本發(fā)明屬于復合材料技術領域，涉及一種石墨烯-富勒烯復合材料及制備方法和用途。

背景技術：

電化學電容器(Electrochemical Capacitor，EC)，又稱超大容量電容器(Ultracapacitor)和超級電容器(Supercapacitor)，是一種介于電容器和電池之間的新型儲能器件。與傳統(tǒng)的電容器相比，電化學電容器具有更高的比容量。與電池相比，電化學電容器具有更高的比功率，可瞬間釋放大電流，充電時間短，充電效率高，循環(huán)使用壽命長，無記憶效應和基本免維護等優(yōu)點，因此在移動通訊、電動交通工具、航空航天等領域極具潛在的應用價值。

電化學電容器單元由一對電極、隔膜和電解質(zhì)組成，用于制作電化學電容器電極的材料主要包括碳基材料、金屬氧化物和導電聚合物等，其中碳基材料是目前工業(yè)化最成功的超級電容器電極材料，主要包括活性炭粉、活性炭纖維、碳納米管、納米碳纖維等，碳基材料性能穩(wěn)定，價格便宜，但電極內(nèi)阻較大，不適合在大電流下工作。

石墨烯作為一種二維單分子層材料，具有較高的比表面積和較高的電導率，是一種理想的電化學電容器電極材料，但石墨烯片層容易團聚，致使石墨烯片層的很多表面不能用于儲能，進而影響石墨烯的儲能容量。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯-富勒烯復合材料的制備方法以及由上述方法制備的復合物。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種石墨烯-富勒烯復合材料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)稱量以重量份數(shù)計的下列組分：石墨烯100份、富勒烯10～25份、三甲氧基氯硅烷5～10份，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于60～90℃加熱2～4小時，得到預活化料；

(3)稱量以重量份數(shù)計的納米氧化鈣1～5份和環(huán)氧樹脂1～5份，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在惰性氣體氣氛中于100～150℃活化0.5～2小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(1)中所述富勒烯具有如式I所示的結構：

其中：

R₁為C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈烯氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基；

R₂為氫、C₁-C₁₀的直鏈或支鏈烷氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈烯氧基、C₂-C₁₀的直鏈或支鏈炔氧基、苯氧基或萘氧基。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述納米氧化鈣的粒徑為100～200nm。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述惰性氣體選在氮氣、氖氣、氬氣中的任意一種。

一種通過上述方法制備的石墨烯-富勒烯復合材料。

上述石墨烯-富勒烯復合材料在電化學電容器中作為電極材料的用途。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的石墨烯-富勒烯復合材料中的石墨烯片層的團聚較低，使得該復合材料在作為電化學電容器中的電極材料使用時具有較高的儲能容量，并且制備方法簡單易行，適合大規(guī)模生產(chǎn)應用，極具市場前景。

具體實施方式

下面實施例將進一步舉例說明本發(fā)明。這些實施例僅用于說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1：石墨烯-富勒烯復合材料的生產(chǎn)。

(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基)苯基環(huán)戊烷并C₆₀富勒烯10g、三甲氧基氯硅烷5g，并將稱量后的物料于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于60℃加熱4小時，得到預活化料；

(3)稱量納米氧化鈣(粒徑100nm)1g和環(huán)氧樹脂1g，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在氮氣氣氛中于100℃活化2小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

實施例2：石墨烯-富勒烯復合材料的生產(chǎn)。

(1)稱量石墨烯100g、三(3-乙烯氧基)苯基環(huán)戊烷并C₆₀富勒烯25g、三甲氧基氯硅烷10g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于70℃加熱3.5小時，得到預活化料；

(3)稱量納米氧化鈣(粒徑110nm)5g和環(huán)氧樹脂5g，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在氮氣氣氛中于110℃活化1.5小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

實施例3：石墨烯-富勒烯復合材料的生產(chǎn)。

(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基-3-乙氧基)苯基環(huán)戊烷并C₆₀富勒烯15g、三甲氧基氯硅烷8g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于80℃加熱3小時，得到預活化料；

(3)稱量納米氧化鈣(粒徑130nm)2g和環(huán)氧樹脂2g，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在氖氣氣氛中于120℃活化1小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

實施例4：石墨烯-富勒烯復合材料的生產(chǎn)。

(1)稱量石墨烯100g、三(2-甲氧基-3-苯氧基)苯基環(huán)戊烷并C₆₀富勒烯25g、三甲氧基氯硅烷7g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于90℃加熱2小時，得到預活化料；

(3)稱量納米氧化鈣(粒徑160nm)5g和環(huán)氧樹脂5g，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在氬氣氣氛中于140℃活化0.5小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

實施例5：石墨烯-富勒烯復合材料的生產(chǎn)。

(1)稱量石墨烯100g、三(2-苯氧基-3-乙烯氧基)苯基環(huán)戊烷并C₆₀富勒烯20g、三甲氧基氯硅烷8g，并將稱量后的組分于室溫混合均勻，得到混合料；

(2)將步驟(1)中得到的混合料于70℃加熱3小時，得到預活化料；

(3)稱量納米氧化鈣(粒徑200nm)3g和環(huán)氧樹脂3g，并與步驟(2)中得到的預活化料于室溫混合均勻，然后在氬氣氣氛中于150℃活化0.5小時，得到石墨烯-富勒烯復合材料。

實施例6：石墨烯-富勒烯復合材料作為電化學電容器電極材料的應用。

按照石墨烯-富勒烯復合材料:粘接劑:導電材料＝75:10:15的質(zhì)量比，將實施例1至5中獲得的石墨烯-富勒烯復合材料、粘結劑和導電劑混合均勻，得到漿料；將上述漿料涂布在鋁箔上，經(jīng)真空90℃干燥1小時后切片處理，制得電極片。

選取兩片電極片，分別為正極片和負極片，并按照正極片、隔膜、負極片的順序疊片組裝成電芯，再用電池殼體密封電芯，隨后通過設置在電池殼體上的注液口往電池殼體里注入電解質(zhì)，密封注液口，得到電化學電容器。

對實施例1至5組裝的電化學電容器在電流密度0.5A/g下進行充放電測試，其比容量如表1所示。

表1

如表1所示，本發(fā)明制備的石墨烯-富勒烯復合材料在0.5A/g電流密度下的比容量都在180F/g以上，最高達到211F/g，說明本發(fā)明的復合材料具有優(yōu)異的儲能性能。

前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式；相反，根據(jù)上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的其它技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍旨在由所附的權利要求書及其等同形式所限定。