摻氮石墨烯材料及其制備方法、摻氮石墨烯電極和電化學(xué)電容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括：取氧化石墨，按固液比1g：10~100mL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?000～2000W的微波爐內(nèi)處理10～300分鐘，得到混合液；將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000～5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心1～30分鐘，倒出離子液體，得到摻氮石墨烯材料。本發(fā)明還提供了采用該方法制得的摻氮石墨烯材料、包含該摻氮石墨烯材料的電極及其制備方法以及電化學(xué)電容器。本發(fā)明將氧化石墨置于離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，然后進(jìn)行微波剝離與還原，從而在不破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)的前提下，制得分散性好、電導(dǎo)率高、比容量大的摻氮石墨烯材料。
【專利說明】摻氮石墨烯材料及其制備方法、摻氮石墨烯電極和電化學(xué)電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯材料合成領(lǐng)域，尤其是一種摻氮石墨烯材料及其制備方法、摻氮石墨烯電極和電化學(xué)電容器。
【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，并獲得2010年物理諾貝爾獎(jiǎng)。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的光電性質(zhì)，石墨烯目前已成為碳材料、納米技術(shù)和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前制備石墨烯材料的方法主要是氧化還原法，但在制備過程中，石墨烯的片層結(jié)構(gòu)極易被破壞，嚴(yán)重影響了其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能；另外單一的石墨烯材料作為電極材料，也存在石墨烯之間團(tuán)聚、t匕表面積降低等缺陷，大大降低了石墨烯電極材料的比容量和電導(dǎo)率。近年來，有研究采用超聲波的方法制備了石墨烯-離子液體復(fù)合材料，有效解決了石墨烯結(jié)構(gòu)破壞與團(tuán)聚問題，但由于離子液體的存在，該復(fù)合材料的電導(dǎo)率較低、比容量較小。
[0003]電化學(xué)電容器是一種介于電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能器件。與傳統(tǒng)的電容器相t匕，電化學(xué)電容器具有更高的比容量。近年來，隨著電化學(xué)電容器的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了以石墨烯為電極材料的電化學(xué)電容器。然而由于石墨烯的上述技術(shù)缺陷，目前該類電化學(xué)電容器的能量密度和功率密度均較小。因此很有必要對(duì)石墨烯材料及其制備的電材做進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種摻氮石墨烯材料的制備方法，該方法將氧化石墨置于離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，然后進(jìn)行微波剝離與還原，從而在不破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)的前提下，制得分散性好、電導(dǎo)率高、比容量大的摻氮石墨烯材料；本發(fā)明還提供了采用該方法制得的摻氮石墨烯材料、包含該摻氮石墨烯材料的電極以及電化學(xué)電容器。
[0005]第一方面，本發(fā)明提供了一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括:
[0006]取氧化石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，?000~2000W的微波爐內(nèi)處理10~300分鐘，得到混合液；
[0007]將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I~30分鐘，倒出離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0008] 優(yōu)選地，所述氧化石墨采用如下步驟制得:按質(zhì)量比1:3取石墨與高錳酸鉀加入(TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(Tl0°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入去離子水；15分鐘后向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨；所述石墨與濃硫酸的固液比為Ig:23mL，所述石墨與去離子水的固液比為Ig:387mL，所述高錳酸鉀與過氧化氫的固液比為1:25mL。
[0009]更優(yōu)選地，所述石墨為天然磷片石墨、人造石墨和膨脹石墨中的任意一種。
[0010]更優(yōu)選地，所述石墨為石墨粉，粒徑為100~500目。
[0011]優(yōu)選地，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0012]優(yōu)選地，所述離子液體熔融時(shí)的熔融溫度為15(T300°C。
[0013]優(yōu)選地，所述摻氮?jiǎng)楣I(yè)氨水或尿素，所述工業(yè)氨水按石墨與工業(yè)氨水的固液比Ig:5~50mL的比例加入；所述尿素按石墨與尿素的質(zhì)量比1:1~20的比例加入。
[0014]在本發(fā)明所述制備方法中，離子液體中的氧化石墨被微波剝離并還原為片層的石墨烯，石墨烯上的C原子與摻氮?jiǎng)┲械陌备x子結(jié)合，從而使石墨烯氮含量增加，電導(dǎo)率及比容量增大；而熔融的離子液體的存在，也使得制備的石墨烯材料具備很好的分散性；從氧化石墨制備石墨烯的整個(gè)過程中，從采用微波處理，無需使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿，因而石墨烯的片層結(jié)構(gòu)不被破壞；原料來源廣，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0015]第二方面，本發(fā)明還提供了一種摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料是通過上述制備方法制得的，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
[0016]優(yōu)選地，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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、I, 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]本發(fā)明所述摻氮石墨烯材料，片層結(jié)構(gòu)完整，分散性好、電導(dǎo)率高、比容量大，適于制備電化學(xué)電容器的電極材料。
[0018]第三方面，本發(fā)明提供了一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括如下步驟:
[0019](I)取氧化石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，?000~2000W的微波爐內(nèi)處理10~300分鐘，得到混合液；
