。
5.一种电极片，包括集流体以及涂覆在所述集流体上的电极浆料，其特征在于，所述电极浆料包括导电剂、粘接剂以及石墨烯-聚离子液体复合电极材料，所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料采用权利要求4所述的石墨烯-聚离子液体复合电极材料。
6.根据权利要求5所述的电极片，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑，所述粘接剂为聚偏氟乙烯，所述集流体为铝箔。
7.一种电极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 按照氧化石墨烯及聚离子液体的质量比为2.5~10:1的比例称取所述氧化石墨烯及聚离子液体，并将称取的所述氧化石墨烯与所述聚离子液体加入至溶剂中使所述氧化石墨烯的浓度为8~10mg/mL，超声分散，将得到的混合溶液置于真空环境中过滤，再将过滤后得到的固体产物加热至200-250° C，热还原得到所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料； 按照石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂的质量比为85:5:10的比例，将所述石墨烯-聚离子液体复合电极材料、粘接剂与导电剂混合均匀，得到电极浆料； 将所述电极浆料涂覆在集流体上，依次经80 V干燥2小时、250 V干燥2小时处理，切片后得到所述电极片。
8.根据权利要求7所述的电极片的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯采用如下步骤制备: 将石墨加入至浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，于o°c环境下搅拌混合均匀，然后向混合溶液中加入高锰酸钾，混合均匀后于85°c环境下反应，再保持温度向反应体系中加入去离子水稀释，最后加入过氧化氢溶液，搅拌反应除去未反应的高锰酸钾，对得到的混合物进行抽滤处理，抽滤得到的固体物依次使用稀盐酸和去离子水洗涤，干燥后得到氧化石墨； 将所述氧化石墨加入至去离子水中，超声分散，再对得到的分散体系进行抽滤处理，抽滤后得到的固体物干燥后得到氧化石墨烯。
9.根据权利要求7所述的电极片的制备方法，其特征在于，所述聚离子液体采用如下步骤制备: 按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二异丁氰与双三氟甲磺酰亚胺锂盐的摩尔比为40^50:50^70:1:55^90的比例称取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二异丁氰与所述双三氟甲磺酰亚胺锂盐； 将称取的所述1-乙烯基咪唑与所述溴乙烷在搅拌的条件下混合，在40°C下搅拌反应，之后将反应体系的温度调至60°C，并加入所述偶氮二异丁氰，反应，向反应后的体系中加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐与蒸馏水，继续搅拌反应，最后真空过滤反应得到的混合液，收集的固体物干燥后得到聚(1-乙烯基-3乙基咪唑)双三氟甲磺酰亚胺盐聚离子液体。
10.一种电化学电容器，包括壳体及置于所述壳体内的电芯及电解液，所述电芯包括相对设置的正极片与负极片以及设置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极片与所述负极片为如权利要求5-6任一项所述的电极片。
【文档编号】H01G9/042GK103839685SQ201210491431
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】周明杰, 王要兵, 钟辉, 袁新生 申请人: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, 深圳市海洋王照明工程有限公司