本發(fā)明專利技術(shù)涉及石墨材料。一種超薄石墨紙與氧化石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法包括以下步驟：將石墨與一種氧化劑、一種酸溶劑和一種保護(hù)劑混合均勻，在一定溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng),再超聲攪拌得到氧化石墨烯，用鹽酸和去離子水反復(fù)進(jìn)行離心洗滌接近中性，干燥得到氧化石墨烯。將另一份石墨與硝酸和雙氧水混合，再加入氫氟酸，溫度控制在70-80度內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)得到膨脹200～300倍的可膨脹石墨，經(jīng)脫水、脫酸、烘干得到高純度的可膨脹石墨。將上述氧化石墨烯與可膨脹石墨按1～4：1比例加入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，再將混合物通過(guò)旋流器進(jìn)入溫度大于950℃的膨脹爐中，膨脹后的蠕蟲石墨進(jìn)入料倉(cāng)，根據(jù)厚度要求對(duì)蠕蟲石墨進(jìn)行多次壓延，得到厚度最小厚度可達(dá)0.01mm的超薄石墨復(fù)合薄膜。本發(fā)明專利技術(shù)復(fù)合薄膜厚度薄，導(dǎo)熱率最高可達(dá)613W/m.k以上。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及石墨材料，尤其涉及一種基于石墨材料的復(fù)合薄膜的制備方法。
技術(shù)介紹
隨著科技的發(fā)展,石墨紙作為石墨深加工產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于密封材料,軍事，航天，國(guó)防，核工業(yè)等領(lǐng)域，起到了意想不到的好效果，較好的解決了以前用其它材料所不能解決的問(wèn)題，如用作密封材料，可以代替石棉解決密封不嚴(yán)，時(shí)間短不耐用等問(wèn)題。石墨紙被用在手機(jī)、筆記本等便攜式電子產(chǎn)品中是近幾年智能手機(jī)發(fā)展起來(lái)的事情，起到了很好的散熱效果，可以延長(zhǎng)連續(xù)使用時(shí)間而不發(fā)熱，提高了手機(jī)的使用壽命。但隨著人們對(duì)產(chǎn)品的使用要求越來(lái)越高，廠家研發(fā)向更輕，更薄，更美觀，更耐用等方面發(fā)展，就要求作為散熱保護(hù)膜的石墨紙具有更薄的厚度，更輕的質(zhì)量，傳熱速率更快。經(jīng)過(guò)科研人員的努力其厚度最薄可達(dá)0.04mm以上；其導(dǎo)熱率為300W/m.k.但是這樣的性能指標(biāo)雖然已經(jīng)可以應(yīng)用，但還不能達(dá)到研發(fā)人員的所期望的優(yōu)秀效果。本專利技術(shù)制備的超薄復(fù)合石墨薄膜進(jìn)一步更好地解決了上述的問(wèn)題，其超薄復(fù)合石墨薄膜最薄可達(dá)0.01mm,其導(dǎo)熱率可以達(dá)到613W/m.k以上。走環(huán)境保護(hù)型，資源節(jié)約型可持續(xù)的發(fā)展之路是全球各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總旨。因此電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車將可以大大改善空氣污染，節(jié)約寶貴的石油資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年電動(dòng)車和混合動(dòng)力車總擁有量超過(guò)150萬(wàn)輛，節(jié)約石油770萬(wàn)噸以上，減少CO2排放2330萬(wàn)噸。其中電動(dòng)車中一半以上用超級(jí)電容器作為電源動(dòng)力，超級(jí)電容器是一種新型能量存儲(chǔ)裝置，具有高功率密度(為普通電池的10倍以上)、高循環(huán)壽命(循環(huán)次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上)、快速充放電性能 好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動(dòng)通訊裝置、計(jì)算機(jī)、以及電動(dòng)汽車的混合電源等。通常超級(jí)電容器的主要由電極活性物質(zhì)層、電解質(zhì)、隔膜、集流體、外殼等組裝而成。現(xiàn)有的超級(jí)電容器的能量密度一般比較低，影響能量密度的因素主要有電極材料的電容，體系的電壓，電極材料占電極活性物質(zhì)層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重等等，因此，其中，降低集流體的質(zhì)量是一個(gè)有效的提高能量密度的方法。集流體是一種匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，主要功能是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)，提供電子通道，加快電荷轉(zhuǎn)移，提高充放電庫(kù)侖效率。