[0020](2)將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I~30分鐘，倒出離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體；
[0021](3)將上述摻氮 石墨烯材料置于成型模具中，然后對(duì)模具蓋施加10~30MPa的壓力，冷卻至室溫，固化，制得摻氮石墨烯電極。
[0022]優(yōu)選地，所述氧化石墨采用如下步驟制得:按質(zhì)量比1:3取石墨與高錳酸鉀加入(TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(Tl0°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入去離子水；15分鐘后向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨；所述石墨與濃硫酸的固液比為Ig:23mL，所述石墨與去離子水的固液比為Ig:387mL，所述高錳酸鉀與過氧化氫的固液比為1:25mL。[0023]更優(yōu)選地，所述石墨為天然磷片石墨、人造石墨和膨脹石墨中的任意一種。
[0024]更優(yōu)選地，所述石墨為石墨粉，粒徑為500目。
[0025]優(yōu)選地，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0026]優(yōu)選地，所述離子液體熔融時(shí)的熔融溫度為15(T30(TC。
[0027]優(yōu)選地，所述摻氮?jiǎng)楣I(yè)氨水或尿素，所述工業(yè)氨水按石墨與工業(yè)氨水的固液比Ig:5?50mL的比例加入；所述尿素按石墨與尿素的質(zhì)量比1:1?20的比例加入。
[0028]本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極的制備方法直接將摻氮石墨烯材料經(jīng)成型壓制而成，凝固狀的離子液體可起到粘結(jié)劑的作用，因而本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極無須使用粘結(jié)齊U，提高了活性物質(zhì)的比重，避免了粘結(jié)劑帶來的電極內(nèi)阻增加；另外由于摻氮石墨烯材料電導(dǎo)率足夠高，因此也不需要使用集流體，而且減少了調(diào)漿、混料、涂布等操作步驟，簡(jiǎn)化了電極的制備工藝。
[0029]第四方面，本發(fā)明提供了一種摻氮石墨烯電極，所述摻氮石墨烯電極的材質(zhì)為上述摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
[0030]優(yōu)選地，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0031]本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極，不含粘結(jié)劑與集流體，摻氮石墨烯、離子液體等活性物質(zhì)的比重大，電導(dǎo)率高、內(nèi)阻小。
[0032]第五方面，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為上述摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的隔膜。
[0033]優(yōu)選地，所述隔膜為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯復(fù)合隔膜和無紡布隔膜中的一種。
[0034]在本發(fā)明實(shí)施例中，正極、負(fù)極與隔膜中均含有離子液體，可起電解液的作用，因而本發(fā)明所述電化學(xué)電容器不需要額外添加電解液。
[0035]本發(fā)明所述電化學(xué)電容器直接采用摻氮石墨烯作為電極材料，電導(dǎo)率高、電極內(nèi)阻小，比容量大；同時(shí)以冷卻凝固后的離子液體作為電解液，增加了電極中活性材料的比重，提高了電化學(xué)電容器的安全性。
[0036]實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有以下有益效果:
[0037](I)以熔融的離子液體作為分散劑與合成平臺(tái)，在氧化石墨中加入摻氮?jiǎng)?，采用微波方式制備石墨烯，制得的摻氮石墨烯材料片層結(jié)構(gòu)完整，分散性好、電導(dǎo)率高；
[0038](2)制備方法工藝簡(jiǎn)單，原料來源廣，成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；
[0039](3)摻氮石墨烯材料中的離子液體可起到粘結(jié)劑的作用，制備電極時(shí)無須使用粘結(jié)劑，提高了活性物質(zhì)的比重，避免了粘結(jié)劑帶來的電極內(nèi)阻增加；制得的摻氮石墨烯電極活性物質(zhì)的比重大，電導(dǎo)率高、內(nèi)阻?。?br> [0040](4)直接采用摻氮石墨烯作為電極材料，制得的電化學(xué)電容器電導(dǎo)率高、電極內(nèi)阻小，比容量大；同時(shí)以冷卻凝固后的離子液體作為電解液，增加了電極中活性材料的比重，提高了電化學(xué)電容器的安全性。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0042]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括:
[0043]取氧化石 墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?000~2000W的微波爐內(nèi)處理10~300分鐘，得到混合液；
[0044]將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I~30分鐘，去上清，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0045]所述氧化石墨采用如下步驟制得:按質(zhì)量比1:3取石墨與高錳酸鉀加入0°C的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(Tl0°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入去離子水；15分鐘后向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨；所述石墨與濃硫酸的固液比為Ig:23mL，所述石墨與去離子水的固液比為Ig:387mL，所述高錳酸鉀與過氧化氫的固液比為1:25mL。
[0046]所述石墨為天然磷片石墨、人造石墨和膨脹石墨中的任意一種。
[0047]所述石墨為石墨粉，粒徑為500目。
[0048]所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0049]所述離子液體熔融時(shí)的熔融溫度為15(T300°C。
[0050]所述摻氮?jiǎng)楣I(yè)氨水或尿素，所述工業(yè)氨水按石墨與工業(yè)氨水的固液比Ig:5~50mL的比例加入；所述尿素按石墨與尿素的質(zhì)量比1:1~20的比例加入。
[0051]在本發(fā)明所述制備方法中，離子液體中的氧化石墨被微波剝離并還原為片層的石墨烯，石墨烯上的C原子與摻氮?jiǎng)┲械陌备x子結(jié)合，從而使石墨烯氮含量增加，電導(dǎo)率及比容量增大；而熔融的離子液體的存在，也使得制備的石墨烯材料具備很好的分散性；從氧化石墨制備石墨烯的整個(gè)過程中，從采用微波處理，無需使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿，因而石墨烯的片層結(jié)構(gòu)不被破壞；原料來源廣，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0052]另，本發(fā)明還提供了一種摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料是通過上述制備方法制得的，所述摻氮石墨烯材料是通過上述制備方法制得的，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
