[發明專利]石墨烯電極片及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201210480694.4
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103839696A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵;劉大喜
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;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
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及電化學電極材料領域，尤其涉及一種石墨烯電極片及其制備方法和應用。

背景技術

電化學電容器(Supercapacitors)又稱電化學電容器(ElectrochemicalCapacitors)或者雙電層電容器(Electric?Double?Layer?Capacitors)，它是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能元件，與傳統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；由于電化學電容器具有充放電速度快、對環境無污染和循環壽命長等優點，有希望成為本世紀新型的綠色能源。電極材料是電化學電容器的重要組成部分，是影響電化學電容器電容性能和生產成本的關鍵因素，因此研究開發高性能、低成本的電極材料是電化學電容器研究工作的重要內容。目前研究的電化學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電聚合物電極材料。

目前雙電層電化學電容器的電極材料主要為碳材料，具有優良的導熱和導電性能、較高的比表面積，被廣泛用于電化學領域作電極材料，碳材料是目前工業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具有高比表面積、內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、極好的導電性、優良的導熱性，通過氧化石墨還原法獲得的石墨烯的性價比較高，且穩定性好，是電化學電容器的理想電極材料。使用石墨烯制造出的電化學電容器將會比目前所有的電化學電容器的能量存儲密度都高。但是實際制備出來的石墨烯電極材料由于團聚等原因，容量偏低，水系中容量為135F/g，有機系容量99F/g，距離理論容量(550F/g)相差較遠。由于石墨烯的片狀結構，片層內導電率高，片層直接電導率較低，影響倍率性；同時石墨烯在充放電過程中的結構變化導致極片壽命降低，影響器件壽命。

發明內容

本發明所要解決的問題在于提供一種可以提高電化學電容器電極片的倍率性和壽命的石墨烯電極片的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種石墨烯電極片的制備方法，包括如下步驟：

按照質量百分比，依次將0.4～4％的海藻酸鹽和36～39.6％的石墨烯加入水溶劑中，攪拌均勻，得到石墨烯漿料；其中，所述石墨烯漿料中，水占總質量的60％；

將石墨烯漿料涂覆在集流體表面，干燥后，得到石墨烯電極片。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，所述海藻酸鹽加入水溶劑中，需在真空狀態下不斷進行研磨攪拌的。

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據分子量為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含量小于等于0.3％。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，石墨烯加入水溶劑中也是在真空中進行攪拌的。

所述石墨烯電極片的制備方法，其中，攪拌均勻后得到的石墨漿料還需要用150目的篩網進行精細化過濾處理。

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用于電化學電容器中作為電極使用。

本發明提供的制備方法制得的石墨烯電極片，具有以下優點：

1，低膨脹率，由于海藻酸鹽具有高模量、低延伸率的優良特性，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，海藻酸鹽的鏈狀結構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鍵，從而增強了石墨烯片層與片層之間的結合力，增強石墨烯片層之間的導電性，從而提高了倍率性能；

3，良好的長循環特性，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鍵，從而增強了石墨烯片層與片層之間的結合力，當電極局部被破壞時，這種強極性的羧基和負極活性物質的羥基表現出良好的自修復效應，從而保證了電極的穩定性；另一方面，由于海藻酸鹽與電解液之間的低反應活性，以及良好的耐電解液特性，循環過程中，負極活性物質的部分表面被粘結劑較好的覆蓋，使得暴露在電解液中的負極活性物質的表面大大減少，從而減少了電解液在負極活性物質顆粒表面的不可逆消耗，保證了電池的長循環性能。

附圖說明

圖1為一具體實施方式提供的電化學電容器的制備工藝流程圖；