作為集流體需要滿足電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好、質(zhì)量輕、內(nèi)阻小等特點(diǎn)。目前，大多數(shù)的文獻(xiàn)中或行業(yè)中，一般集流體正極采用鋁箔、負(fù)極采用銅箔，由于金屬集流體的密度較大，質(zhì)量較重，一般集流體的重量占整個(gè)電池的20-25%，則電極材料占整個(gè)電池的比重大大減少，最終導(dǎo)致超級(jí)電容器的能量密度較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供。本專利技術(shù)復(fù)合薄膜電導(dǎo)率高，機(jī)械性能好，質(zhì)量輕，內(nèi)阻小等特點(diǎn)，用于超級(jí)電容器中作為集流體，可達(dá)到十分理想的效果。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，它包括以下幾個(gè)步驟:氧化石墨烯的制備步驟:在20°C的溫度下將高純石墨與氧化劑、酸溶劑和一種保護(hù)劑按20~120:1:3~9混合均勻，稍加熱至35-40°C ;然后往混合物內(nèi)緩慢加部分純水并攪拌30分鐘，使物料放熱；再開啟加熱裝置使溫度升高至98°C，保持15分鐘，加部分純水冷卻混合物10分鐘，然后加入純水和30% H202再次放熱并冷卻至室溫，在功率為5~350W超聲攪拌5min~5h ;用鹽酸和純水反復(fù)進(jìn)行離心洗滌接近中性，干燥得到氧化石墨烯粉末；高純可膨脹石墨粉制備步驟:將高純石墨、濃硝酸和雙氧水按1:0.75:0.25的比例加入反應(yīng)罐中，溫度保持在16°C攪拌反應(yīng)2小時(shí)，再經(jīng)離心脫水洗滌至中性，在溫度小于80°C的條件下烘干得到高純可膨脹石墨粉；復(fù)合步驟:上述氧化石墨烯與高純可膨脹石墨按1:1~4比例加入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，再將混合物通過(guò)旋流器進(jìn)入溫度大于950°C的膨脹爐中，膨脹后的蠕蟲石墨進(jìn)入料倉(cāng)，根據(jù)厚度要求對(duì)蠕蟲石墨進(jìn)行至少八次壓延，最終得到厚度最小至0.02mm的超薄石 墨復(fù)合薄膜。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述氧化劑是高錳酸鉀、濃硝酸、重鉻酸鉀的一種。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述酸溶劑是選自氯磺酸、氟磺酸、三氟甲磺酸中的一種或幾種的組合。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述保護(hù)劑選自三氟乙酸；磷酸；正磷酸；偏磷酸；多磷酸；硼酸；三氟乙酸酐；磷酸酐；正磷酸酐；偏磷酸酐；多磷酸酐；硼酸酐中的一種或幾種的組合。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述氧化石墨烯的制備步驟中，前兩次加入的純水其用量與酸溶劑的比例相當(dāng)；第三次加入的純水和雙氧水和石墨的比例為100:1:1。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，純水其純度在I~10us/cm。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所用石墨為高純石墨-為100目到80目中的任一種，所述硝酸濃度為65%以上的濃硝酸，所述的雙氧水濃度為30%。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述的粘結(jié)劑為浙青、焦油或樹脂等有機(jī)物。所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，所述超薄石墨復(fù)合薄膜其含硫小于lOOOppm。本專利技術(shù)球磨機(jī)主要作用是將粘結(jié)劑顆粒和氧化石墨烯的單片層或多片層微石墨片與蠕蟲石墨均勻接觸，均勻分散在蠕蟲石墨中。本專利技術(shù)的加熱裝置溫度為200°C以上，主要起碳化作用，粘結(jié)劑在高溫下先融化再碳化，使氧化石墨烯單片層或多片層(小于5層)微粒鑲嵌在石墨膜層中或附著在石墨膜層表面，無(wú)論如何碾壓都不會(huì)造成其脫落。粘結(jié)劑的加入徹底解決了石墨烯單片層或多片層脫落的問(wèn)題，合成機(jī)理:經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的球磨，氧化石墨烯單片層或多片層(小于5層)微粒鑲嵌在石墨膜層中或附著在石墨膜層表面，因單片層石墨烯厚度僅有0.35nm，多片層厚度(5層)也只有3.094nm,而石墨膜層厚度最終為0.01mm,可以非常容易的嵌入或附著在石墨膜層表面。因石墨烯具有高導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率，高載流子遷移率，自由的電子移動(dòng)空間、高強(qiáng)度和硬度等特性，而石墨烯微片層均勻分散于石墨膜層中，極大的提高了石墨膜層的傳熱和傳輸電子的速度。