[0053]所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0054]本發(fā)明所述摻氮石墨烯材料，片層結(jié)構(gòu)完整，分散性好、電導(dǎo)率高、比容量大，適于制備電化學(xué)電容器的電極材料。
[0055]另，本發(fā)明還提供了一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括如下步驟:
[0056](I)取氧化石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，?000~2000W的微波爐內(nèi)處理10~300分鐘，得到混合液；
[0057](2)將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I~30分鐘，倒出離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體；
[0058](3)將上述摻氮石墨烯材料置于成型模具中，然后對(duì)模具蓋施加10~30MPa的壓力，冷卻至室溫，固化，制得摻氮石墨烯電極。
[0059]所述氧化石墨采用如下步驟制得:按質(zhì)量比1:3取石墨與高錳酸鉀加入0°C的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(Tl0°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入去離子水；15分鐘后向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨；所述石墨與濃硫酸的固液比為Ig:23mL，所述石墨與去離子水的固液比為Ig:387mL，所述高錳酸鉀與過氧化氫的固液比為1:25mL。
[0060]所述石墨為天然 磷片石墨、人造石墨和膨脹石墨中的任意一種。
[0061]所述石墨為石墨粉，粒徑為500目。
[0062]所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0063]所述離子液體熔融時(shí)的熔融溫度為15(T300°C。
[0064]所述摻氮?jiǎng)楣I(yè)氨水或尿素，所述工業(yè)氨水按石墨與工業(yè)氨水的固液比Ig:5~50mL的比例加入；所述尿素按石墨與尿素的質(zhì)量比1:1~20的比例加入。
[0065]本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極的制備方法直接將摻氮石墨烯材料經(jīng)成型壓制而成，凝固狀的離子液體可起到粘結(jié)劑的作用，因而本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極無須使用粘結(jié)劑，提高了活性物質(zhì)的比重，避免了粘結(jié)劑帶來的電極內(nèi)阻增加；另外由于摻氮石墨烯材料電導(dǎo)率足夠高，因此也不需要使用集流體，而且減少了調(diào)漿、混料、涂布等操作步驟，簡(jiǎn)化了電極的制備工藝。
[0066]另，本發(fā)明還提供了一種摻氮石墨烯電極，，所述摻氮石墨烯電極的材質(zhì)為上述摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
[0067]所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
[0068]本發(fā)明所述摻氮石墨烯電極，不含粘結(jié)劑與集流體，摻氮石墨烯、離子液體等活性物質(zhì)的比重大，電導(dǎo)率高、內(nèi)阻小。[0069]此外，本發(fā)明還提供了一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的隔膜。
[0070]所述隔膜為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯復(fù)合隔膜和無紡布隔膜中的一種。
[0071]本發(fā)明所述電化學(xué)電容器的較佳制備方案為:
[0072](I)隔膜預(yù)處理:提供聚合物隔膜，放入離子液體中浸泡12?24小時(shí)；
[0073](2)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、經(jīng)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0074]在本發(fā)明實(shí)施例中，正極、負(fù)極與隔膜中均含有離子液體，可起電解液的作用，因而本發(fā)明所述電化學(xué)電容器不需要額外添加電解液。
[0075]本發(fā)明所述電化學(xué)電容器直接采用摻氮石墨烯作為電極材料，電導(dǎo)率高、電極內(nèi)阻小，比容量大；同時(shí)以冷卻凝固后的離子液體作為電解液，增加了電極中活性材料的比重，提高了電化學(xué)電容器的安全性。
[0076]實(shí)施例一
[0077]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0078](I)取500目的天然石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0079](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽(EtMeImBr),在燒杯中將其熔化得到400mL的EtMeImBr溶劑，維持EtMeImBr溶劑的溫度為150°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨40g，再加入2L工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以2000W的功率剝離并還原30分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0080](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心5分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0081]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0082](4)取20g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0083]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚乙烯隔膜，具體制備方案為:
[0084](5)隔膜預(yù)處理:提供聚乙烯隔膜，放入離子液體EtMeImBr中浸泡12小時(shí)；
[0085](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0086]實(shí)施例二[0087]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0088](I)取100目的人造石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(TC攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0089](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽(EtMeImCl)，在燒杯中將其熔化得到5L的EtMeImCl溶劑，維持EtMeImCl溶劑的溫度為150°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨50g，再加入250g尿素，將所述燒杯放入微波爐中，以1000W的功率剝離并還原10分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和尿素。
