[發明專利]一種柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710718580.1
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107644994A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 白清友;毛亞;李永;劉雯;裴海娟;郭瑞
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;H01M12/08
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 周榮芳

技術領域

本發明涉及石墨烯復合材料制備技術領域，具體涉及一種柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜及其制備方法。

背景技術

石墨烯自2004年發現以來，以其獨特的電學、光學、熱學性能成為材料科學的新寵。石墨烯是一種單原子層石墨薄片，碳原子以六環密集排列形成二維平面，該特殊結構造就了石墨烯具有高比表面積、出色的導電性、導熱性和高機械強度等優異性能。然而二維形貌的石墨烯為降低表面張力而出現褶皺、重疊，這種熱力學上的不穩定導致石墨烯性能的變化，從而石墨烯在儲鋰與循環嵌入脫出能力上大打折扣。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜及其制備方法，以解決現有儲能器件活性比容量低、循環壽命差、柔性差的問題。

為達到上述目的，本發明提供了一種柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，包括1％-50％質量百分比的石墨烯、40-98％質量百分比的導電劑和1％-20％質量百分比的粘結劑；所述石墨烯的比表面積為100-2000m²/g。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，其中，所述石墨烯的厚度小于10nm。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，其中，所述導電劑為石墨、硅、錫、KB、CNT、VGCF、SP中的一種或多種。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，其中，所述粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一種或多種。

本發明還提供了一種上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將石墨烯和極性溶劑進行混合后，超聲并加入表面活性劑，得到高分散性石墨烯懸濁液；

步驟2：將步驟1所得到的高分散性石墨烯懸濁液與導電劑和粘結劑通過高速勻漿和超聲分散后，得到石墨烯復合材料漿料，再經抽濾、烘干后得到復合石墨烯材料粉體；

步驟3：將步驟2所得到的復合石墨烯材料粉體與極性溶劑混合后，經滾壓交聯并壓制成型，制得柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜的制備方法，其中，在步驟1中，所述石墨烯與極性溶劑的質量比為1/100-1/1000；所述極性溶劑為去離子水、酒精、乙二醇中的一種；所述表面活性劑的添加量為0.01mL-1mL；所述超聲的時間為10-50min。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜的制備方法，其中，在步驟2中，所述高速勻漿的轉速為500-8000轉/min；所述超聲分散的時間為10-60min；所述石墨烯復合材料漿料經抽濾后在50-80℃下烘干48-96h。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜的制備方法，其中，在步驟3中，所述復合石墨烯材料粉體與極性溶劑的質量比為1:10-1:100；所述壓制成型的壓制壓力為1-5Mpa。

本發明還提供了一種以上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜為電極材料所制備的電池。

本發明還提供了一種以上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜為儲鋰材料所制備的可穿戴設備。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

與現階段其他儲鋰材料相比，應用本發明制備的柔性自支撐復合石墨烯材料薄膜活性物質克容量大于400mAh/g，遠高于鋰離子電池石墨負極的320mAh/g的活性物質克容量。同時將該柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜應用在儲能領域具有儲鋰能力強、柔性可折疊等特點，應用于輕質柔性便攜式可穿戴設備等，可提高可穿戴設備的能量密度與使用壽命，進而推動輕質柔性便攜式設備的商業化應用。

附圖說明

圖1為本發明柔性自支撐復合石墨烯材料薄膜表面SEM圖；

圖2為本發明柔性自支撐復合石墨烯材料薄膜應用于鋰離子電池的循環充放電曲線圖；

圖3為本發明柔性自支撐復合石墨烯材料薄膜應用于鋰空氣電池中的首次放電曲線圖。

具體實施方式

以下結合附圖通過具體實施例對本發明作進一步的描述，這些實施例僅用于說明本發明，并不是對本發明保護范圍的限制。

本發明提供了一種柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，包括1％-50％質量百分比的石墨烯、40-98％質量百分比的導電劑和1％-20％質量百分比的粘結劑；所述石墨烯的比表面積為100-2000m²/g。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，其中，所述石墨烯的厚度小于10nm。

上述的柔性自支撐石墨烯復合材料薄膜，其中，所述導電劑為石墨、硅、錫、KB、CNT、VGCF、SP中的一種或多種。