在沒(méi)有石墨烯加入的膨脹石墨碾壓而成的石墨紙因其內(nèi)部有酸根如:N03_，SO42-, PO/—的殘留，其內(nèi)部電阻增大，其電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率相對(duì)較低，以市場(chǎng)上現(xiàn)有的超薄石墨紙厚度最小的0.04mm的超薄石墨紙為例,采用雙電橋法LDW-1型碳石墨制品電阻率測(cè)試儀測(cè)定，其電阻率4X 10_4S/m，采用激光閃射法用激光導(dǎo)熱儀來(lái)測(cè)其導(dǎo)熱率約為306W/m.Κ，而本專利技術(shù)的超薄石墨復(fù)合膜其厚度可達(dá)0.01mm，電阻率可達(dá)104S/m;導(dǎo)熱率為3X103W/m.K,遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的傳統(tǒng)產(chǎn)品。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有含硫量低，更高的導(dǎo)熱率，電導(dǎo)率高，機(jī)械性能好，質(zhì)量輕，內(nèi)阻小，能量密度高；整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不用硫酸，原料使用高純石墨，石墨中的含S、Cl、?6、&131、1%均小于500--111，因此最后產(chǎn)品可控的硫含量較低，小于600ppm。【具體實(shí)施方式】一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，它包括以下幾個(gè)步驟本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法其特征在于以下幾個(gè)步驟：氧化石墨烯的制備步驟：在20℃的溫度下將高純石墨與氧化劑、酸溶劑和一種保護(hù)劑按20～120：1：3～9混合均勻，稍加熱至35?40℃；然后往混合物內(nèi)緩慢加部分純水并攪拌30分鐘，使物料放熱；再開啟加熱裝置使溫度升高至98℃，保持15分鐘，加部分純水冷卻混合物10分鐘，然后加入純水和30％H2O2再次放熱并冷卻至室溫，在功率為5～350W超聲攪拌5min～5h；用鹽酸和純水反復(fù)進(jìn)行離心洗滌接近中性，干燥得到氧化石墨烯粉末；高純可膨脹石墨粉制備步驟：將高純石墨、濃硝酸和雙氧水按1：0.75：0.25的比例加入反應(yīng)罐中，溫度保持在16℃攪拌反應(yīng)2小時(shí)，再經(jīng)離心脫水洗滌至中性，在溫度小于80℃的條件下烘干得到高純可膨脹石墨粉；復(fù)合步驟：上述氧化石墨烯與高純可膨脹石墨按質(zhì)量比1：1～4比例加入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，再將混合物通過(guò)旋流器進(jìn)入溫度大于950℃的膨脹爐中，膨脹后的蠕蟲石墨進(jìn)入料倉(cāng)，根據(jù)厚度要求對(duì)蠕蟲石墨進(jìn)行至少八次壓延，最終得到厚度最小至0.02mm的超薄石墨復(fù)合薄膜。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法其特征在于以下幾個(gè)步驟: 氧化石墨烯的制備步驟:在20°c的溫度下將高純石墨與氧化劑、酸溶劑和一種保護(hù)劑按20~120:1:3~9混合均勻，稍加熱至35-40°C ;然后往混合物內(nèi)緩慢加部分純水并攪拌30分鐘，使物料放熱；再開啟加熱裝置使溫度升高至98°C，保持15分鐘，加部分純水冷卻混合物10分鐘，然后加入純水和30% H2O2再次放熱并冷卻至室溫，在功率為5~350W超聲攪拌5min~5h ;用鹽酸和純水反復(fù)進(jìn)行離心洗滌接近中性，干燥得到氧化石墨烯粉末； 高純可膨脹石墨粉制備步驟:將高純石墨、濃硝酸和雙氧水按1:0.75:0.25的比例加入反應(yīng)罐中，溫度保持在16°C攪拌反應(yīng)2小時(shí)，再經(jīng)離心脫水洗滌至中性，在溫度小于80°C的條件下烘干得到高純可膨脹石墨粉； 復(fù)合步驟:上述氧化石墨烯與高純可膨脹石墨按質(zhì)量比1:1~4比例加入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，再將混合物通過(guò)旋流器進(jìn)入溫度大于950°C的膨脹爐中，膨脹后的蠕蟲石墨進(jìn)入料倉(cāng)，根據(jù)厚度要求對(duì)蠕蟲石墨進(jìn)行至少八次壓延，最終得到厚度最小至0.02mm的超薄石墨復(fù)合薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的一種高純膨脹石墨與氧化石墨烯復(fù)合制備超薄復(fù)合石墨薄膜的方法，其特征在于，所述氧化劑是高錳酸鉀、濃硝酸、重鉻酸鉀的一種。3.如權(quán)利要求1所述的一種高純膨脹石墨與氧...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓玉鳳，崔廣宏，陳瑞，陳庚，王井柱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：黑龍江奧星能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：黑龍江;23
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