[0090](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心2分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0091]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0092](4)取30g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加IOMPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0093]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚丙烯隔膜，具體制備方案為:
[0094](5)隔膜預(yù)處理:提供聚丙烯隔膜，放入離子液體EtMeImCl中浸泡24小時(shí)；
[0095](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0096]實(shí)施例三
[0097]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0098](I)取200目的膨脹石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0099](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽(EtMeImI),在燒杯中將其熔化得到5L的EtMeImI溶劑，維持EtMeImI溶劑的溫度為180°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨100g，再加入500mL工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以1200W的功率剝離并還原50分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0100](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0101]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0102](4)取50g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加30MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0103]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚乙烯聚丙烯復(fù)合隔膜，具體制備方案為:
[0104](5)隔膜預(yù)處理:提供聚乙烯聚丙烯復(fù)合隔膜，放入離子液體EtMeImI中浸泡15小時(shí)；
[0105](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0106]實(shí)施例四
[0107]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0108](I)取400目的天然石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0109](2)離子液體選用1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽(l-Et-2, 3-Me2ImCF3S03)’在燒杯中將其熔化得至Ij 400mL 的 l-Et-2, 3_Me2ImCF3SO3 溶劑，維持l-Et-2, 3-Me2ImCF3SO3溶劑的溫度為200°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨20g，再加入400g尿素，將所述燒杯放入微波爐中，以1400W的功率剝離并還原80分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和尿素。
[0110](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0111]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0112](4)取IOg步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0113]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的無紡布隔膜，具體制備方案為:
[0114](5)隔膜預(yù)處理:提供無紡布隔膜，放入離子液體l-Et-2，3-Me2ImCF3SO3中浸泡20小時(shí)；
[0115](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0116]實(shí)施例五
[0117]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0118](I)取500目的人造石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0119](2)離子液體選用1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽(I, 2-Et2-3-MeImCF3SO3),在燒杯中將其熔化得到 800mL 的 1，2_Et2-3_MeImCF3SO3 溶劑，維持1，2-Et2-3-MeImCF3S03溶劑的溫度為220°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨10g，再加入200mL工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以1500W的功率剝離并還原120分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0120](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心3分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0121]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0122](4)取5g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0123]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的無紡布隔膜，具體制備方案為:
[0124](5)隔膜預(yù)處理:提供無紡布隔膜，放入離子液體1，2-Et2-3-MeImCF3SO3中浸泡24小時(shí)；
[0125](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0126]實(shí)施例六
[0127]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0128](I)取500目的膨脹石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0129](2)離子液體選用1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑溴鹽(l，2-Me2-3_EtImBr)，在燒杯中將其熔化得到1800mL的1，2-Me2-3-EtImBr溶劑，維持1，2-Me2-3_EtImBr溶劑的溫度為250°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨30g，再加入30g尿素，將所述燒杯放入微波爐中，以1800W的功率剝離并還原240分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和尿素。
