[發(fā)明專利]石墨烯電極片及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210480693.X
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103839695A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵;劉大喜
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/38;H01G11/28
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)電極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯電極片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

超級電容器(Supercapacitors)又稱電化學(xué)電容器(Electrochemical?Capacitors)或者雙電層電容器(Electric?Double?Layer?Capacitors)，它是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件，與傳統(tǒng)電容器相比具有更高比電容量和能量密度，與電池相比則具有更高的功率密度；由于超級電容器具有充放電速度快、對環(huán)境無污染和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，有希望成為本世紀(jì)新型的綠色能源。電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器電容性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，因此研究開發(fā)高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究工作的重要內(nèi)容。目前研究的超級電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導(dǎo)電聚合物電極材料。

目前雙電層超級電容器的電極材料主要為碳材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學(xué)領(lǐng)域作電極材料，碳材料是目前工業(yè)化最為成功的電極材料之一。目前，碳基電極材料的研究主要集中在研發(fā)具有高比表面積、內(nèi)阻較小的多孔碳材料等方面的研究。石墨烯具有高的比表面積、極好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性，通過氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價比較高，且穩(wěn)定性好，是超級電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的超級電容器將會比目前所有的超級電容器的能量存儲密度都高。

石墨烯作為活性材料使用時，由于石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)具有一定的剛性，與集流體的粘結(jié)性不是很好，涂布烘干處理后會會出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，導(dǎo)致電極片的壽命和電化學(xué)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種可以提高電化學(xué)電容器電極片的倍率性和壽命，同時又可以增強(qiáng)石墨烯與集流體粘結(jié)性的石墨烯電極片的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯電極片的制備方法，包括如下步驟：

按照質(zhì)量百分比，將0.4～4％的海藻酸鹽和36～39.6％的導(dǎo)電劑加入水溶劑中，攪拌均勻，得到導(dǎo)電層漿料；隨后將導(dǎo)電層漿料涂覆在集流體表面，經(jīng)烘干處理后，得到涂覆導(dǎo)電層的電極片；其中，所述導(dǎo)電層漿料中，水占質(zhì)量的60％；

按照質(zhì)量百分比，將36～38.4％的石墨烯、0.8～2％的導(dǎo)電劑、0.8～2％的海藻酸鹽加入水溶劑中，攪拌均勻，得到石墨烯漿料；隨后將石墨烯漿料涂覆在電極片的導(dǎo)電層表面，經(jīng)烘干處理后，得到石墨烯電極片；其中，所述石墨烯漿料中，水占質(zhì)量的60％。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，導(dǎo)電層漿料的涂層厚度為3～10μm；所述石墨烯漿料的涂層厚度為50～300μm。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述海藻酸鹽包括海藻酸鈉和/或海藻酸鉀。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述海藻酸鈉或海藻酸鉀中的立構(gòu)異體L-古羅糖醛酸和D-甘露糖醛酸的比值小于等于1.5。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述海藻酸鈉或海藻酸鉀中的數(shù)據(jù)分子量為50萬～100萬。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述海藻酸鈉或海藻酸鉀中的鈣雜質(zhì)含量小于等于0.3％。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述烘干處理是在80～10℃的烘箱中烘干處理6～12小時。

一種石墨烯電極片，該電極片采用上述任一方法制得；該石墨烯電極片可以被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)電容器中作為電極使用。

本發(fā)明提供的制備方法制得的石墨烯電極片，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1，低膨脹率，由于海藻酸鹽具有高模量、低延伸率的優(yōu)良特性，可以從整體上束縛極片的厚度變化，使石墨烯的膨脹轉(zhuǎn)向顆粒間的孔隙。從而降低電池膨脹率，從而延長電極片壽命；

2，高倍率性能，海藻酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)上分布著均勻的羧基，海藻酸鹽中的羧基能夠與不同石墨烯片層上的羥基形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)了石墨烯片層與片層之間的結(jié)合力，增強(qiáng)石墨烯片層之間的導(dǎo)電性，從而提高了倍率性能；

3，良好的長循環(huán)特性，一方面，海藻酸鹽中的羧基能夠與不同石墨烯片層上的羥基形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)了石墨烯片層與片層之間的結(jié)合力，當(dāng)電極局部被破壞時，這種強(qiáng)極性的羧基和負(fù)極活性物質(zhì)的羥基表現(xiàn)出良好的自修復(fù)效應(yīng)，從而保證了電極的穩(wěn)定性；另一方面，由于海藻酸鹽與電解液之間的低反應(yīng)活性，以及良好的耐電解液特性，循環(huán)過程中，負(fù)極活性物質(zhì)的部分表面被粘結(jié)劑較好的覆蓋，使得暴露在電解液中的負(fù)極活性物質(zhì)的表面大大減少，從而減少了電解液在負(fù)極活性物質(zhì)顆粒表面的不可逆消耗，保證了電池的長循環(huán)性能。