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一種石墨烯的制備方法_2

文檔序號:8918135閱讀:來源:國知局
所述表面活性劑包含潤濕劑、分散劑、滲 透劑、增溶劑、助溶劑、潛溶劑中的至少一種;所述表面活性劑占工作層質(zhì)量的〇. 1-10%, 所述表面活性劑占電解液質(zhì)量的〇. 1-10%。
[0020] 作為本發(fā)明石墨烯制備方法的一種改進(jìn),所述潤濕劑為陰離子型或/和非離子型 潤濕劑;所述分散劑為脂肪酸類/脂肪族酰胺類/酯類分散劑、石蠟類、金屬皂類、低分子蠟 類、HPM中的至少一類;所述滲透劑為非離子型或/和陰離子型滲透劑;所述陰離子型潤濕 劑包括烷基硫酸鹽、磺酸鹽、脂肪酸或脂肪酸酯硫酸鹽、羧酸皂類和磷酸酯中的至少一種; 所述非離子型潤濕劑包括聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段 共聚物中的至少一種;所述分散劑為乙烯基雙硬脂酰胺、油酸酰、硬脂酸單甘油酯、三硬脂 酸甘油酯、液體石蠟、微晶石蠟、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟和聚乙二醇中的 至少一種;所述非離子型滲透劑包含JFC、JFC-I、JFC-2和JFC-E中的至少一種;所述陰離 子型滲透劑包含快速滲透劑T、耐堿滲透劑0EP-70、耐堿滲透劑AEP和高溫滲透劑JFC-M中 的至少一種;所述助溶劑包括苯甲酸、苯甲酸鈉、水楊酸、水楊酸鈉、對氨基苯甲酸、烏拉坦、 尿素、酰胺、乙酰胺、硼砂和碘化鉀中的至少一種;所述潛溶劑包括乙醇、甘油、丙二醇和聚 乙二醇中的至少一種。
[0021] 作為本發(fā)明石墨烯制備方法的一種改進(jìn),為了改變電子電阻和離子阻抗,調(diào)節(jié)剝 離反應(yīng)速度,步驟4所述剝離反應(yīng)過程中,施加于預(yù)反應(yīng)體上的壓強(qiáng)為0.0 IMPa-lOOMPa,反 應(yīng)溫度控制在〇°C _150°C,反應(yīng)時間為lmin-48h。
[0022] 作為本發(fā)明石墨烯制備方法的一種改進(jìn),步驟1所述工作層中或/和所述輔助層 中還含有導(dǎo)電劑或/和粘接劑;所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑、超級導(dǎo)電炭、碳納米管、科琴黑 和石墨烯中的至少一種;所述粘接劑包括聚偏氟乙烯、十二烷基苯磺酸鈉和丁苯橡膠中的 至少一種。
[0023] 作為本發(fā)明石墨烯制備方法的一種改進(jìn),步驟5所述純化方式包括洗滌、離心、靜 置沉降和過濾中的至少一種。
[0024] 一種使用本發(fā)明的方法制備出來的石墨烯,以及使用該石墨烯制備的儲能器件、 熱導(dǎo)器件、電導(dǎo)器件。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于:與傳統(tǒng)的石墨烯制備方法不同,采用本方法制備石墨烯 時:
[0026] 首先,極大的降低了生產(chǎn)過程中的安全隱患和環(huán)境污染問題:本發(fā)明所使用的反 應(yīng)物無腐蝕性、剝離反應(yīng)較為溫和、且不需要特別的高溫加熱,因此大批量生產(chǎn)時安全性 高;同時,制備得到的產(chǎn)物雜質(zhì)含量低,僅需要簡單清洗即得到純凈的石墨烯,因此所產(chǎn)生 的廢水量少,環(huán)境污染小。
[0027] 其次,極大的簡化了生產(chǎn)工藝:本發(fā)明制備石墨烯時,僅需要將含有碳材料的工作 層附著于工作集流體上得到工作電極;再將含有動力源物質(zhì)的輔助層附著于輔助集流體上 得到輔助電極;之后工作電極與輔助電極直接組裝得到預(yù)反應(yīng)體,即可進(jìn)行注液,進(jìn)而進(jìn) 行石墨剝離反應(yīng)制備得到石墨烯,而不需要將電極組裝成成品電芯,極大的減少了生成工 藝,降低了制造成本。
[0028] 第三,本發(fā)明制備石墨烯時,在離子通道與電子通道同時導(dǎo)通時,輔助層中活性物 質(zhì)將自發(fā)的與工作層中的石墨進(jìn)行反應(yīng),剝離石墨,而不需要在工作電極與輔助電解之間 設(shè)置隔離層,簡化了反應(yīng)物結(jié)構(gòu),也可降低制造成本;
[0029] 第四,更容易制備石墨片層數(shù)量少的石墨烯:由于有表面活性劑的存在,剝離開之 后的石墨片層將迅速被表面活性劑包圍,防止生成的石墨烯相互堆疊,從而降低了制備石 墨烯的難度,更容易制備得到片層數(shù)量少的石墨烯。
