技術領域

本發明涉及電化學電容器領域，特別是涉及一種石墨烯-聚離子液體復合電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

電化學電容器作為一種新型儲能器件，由于其充放電速率快、功率密度高、循環壽命長等優點，是繼鋰離子電池后又一極具應用潛力和開發價值的儲能器件。然而能量密度較低是制約電化學電容器發展和應用的一個關鍵因素，探索如何提電化學電容器的能量密度是目前該領域研究的重點。

根據能量密度的計算公式E=1/2CV²，提高能量密度主要從兩方面入手，一方面提高電化學電容器的電壓窗口；另外一方面是提高電極材料的比容量，這兩方面的提高都會帶來能量密度的提高。

電化學電容器的電壓窗口主要與電解液的耐壓范圍有關。離子液體是一種耐壓范圍較寬的電解液，其化學窗口可達到4-6V，能提高電化學電容器的電壓窗口，顯著增加電化學電容器的能量密度；而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。但離子液體由于粘度大，對電極材料的浸潤性較差，這使得電極材料的比容量較難提高。

發明內容

基于此，有必要提供一種與離子液體電解液有較高的浸潤性的石墨烯-聚離子液體復合電極材料及其制備方法。

一種石墨烯-聚離子液體復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

將石墨加入至濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，于0℃環境下攪拌混合均勻，然后向混合溶液中加入高錳酸鉀，混合均勻后于85℃環境下反應，再保持溫度向反應體系中加入去離子水稀釋，最后加入過氧化氫溶液，攪拌反應除去未反應的高錳酸鉀，對得到的混合物進行抽濾處理，抽濾得到的固體物依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥后得到氧化石墨；

將所述氧化石墨加入至去離子水中，超聲分散，再對得到的分散體系進行抽濾處理，抽濾后得到的固體物干燥后得到氧化石墨烯；

按照氧化石墨烯及聚離子液體的質量比為2.5~10:1的比例稱取所述氧化石墨烯及聚離子液體，并將稱取的所述氧化石墨烯與所述聚離子液體加入至溶劑中使所述氧化石墨烯的濃度為8~10mg/mL，超聲分散，將得到的混合溶液置于真空環境中過濾，再將過濾后得到的固體產物加熱至200~250°C，熱還原得到所述石墨烯-聚離子液體復合電極材料。

在其中一個實施例中，所述聚離子液體為聚（1-乙烯基-3乙基咪唑）雙三氟甲磺酰亞胺鹽；所述聚離子液體采用如下步驟制備：

按照1-乙烯基咪唑、溴乙烷、偶氮二異丁氰與雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的摩爾比為40~50:50~70:1:55~90的比例稱取所述1-乙烯基咪唑、所述溴乙烷、所述偶氮二異丁氰與所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽；

將稱取的所述1-乙烯基咪唑與所述溴乙烷在攪拌的條件下混合，并在40℃下攪拌反應，之后將反應體系的溫度調至60℃，并加入所述偶氮二異丁氰，反應，向反應后的體系中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽與蒸餾水，繼續攪拌反應，最后真空過濾反應得到的混合液，收集的固體物干燥后得到聚（1-乙烯基-3乙基咪唑）雙三氟甲磺酰亞胺鹽聚離子液體。

一種石墨烯-聚離子液體復合電極材料，采用上述方法制得。

該石墨烯-聚離子液體復合電極材料通過在具有較高的比表面積和電導率的石墨烯電極材料中增添聚離子液體形成復合電極材料，該復合電極材料中增添的聚離子液體，能增加復合電極材料與離子液體電解液的浸潤性，從而提高復合電極材料的比容量。因此，上述復合電極材料，具有高的比容量、優良的電導率以及與離子液體電解液有較高的浸潤性的優點。

且該石墨烯-聚離子液體復合電極材料的制備過程簡單，對設備要求低，可以廣泛推廣應用。

此外，還有必要提供一種含有上述石墨烯-聚離子液體復合電極材料的電極片及其制備方法以及使用該電極片的電化學電容器。

一種電極片，包括集流體以及涂覆在所述集流體上的電極漿料，所述電極漿料包括導電劑、粘接劑以及石墨烯-聚離子液體復合電極材料，所述石墨烯-聚離子液體復合電極材料包括上述方法制得的石墨烯及聚離子液體。

在其中一個實施例中，所述導電劑為乙炔黑，所述粘接劑為聚偏氟乙烯，所述集流體為鋁箔。

一種電極片的制備方法，包括如下步驟：