[發明專利]一種納米纖維素基柔性復合電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710733256.7
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107610939A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 王習文;李仁坤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/30;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于電極材料制備技術領域，具體涉及一種納米纖維素基柔性復合電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著科技的發展，柔性電子產品迅猛發展，輕量化、柔性化、可折疊的電子設備一時成為了研究者研究的對象，而相應的要發展與之相對應的柔性能源存儲設備。2009年，可伸縮的基礎技術從醫學值入研究發展到了可伸縮儲能器件的研究中，2013年，美國西北大學的黃永剛教授和美國的伊利諾伊大學的John A.Rogers教授在Nat.Commun.雜志上發表了一篇關于柔性可伸縮電池的電極結構的文章。目前，研究者們對柔性電子設備以及柔性能源存儲設備研究越來越深入。

濕法造紙工藝技術在我國已經很成熟，目前，圓網紙機和斜網紙機是生產特種紙不可缺少的工藝設備，都有著各自的優點，圓網紙機紙頁的縱橫拉力比較小，適合小產量的特種紙的生產，圓網紙機上網濃度低，生產的紙張勻度好，透氣度高，但目前采用濕法造紙的工藝制備柔性電極材料卻鮮有報道。

纖維素是地球上豐富的可再生資源，可降解、綠色環保，具備良好的成膜性能以及柔軟度，納米纖維素不僅和普通纖維素一樣綠色環保可再生，而且由于尺寸小而具備更優異的力學、光學、熱學等性能，使得納米纖維素在諸多領域都得到運用。

超級電容器結合了電池和傳統電容器的優勢，有著的高的能量密度和功率密度，此外，由于其充放電時間短、循環穩定性高等優點被作為很多儀器設備的備用電源，被廣泛運用在能源設備、動力等眾多領域。而鋰離子電池擁有著高能量密度、高容量等優點。制備柔性的超級電容器和鋰離子電池電極材料對電極材料的發展具有重大意義。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種納米纖維素基柔性復合電極材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的納米纖維素基柔性復合電極材料。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種納米纖維素基柔性復合電極材料的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將納米纖維素、石墨烯，加入或者不加入活性物質，混合后加入到蒸餾水中混合均勻、打漿、超聲處理，得到混合漿料；

(2)將步驟(1)所得混合漿料通過濕法造紙工藝抄造成型，干燥后得到所述納米纖維素基柔性復合電極材料。

優選地，所述的納米纖維素尺寸為10～100nm，所述的石墨烯是指單層石墨烯。

優選地，所述的活性物質為二氧化錳、聚苯胺、鈦酸鋁和磷酸亞鐵鋁中的至少一種。

優選地，所述的抄造成型是指在圓網紙機或斜網紙機上抄造成型，抄造成型的定量為5～30g/m²，厚度為10～100μm。

優選地，所述干燥的溫度為105℃。

一種納米纖維素基柔性復合電極材料，通過上述方法制備得到。

本發明采用的納米纖維素結晶度高、力學性能優異，在整個電極材料中起著支撐增強的作用。

石墨烯是由碳原子堆疊而成，以sp²雜化的方式排列，是一種單層的，蜂窩狀的晶體，由于其特殊的結構使得其擁有優異的力學、電學等性能，其比表面積大，有著優異的雙電層電容性能。

超級電容器電極材料二氧化錳和聚苯胺成本低，均有著優異的贗電容性能，本發明可利用二氧化錳、聚苯胺和石墨烯混合制備柔性復合電極材料，能綜合發揮石墨烯優異的雙電層電容性能和二氧化錳、聚苯胺優異的贗電容性能，使得復合電極材料總體的電化學性能得到大幅度的提高。鋰離子電極材料鈦酸鋰和磷酸亞鐵鋰具有高能量、高容量等優點，結合石墨烯發揮兩者共同的優勢使得鋰離子電池電極材料總體的比容量得到提高。

本發明的制備方法及所得到的產物具有如下優點及有益效果：

(1)本發明采用濕法造紙的工藝在圓網紙機或斜網紙機上抄造成型制備柔性復合電極材料，能夠保證電極材料的柔性、強度和優異的電化學性能，將使其得到大規模的制備生產，對柔性電極材料的研究與制備具有重大的意義；

(2)本發明所制備的性復合電極材料在具備一定柔性的基礎上，彎曲折疊若干次之后，電極材料內部結構及其比容量均能得到良好保持；在循環使用若干次之后，其比容量仍能保持良好。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所使用的斜網紙機的結構示意圖(圖中A為布漿器，B為整流區，C為脫水成形區，D為成型后的柔性復合電極材料)。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。