[0130](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心8分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0131]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:[0132](4)取25g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0133]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚乙烯隔膜，具體制備方案為:
[0134](5)隔膜預(yù)處理:提供聚乙烯隔膜，放入離子液體1，2-Me2-3-EtImBr中浸泡24小時(shí)；
[0135](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0136]實(shí)施例七
[0137]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0138](I)取500目的天然石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0139](2)離子液體選用1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑氯鹽(l，2-Me2-3_EtImCl)，在燒杯中將其熔化得到1200mL的1，2-Me2-3-EtImCl溶劑，維持1，2-Me2-3-EtImCl溶劑的溫度為280°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨30g，再加入900mL工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以1600W的功率剝離并還原300分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0140](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心7分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0141]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0142](4)取15g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0143]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚丙烯隔膜，具體制備方案為:
[0144](5)隔膜預(yù)處理:提供聚丙烯隔膜，放入離子液體1，2-Me2-3-EtImCl中浸泡24小時(shí)；
[0145](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0146]實(shí)施例八
[0147]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0148](I)取500目的人造石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0149](2)離子液體選用1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽(l，2-Me2-3_EtImBF4)，在燒杯中將其熔化得到1500mL的1，2-Me2-3-EtImBF4溶劑，維持1，2-Me2-3_EtImBF4溶劑的溫度為300°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨50g，再加入750g尿素，將所述燒杯放入微波爐中，以1200W的功率剝離并還原60分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和尿素。
[0150](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心6分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0151]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:
[0152](4)取40g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0153]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的無紡布隔膜，具體制備方案為:
[0154](5)隔膜預(yù)處理:提供無紡布隔膜，放入離子液體1，2-Me2-3-EtImBF4中浸泡24小時(shí)；
[0155](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0156]實(shí)施例九
[0157]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0158](I)取500目的膨脹石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0159](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽(EtMeImBr)和1-乙基_3_甲基咪唑氯鹽(EtMeImCl)按質(zhì)量比1:1形成的混合物(表示為EtMeImBr/EtMeImCl )，在燒杯中將其熔化得到5L的熔融的離子液體，維持離子液體的溫度為200°C，在其中加入步驟(I)制得的氧化石墨50g，再加入2L工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以1000W的功率剝離并還原180分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0160](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心2分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0161]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(I)?(3)，還包括:[0162](4)取30g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0163]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的無紡布隔膜，具體制備方案為:
[0164](5)隔膜預(yù)處理:提供無紡布隔膜，放入離子液體EtMeImBr/EtMeImCl中浸泡24小時(shí)；
[0165](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0166]實(shí)施例十
[0167]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0168](I)取500目的人造石墨粉50g與高錳酸鉀150g，加入到1.15L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在10°c攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入18.525L去離子水；15分鐘后向混合液中加入75mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0169](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽(EtMeImCl)，在燒杯中將其熔化得到30L的熔融的離子液體 ，維持離子液體的溫度為210°C，在其中加入步驟(1)制得的氧化石墨30g，再加入300g尿素，將所述燒杯放入微波爐中，以2000W的功率剝離并還原200分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和尿素。
