[發明專利]復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710043554.3
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106847529B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 孫蓉;姜莉;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: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 黃志云

本發明提供了一種復合電極材料及其制備方法。所述復合電極材料包括依次設置的碳基薄膜、多孔金屬層和電化學活性物質層，其中，所述電化學活性物質層在所述多孔金屬層表面原位生長形成。所述復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：提供碳基薄膜，采用電鍍法在所述碳基薄膜一表面沉積多孔金屬，制備多孔金屬層；在所述多孔金屬層表面原位生長電化學活性物質，制備電化學活性物質層。

技術領域

本發明屬于復合電極材料領域，尤其涉及一種復合電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的飛速發展，不可再生資源日益減少，環境污染也越發嚴重，這就迫切需要研發利用新型的高效綠色能源，然而這些都離不開電化學儲能。近年來，有關電化學儲能器件的研究較多，主要集中在鋰離子電池和超級電容器領域。它們可以提供良好的能量密度和功率密度，并且具有優異的循環性能，穩定性較好；有些甚至還具有柔性，可制備成可穿戴器件，從而擴展了其應用領域。因此，電化學儲能將持續成為綠色清潔能源中研究的熱點和重點，在市場中的份額也將越來越大。

電化學儲能器件的性能主要決定于電極材料。目前，大多數電化學儲能器件的電極制備方法如下：將具有電化學活性的金屬氧化物或者雙金屬氧化物、硫化物粉末與導電劑(炭黑，乙炔炭黑)，聚合物粘合劑(PVDF，聚偏氟乙稀)混合后，加入溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮后，攪拌得到均勻的糊狀物，然后涂布在集流體銅箔或者泡沫鎳上。這種制備方法制作的電極由于使用了熱導率很低的聚合物粘合劑，整個電極的內阻和熱導率都不理想。因此，在快速充放電時容易產生巨大的熱量，并且很難散發到環境中去，不利于器件的穩定性、循環性能和使用壽命的提高。現有常規的電源熱管理方案如增加器件附近空氣流動、使用熱沉等，都是間接的帶走器件的熱量從而起到降溫的作用，雖然能一定程度上降低器件溫度，然而這些都沒有從根本上解決器件的散熱問題。

目前有利用高導熱的石墨烯膜作為基底，并在其表面或者片層間沉積活電化學活性物質的方法。但由于引入了電導率很低的電化學活性物質，雖然電極的整體熱導率得到了提升，整個電極的電導率仍然較低，充放電時還是會產生較大熱量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合電極材料及其制備方法，旨在解決現有電極材料由于電極內阻較大、熱導率較低，導致充放電時產生巨大熱量、且難于散發，不利于提高器件的穩定性、循環性能和使用壽命的問題。

本發明是這樣實現的，一種復合電極材料，包括依次設置的碳基薄膜、多孔金屬層和電化學活性物質層，其中，所述電化學活性物質層在所述多孔金屬層表面原位生長形成。

以及，一種復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

提供碳基薄膜，采用電鍍法在所述碳基薄膜一表面沉積多孔金屬，制備多孔金屬層；

在所述多孔金屬層表面原位生長電化學活性物質，制備電化學活性物質層。

本發明提供的復合電極材料，以所述碳基薄膜作為基底，依次沉積有多孔金屬層和電化學活性物質層。所述復合電極材料作為一個整體電極，不僅不需要引入低熱導率的聚合物粘合劑材料，而且不需要使用集流體，從而有效的解決了整個電極的易發熱難散熱的缺點，同時提高了材料的利用率和大大降低了電化學儲能器件的總質量和厚度，提升了電化學儲能器件的循環性能和使用壽命。本發明提供的復合電極材料具有高導電導熱的可以直接應用于超級電容器和鋰離子電池的電極材料。

本發明提供的復合電極材料的制備方法，在所述多孔金屬層表面原位生長電化學活性物質，可以保留所述碳基薄膜較好的熱導率和電導率。此外，本發明方法操作簡單，整體實驗成本較低，反應條件溫和，易于大規模工業化生產。

具體實施方式

為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。