[發明專利]高導熱石墨烯復合膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611266386.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108257792B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 孫蓉;趙波;符顯珠
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 左光明

本發明公開了一種高導熱石墨烯復合膜及其制備方法、電極和超級電容器。本發明高導熱石墨烯復合膜包括石墨烯和結合在所述石墨烯表面的M_xO_y氧化物顆粒。本發明高導熱石墨烯復合膜結構穩定，導電和導熱性能優異，循環性能和倍率性能高。本發明制備方法流程簡單，易于操作，成本低，產率高，反應條件溫和，能耗低，適用于工業化大規模生產。本發明電極和超級電容器在充放電過程中結構穩定，內阻低，導電性能、導熱性能和循環性能以及倍率性能優異。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，特別涉及一種高導熱石墨烯復合膜及其制備方法和應用。

背景技術

超級電容器(或電化學電容器)是一種介于傳統電容器和二次電池的新型儲能裝置，具有功率密度高，充放電速度快，循環壽命長，維護成本低等優點。超級電容器具有比傳統介電電容器更大的能量密度和比電池更高的功率密度，在應急電源、混合動力、數碼產品、電子通訊等領域有廣闊的應用前景。與傳統的電容器相比，超級電容器的電容值要遠遠高于傳統電容器的電容值，所以稱之為超級電容器。超級電容器采用表面儲能技術，依靠材料表面與電解液間形成的雙電層來實現電能的直接存儲，可在較短充放電周期內提供高功率和大電流密度。根據儲能機制的不同可以分為雙電層電容和贗電容。超級電容器是由電極、電解液和隔膜組成。除了電極對超級電容器的性能起決定作用之外，隔膜、集流體和電解液等組成部分也會影響其整體性能，所以在設計電容器時都需予以考慮。

電極材料是限制超級電容器發展的關鍵因素之一，近年來科研人員發展了一些高性能的電極材料，NiCo₂O₄、MnCo₂O₄等雙金屬氧化物，但是這些電極材料都面臨一個嚴重的問題就是在循環過程中由于活性物質的巨大體積膨脹和團聚導致活性材料從極片上破碎或粉化產生脫落，進而影響超級電容器的循環壽命以及安全性能。

為了解決超級電容器的電極材料在充放電過程中存在的粉化問題并進一步提高電極材料的結構穩定性，科研工作者提出采用特殊的設計的納米結構來解決這些問題，如空心的納米結構可以緩沖體積膨脹的問題、碳包覆技術來限制材料的體積膨脹同時提高活性材料的導電性，然而這些方法也都有其相應的負面影響，空心結構降低了材料的質量密度，包覆結構會阻礙電子和離子的傳輸與傳導等等。

超級電容器電極的傳統制作方法是將電極材料粉末與導電劑(炭黑、乙炔黑)、粘結劑(聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯)和溶劑混勻后調成糊狀，涂覆于集流體上，干燥后壓片。傳統的電極制作過程繁瑣費時，且導電劑和粘結劑的加入增加了整個器件的質量，粘結劑的引入可能堵塞電極材料的孔隙，降低材料的利用率以及增加電極的內阻。另外，粘結劑大部分為高分子有機物，導熱系數都很低，這樣非常不利于電極材料的散熱性能。

超級電容器在充放電過程中也會產生大量的熱量，如果這些熱量不能及時的散發出去勢必會影響其性能。超級電容器傳統的散熱方法一般都是在電池外圍加入一些散熱器等器件或者是減小電極的面積等方法，但這些方法都不能及時有效的將熱量散出。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種高導熱石墨烯復合膜及其制備方法，以解決現有電極材料結構不穩定，導熱性能不理想的技術問題。

發明的另一目的在于提供電極和超級電容器，以解決現有電極結構穩定性差，內阻大，導熱性差從而影響超級電容器電學性能的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明一方面，提供了一種高導熱石墨烯復合膜。所述高導熱石墨烯復合膜包括石墨烯和在所述石墨烯表面結合的M_xO_y氧化物顆粒；其中，M為過渡金屬元素。

本發明另一方面，提供了一種高導熱石墨烯復合膜的制備方法。所述制備方法包括如下步驟：