一种石墨箔电极的制备方法及其储能应用技术

本发明专利技术涉及一种石墨箔电极的制备方法，包括如下步骤：S1、配制插层试剂A和插层试剂B；S2、组成三电极体系；S3、在插层试剂A中，采用循环伏安技术进行第一步部分剥离，得到一次电化学剥离的石墨箔；S4、在插层试剂B中，采用CVA技术进行第二步深度部分剥离，得到深度部分剥离石墨箔电极；S5、将深度部分剥离石墨箔电极清洗，备用。本发明专利技术的有益效果是：通过NO

【技术实现步骤摘要】
一种石墨箔电极的制备方法及其储能应用
本专利技术属于电化学材料领域，具体涉及一种石墨箔电极的制备方法及应用。
技术介绍
电化学剥离法是制备高质量石墨烯的有效方法，而且操作简单、耗时少、绿色环保。其原理是利用电场力的作用，使电解液离子插入到石墨层中，减弱石墨层间范德华力，通过反复的离子嵌入与脱出以及电解液分解产生的气泡将石墨层撑开，因此其制备的石墨烯片层缺陷少，能较好的保持本征石墨烯优良的理化特性。用于石墨烯电化学剥离的电解质主要有离子液体和无机酸溶液及其盐溶液(如HNO3、H2SO4、H3PO4、HClO4、(NH4)2SO4、LiClO4等)。但是，采用离子液体剥离石墨烯，产率较低、尺寸较小。无机酸溶液产生石墨烯质量更好，横向尺寸更大。阴离子插层-剥离是通过阳极氧化过程实现的，剥离的过程中石墨烯表面引入适量的含氧官能团，可以提高电极的赝电容。现有技术中的电化学剥离法，剥离后的石墨烯片或石墨层片与石墨基体分离得较为彻底，石墨烯会从石墨基底上完全脱落，因此制备得到的是高分散的石墨烯水溶液。所以，想要获得石墨烯基电极，还需要利用电化学剥离法得到的石墨烯分散液进行后续制作。然而后续制作石墨烯电极过程中，通常以泡沫镍或不锈钢网为载体，大大增加了电极整体重量；而且由于电极活性材料的载量一般<1.0mgcm-2，导致电极的面积容低，难以满足实际应用的需求。随着电极材料载量的增加，石墨烯片层会自发的堆叠从而减小用于电荷储存的实际表面积，并且伴随着内阻增加，在高电流密度下充放电时，电容性能表现较差。r>超级电容器因具有比锂离子电池更高的功率密度和更长的循环寿命而备受关注。石墨烯基材料由于其优异的导电性，较高的理论容量(550Fg-1)被广泛用于超电电容器电极基底/集流体材料以及储能活性材料。然而现有技术中一般先采用电化学剥离法获得高分散的石墨烯水溶液，再利用上述石墨烯水溶液进行后续电极制作，因此，获得的超级电容器电极材料也会存在电容性表现较差的问题。因此，亟需一种能够制备出高面积容量、电容性能好的石墨烯基电极的方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服现有技术的不足，解决现有技术中的电化学剥离法制备石墨烯存在的石墨烯片层会自发的堆叠从而减小用于电荷储存的实际表面积的问题，本专利技术提供一种石墨箔电极的制备方法。另一方面，为解决现有技术中石墨烯基材料用于超级电容器材料存在的电容性能表现较差的问题，本专利技术还提供一种深度部分剥离石墨箔电极在超级电容器材料方面的应用。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种石墨箔电极的制备方法，包括如下步骤：S1、配制插层试剂：配制一定浓度的插层试剂A和插层试剂B，作为电解液待用；S2、组成电极体系：以石墨箔为工作电极，铂片和甘汞电极分别为对电极和参比电极，组成三电极体系；S3、第一步电化学剥离：将步骤S1得到的插层试剂A加入电解池，采用循环伏安技术对石墨箔进行第一步部分剥离，得到一次电化学剥离的石墨箔；S4、第二步电化学剥离：在插层试剂B的作用下，采用CVA技术对步骤S3得到的一次电化学剥离的石墨箔进行第二步深度部分剥离，得到深度部分剥离的石墨箔电极；S5、后处理：将步骤S4得到的深度部分剥离石墨箔电极清洗，备用；插层试剂A呈现弱碱性，其阴离子在电化学剥离下产生气体，使得石墨箔电极表面翘起；插层试剂B包括两种化合物，一种化合物的阴离子完全插层到石墨层间，另一种化合物的阴离子部分插入到石墨层间，两种阴离子协同作用对石墨箔进行深度部分剥离。根据本专利技术，所述步骤S1中，插层试剂A为K2CO3溶液；插层试剂B为KNO3和H3PO4的混合溶液。根据本专利技术，K2CO3溶液的浓度为0.5M，KNO3和H3PO4的混合溶液中，KNO3的浓度为0.5M，H3PO4的浓度为1.5M。根据本专利技术，所述步骤S2中，石墨箔工作电极的面积为1×1cm2。根据本专利技术，所述步骤S3中，电位范围为0.5～1.8V，扫描速率为20mVs-1，对石墨箔工作电极进行7次扫描。根据本专利技术，所述步骤S4中，电位范围为-0.9～1.8V，扫描速率为50mVs-1，对一次电化学剥离电极进行5次扫描，每次均在1.8V电位处停留10min，在-0.9V电位处停留2min。本专利技术还提供一种超级电容器电极材料，包含上述方法制备得到的深度部分剥离石墨箔电极。