[0030] 最后,本發(fā)明制備的石墨烯,僅僅是將石墨片層剝離制備石墨烯,無需破壞石墨片 層結(jié)構(gòu),因此制備出來的石墨烯缺陷少(或無缺陷)、品質(zhì)高。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明,但本發(fā)明的實施方 式不限于此。
[0032] 比較例1,預(yù)反應(yīng)漿料配制:按照石墨:高錳酸鉀:濃硫酸(質(zhì)量濃度為98% ): 硝酸鈉=2. 5:4. 5:50:1的質(zhì)量關(guān)系,在6°C的反應(yīng)器,加入濃硫酸(濃度為98%)、硝酸鈉、 石墨和高錳酸鉀,攪拌均勻后得到預(yù)反應(yīng)漿料;
[0033] 低溫反應(yīng):將上述得到的預(yù)反應(yīng)漿料置于6°C的環(huán)境下反應(yīng)4h,即得到低溫反應(yīng) 產(chǎn)物;
[0034] 稀釋液制備:按照去離子水:低溫反應(yīng)產(chǎn)物=0. 5:1的質(zhì)量關(guān)系,選擇25°C的去 離子水作為稀釋劑,向上述低溫反應(yīng)產(chǎn)物中緩慢加入稀釋,觀察并記錄加料時間、物料溫度 變化及稀釋過程的現(xiàn)象。
[0035] 高溫反應(yīng):將上述得到的稀釋液升溫至90°C,之后保持溫度進(jìn)行2h的高溫反應(yīng), 即得到接枝氧化官能團(tuán)的氧化石墨漿料;
[0036] 純化:用去離子水對上述氧化反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌一過濾一洗滌一過濾一…… 操作,將其中的雜離子去除,得到純凈的氧化石墨,之后干燥、粉粹得到氧化石墨粉。
[0037] 解理:將上述氧化石墨粉在氮?dú)夥障?,升溫?00°C,解理得到石墨烯粉體。
[0038] 實施例1,
[0039] 工作電極的制備:按照膨脹石墨:超級導(dǎo)電碳:丁苯橡膠=96:3:1的質(zhì)量關(guān)系配 制漿料,之后涂敷在銅箔集流體上制備得到工作電極;
[0040] 輔助電極的制備:按照磷酸鐵鋰:導(dǎo)電炭黑:聚偏氟乙烯=95:4:1的質(zhì)量關(guān)系配 制漿料,之后涂敷在鋁箔集流體上制備得到輔助電極;
[0041] 組裝:將工作電極與輔助電極分切成相同形狀,之后直接組裝,使得工作層與輔助 層完全對應(yīng),并得到預(yù)反應(yīng)體。
[0042] 石墨烯反應(yīng)體的制備:以碳酸丙烯酯:碳酸二甲酯=1:1的混合液作為溶劑、 lmol/L的六氟磷酸鋰為溶質(zhì)的溶液作為初始電解液(反應(yīng)液);再在該初始電解液中加入 聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性劑,且其質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的20%。將電解液注入預(yù)反應(yīng) 體中,待其充分浸潤后,對預(yù)反應(yīng)體置于150°C環(huán)境中,同時施加 IMPa的面壓,使得膨脹石 墨與磷酸鐵鋰之間同時形成離子通道和電子通道,即可自發(fā)進(jìn)行膨脹石墨的剝離,Ih后得 到石墨稀反應(yīng)體。
[0043] 純化:拆解上述石墨烯反應(yīng)體,將工作電極與輔助電極分開,之后再將工作層從集 流體上剝離開來,通過洗滌,過濾,去除雜質(zhì),得到石墨烯漿料;干燥后即得到石墨烯粉體材 料。
[0044] 實施例2,與實施例1不同,本實施例包括:
[0045] 工作電極的制備:按照膨脹石墨:超級導(dǎo)電碳:丁苯橡膠:聚乙稀P比略燒酮= 75:4:1:20的質(zhì)量關(guān)系配制漿料,之后涂敷在銅箔集流體上制備得到工作電極;
[0046] 石墨烯反應(yīng)體的制備:以碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯=1:1的混合液作為溶劑、 I. lmol/L的六氟磷酸鋰為溶質(zhì)的溶液作為電解液(反應(yīng)液)。將電解液注入預(yù)反應(yīng)體中, 待其充分浸潤后,對預(yù)反應(yīng)體置于150°C環(huán)境中,同時施加 IMPa的面壓,使得膨脹石墨與磷 酸鐵鋰之間同時形成離子通道和電子通道,即可自發(fā)進(jìn)行膨脹石墨的剝離,Ih后得到石墨
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