[0170](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0171]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(1)~(3)，還包括:
[0172](4)取20g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX 50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0173]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚丙烯隔膜，具體制備方案為:
[0174](5)隔膜預(yù)處理:提供聚丙烯隔膜，放入離子液體EtMeImCl中浸泡24小時(shí)；
[0175](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0176]實(shí)施例1^一
[0177]一種摻氮石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟:
[0178](I)取500目的人造石墨粉100g與高錳酸鉀300g，加入到2.3L (TC的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在5°C攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入37L去離子水；15分鐘后向混合液中加入150mL過氧化氫除去高錳酸鉀，將混合液倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至洗出的濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨。
[0179](2)離子液體選用1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽(EtMeImI),在燒杯中將其熔化得到4L的熔融的離子液體，維持離子液體的溫度為230°C，在其中加入步驟(1)制得的氧化石墨80g，再加入1.2L工業(yè)氨水，將所述燒杯放入微波爐中，以1500W的功率剝離并還原100分鐘，得到混合液，所述混合液包括摻氮石墨烯、離子液體和工業(yè)氨水。
[0180](3)將步驟(2)得到的混合液裝入離心管中，并轉(zhuǎn)移至高速離心機(jī)中，以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I分鐘，然后倒出上層多余的離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
[0181]一種摻氮石墨烯電極的制備方法，包括上述步驟(1)~(3)，還包括:
[0182](4)取50g步驟(3)得到的摻氮石墨烯材料置于30mmX50mm的成型模具中，加上模具蓋，對(duì)模具蓋恒定施加20MPa的壓力，直到模具蓋不再往成型模具底部運(yùn)動(dòng)后，保持此壓力直到冷卻至室溫，打開模具，取出成型模具里的樣品，得到塊狀的摻氮石墨烯電極。
[0183]一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，所述正極和負(fù)極為由上述制備方法制得的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的聚乙烯隔膜，具體制備方案為:
[0184](5)隔膜預(yù)處理:提供聚乙烯隔膜，放入離子液體EtMeImI中浸泡24小時(shí)；
[0185](6)電化學(xué)電容器的組裝:選用2塊步驟(4)制得的摻氮石墨烯電極分別作為正極和負(fù)極，將正極、步驟(5)預(yù)處理后的隔膜、負(fù)極按從上至下的順序安裝到電池殼體上，密封，得到電化學(xué)電容器。
[0186]效果實(shí)施例
[0187]采用四探針法測(cè)試實(shí)施例一~十一制得的摻氮石墨烯電極的電導(dǎo)率；同時(shí)以
0.5A/g的電流密度對(duì)實(shí)施例一~十一所制得的電化學(xué)電容器進(jìn)行充放電，測(cè)試其比電容(在一定電壓下，單位重量電容器的電容量)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0188]
【權(quán)利要求】
1.一種摻氮石墨烯材料的制備方法，其特征在于，包括: 取氧化石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的離子液體中，加入摻氮?jiǎng)?，?000~2000W的微波爐內(nèi)處理10~300分鐘，得到混合液； 將所述混合液置于離心機(jī)中，以1000~5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心I~30分鐘，倒出離子液體，得到摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯與離子液體。
2.如權(quán)利要求1所述的摻氮石墨烯材料的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨采用如下步驟制得:按質(zhì)量比1:3取石墨與高錳酸鉀加入0°C的濃硫酸中形成混合液，將混合液的溫度保持在(T10°C攪拌2小時(shí)；然后將混合液置于室溫水浴條件下攪拌24小時(shí)，再于冰浴條件下加入去離子水；15分鐘后向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，最后用稀鹽酸對(duì)抽濾得到的固體物進(jìn)行洗滌與抽濾，直至濾液呈中性；干燥固體物，得到氧化石墨；所述石墨與濃硫酸的固液比為Ig:23mL,所述石墨與去離子水的固液比為Ig:387mL,所述高錳酸鉀與過氧化氫的固液比為1:25mL。
3.如權(quán)利要求2所述的摻氮石墨烯材料的制備方法，其特征在于，所述石墨為天然磷片石墨、人造石墨和膨脹石墨中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的摻氮石墨烯材料的制備方法，其特征在于，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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.如權(quán)利要求1所述的 摻氮石墨烯材料的制備方法，其特征在于，所述摻氮?jiǎng)楣I(yè)氨水或尿素，所述工業(yè)氨水按石墨與工業(yè)氨水的固液比Ig:5~50mL的比例加入；所述尿素按石墨與尿素的質(zhì)量比1:1~20的比例加入。
6.摻氮石墨烯材料，其特征在于，所述摻氮石墨烯材料是通過權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述制備方法制得的，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
7.如權(quán)利要求6所述的摻氮石墨烯材料，其特征在于，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
8.一種摻氮石墨烯電極，其特征在于，所述摻氮石墨烯電極的材質(zhì)為權(quán)利要求6所述的摻氮石墨烯材料，所述摻氮石墨烯材料包括摻氮石墨烯和離子液體。
9.如權(quán)利要求8所述的摻氮石墨烯電極，其特征在于，所述離子液體為凝膠狀或凝固狀的離子液體；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。
10.一種電化學(xué)電容器，包括正極、隔膜和負(fù)極，其特征在于，所述正極和負(fù)極為權(quán)利要求8或9所述的摻氮石墨烯電極，所述隔膜為浸泡過離子液體的隔膜。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104008894SQ201310055679
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】周明杰, 王要兵, 袁新生 申請(qǐng)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