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术的石墨箔电极的制备方法，通过NO3-，PO43-两种协同插层离子的选择，实现对商用石墨箔的原位深度部分剥离。进一步地，所制备的电极材料通过严格控制电化学剥离参数，使大量小的石墨单元(例如石墨烯、石墨片)从石墨箔基体中部分剥开，而非完全剥落进入溶液。剥离开的石墨单元均匀布满基底表面，且与基底无缝连接，并近乎呈垂直取向，形成三维快速导电网络。本专利技术的石墨箔电极的制备方法，制备得到的深度部分剥离石墨箔电极，在剥开的石墨单元中引入了适量含氧官能团和插层离子，可有效增加其赝电容。另一方面，得到的深度部分剥离石墨箔电极，由于在碳电极表面形成直立的且与基底之间无缝连接的石墨烯片层，故构建形成三维导电碳电极，可为后续在其表面原位生长过渡金属或导电聚合物等赝电容材料提供巨大的比表面积和快速电子传输通道。因此将本专利技术制备得到的深层部分剥离石墨箔电极直接用于超级电容器中，可获得宽的储能电位窗、超高的面积比容量、良好的倍率性能和循环寿命。此外，本专利技术的制备方法得到的深度部分剥离石墨箔电极，具有良好的机械柔性，可缓冲循环储能过程中电极材料体积变化引起的稳定性问题，提高电极材料使用寿命。附图说明图1a、1d是对比例1中经过NO3-插层离子剥离的石墨箔(N-EG)的形貌图；图1b、1e是对比例2中经过PO43-插层离子剥离的石墨箔(P-EG)的形貌图；图1c、1f是本专利技术中经过NO3-，PO43-两种插层离子剥离的石墨箔(NP-EG)的形貌图；图2是经过一次电化学剥离的石墨箔(EG)、经过NO3-插层离子剥离的石墨箔(N-EG)、经过PO43-插层离子剥离的石墨箔(P-EG)以及经过NO3-，PO43-两种插层离子剥离的石墨箔(NP-EG)的XRD曲线；图3a是经过NO3-插层离子剥离的石墨箔(N-EG)、经过PO43-插层离子剥离的石墨箔(P-EG)以及经过NO3-，PO43-两种插层离子剥离的石墨箔(NP-EG)的XPS全谱；图3b是经过NO3-插层离子剥离的石墨箔(N-EG)的XPS碳1s谱图；图3c是经过PO43-插层离子剥离的石墨箔(P-EG)的XPS碳1s谱图；图3d是经过NO3-，PO43-两种插层离子剥离的石墨箔(NP-EG)的XPS碳1s谱图；图4a是N-EG、P-EG和NP-EG的循环伏安曲线；图4b是N-EG、P-EG和NP-EG在5mAcm-2电流密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨箔电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、配制插层试剂：配制一定浓度的插层试剂A和插层试剂B，作为电解液待用；/nS2、组成电极体系：以石墨箔为工作电极，铂片和甘汞电极分别为对电极和参比电极，组成三电极体系；/nS3、第一步电化学剥离：将步骤S1得到的插层试剂A加入电解池，采用循环伏安技术对石墨箔进行第一步部分剥离，得到一次电化学剥离的石墨箔；/nS4、第二步电化学剥离：在插层试剂B的作用下，采用CVA技术对步骤S3得到的一次电化学剥离的石墨箔进行第二步深度部分剥离，得到深度部分剥离的石墨箔电极；/nS5、后处理：将步骤S4得到的深度部分剥离石墨箔电极清洗，备用；/n插层试剂A呈现弱碱性，其阴离子在电化学剥离下产生气体，使得石墨箔电极表面翘起；/n插层试剂B包括两种化合物，一种化合物的阴离子完全插层到石墨层间，另一种化合物的阴离子部分插入到石墨层间，两种阴离子协同作用对石墨箔进行深度部分剥离。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨箔电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配制插层试剂：配制一定浓度的插层试剂A和插层试剂B，作为电解液待用；
S2、组成电极体系：以石墨箔为工作电极，铂片和甘汞电极分别为对电极和参比电极，组成三电极体系；
S3、第一步电化学剥离：将步骤S1得到的插层试剂A加入电解池，采用循环伏安技术对石墨箔进行第一步部分剥离，得到一次电化学剥离的石墨箔；
S4、第二步电化学剥离：在插层试剂B的作用下，采用CVA技术对步骤S3得到的一次电化学剥离的石墨箔进行第二步深度部分剥离，得到深度部分剥离的石墨箔电极；
S5、后处理：将步骤S4得到的深度部分剥离石墨箔电极清洗，备用；
插层试剂A呈现弱碱性，其阴离子在电化学剥离下产生气体，使得石墨箔电极表面翘起；
插层试剂B包括两种化合物，一种化合物的阴离子完全插层到石墨层间，另一种化合物的阴离子部分插入到石墨层间，两种阴离子协同作用对石墨箔进行深度部分剥离。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶银坚，
申请(专利权)人：肇庆学院，
类型：发明
国别省市：广东;44